Menu

Biomasa drzewna jako paliwo, charakterystyka.

 Paliwa drzewne               

 Drewno jako paliwo ma znacznie mniejszą wartość opałową od koksu czy węgla, ale też zdecydowanie mniej zanieczyszcza atmosferę dając przyjemny w zapachu, nieuciążliwy dla mieszkańców dym. Do spalania w kotłach nadają się przede wszystkim gatunki drewna drzew liściastych, jak: brzoza, klon, buk, grab, olcha. Przyjemny zapach i dobre spopielenie daje drewno drzew owocowych, głównie gruszy i śliwy. Jest ono jednak trudne do kupienia, pojawia się w sprzedaży sporadycznie przy okazji wycinania całych sadów. Włóknista budowa drzew owocowych utrudnia ponadto dzielenie pni  na mniejsze kawałki, dlatego jest nielubiane przez handlowców. Wartość opałowa drewna w dużej mierze zależy od jego wilgotności, zawartości żywic, lignin oraz ciężaru właściwego (gęstości drewna). Świeżo ścięte drewno jest  mało wydajnym paliwem, posiada ponad 50% wilgotność i sprzyja korozji wewnętrznych powierzchni kotła. Kupując drewno surowe (tańsze) trzeba liczyć się z koniecznością jego sezonowania (suszenia w naturalnych warunkach). Proces naturalnej utraty wilgotności w zależności od warunków trwa od 1-2 lat.  Jest więc bardzo długi, dlatego w handlu coraz częściej dostępne jest drewno suszone sztucznie, ciśnieniowo, w temperaturze 120-130°C. Utrata wilgotności do poziomu 20-25% trwa w tym przypadku zaledwie 3 dni.

Tabela1 Zależność pomiędzy wartością opałowa drewna a jego wilgotnością

Stan drewna
Zawartość wilgoci [%]
Wartość opałowa
[MJ/kg]
[kWh/kg]
Świeżo ścięte
50-60
7,0-7,2
2,0
Sezonowane 6 miesięcy
25-35
12,0
3,4
Sezonowane 1-2 lata
15-25
14,0-14,5
4,0-4,2

Drewno suche ma właściwości higroskopijne, długo sezonowane latem w słoneczne dni może osiągnąć wilgotność nawet 15%, jednak jesienią  w dni deszczowe wilgotność może ponownie wzrosnąć do 25%. Zawartości żywic i lignin, jest większa w drewnie iglastym,   drewno liściaste jest z kolei dużo cięższe na każdy metr przestrzenny, a ponieważ w handlu dominuje sprzedaż na metry  przestrzenne ostatecznie w porównaniu wartości opałowej wygrywa drewno liściaste.

Objętość

Jednostka metra sześciennego (kubicznego) jest używana w odniesieniu do objętości, która jest całkowicie wypełniona drewnem. Jednostka ta jest powszechnie używana do pomiaru drewna użytkowego (budowlanego).
Jednostka metra przestrzennego odnosi się do objętości zajmowanej przez drewno, jak również powietrze wypełniające przestrzeń pomiędzy jego partiami i jest ona powszechnie używana w odniesieniu do paliw drzewnych.
Jednostka metra sześciennego złożonego drewna używana do mierzenia objętości kloców i bali drewna dokładnie złożonego w stosie.
Jednostka metra szeciennego nasypowego (luzem) jest jednostką„ objętości używaną„ do pomiaru objętości kloców i bali drewna oraz najczęściej zrębków drewna. Objętośść paliw drzewnych, niezależnie czy są one ubite czy nie, różni się w zależności od kształtu, wielkości i ułożenia poszczególnych fragmentów drewna.  
 
Masa
Jednostkami masy używanymi w relacji do paliw drzewnych są„ kilogram i tona metryczna. Poniżej podano listę jednostek miary objętości i masy, które są„ powszechnie używane w handlu paliwami drzewnymi.

Nazwy odnoszące się do objętości
W celu ujednolicenia i zapewnienia porównywalnoci jednostek miar używanych w dziedzinie energii otrzymywanej z drewna, w tabeli poniżej. podano definicje skrótów i miar, które są powszechnie używane w większoci krajów europejskich.

Tabela 3 Średnia gęstość drewna wysuszonego

Tabela 4 Gęstość różnych rodzajów biomasy ułożonej luzem.

Tabela.5 Przeliczniki dla pni, bali, zrębek

 

Tabela 6. Gęstość masowa i nasypowa różnych gatunków drzew.

 

Spalanie drewna

Jak pali się drewno?

                Drewno liściaste ma stosunkowo krótki, jasny płomień, pali się spokojnie, „nie strzela”, nie brudzi komina i kotła substancjami smolistymi. Gatunki miękkie jak lipa, topola i wierzba spalają się dość szybko, często są wykorzystywane na rozpałkę. Drewna liściaste twarde np. grab, dąb i buk spalają się  z kolei bardzo wolno, długo podtrzymując ogień w palenisku. Drewno iglaste, szczególnie sosna i modrzew zawierają duże ilości żywic, dlatego palą się wysokim i mocno dymiącym płomieniem, szczególnie w pierwszej fazie spalania. Dają dużo ciepła i szybko podnoszą temperaturę paleniska, ale zanieczyszczają go tłustą, trudną do usunięcia sadzą. Suche drewno zapala się już w temperaturze około 230°C, do zapłonu potrzebna jest duża ilość powietrza, dlatego początek spalania wymaga otwartych drzwiczek w paleniskach.  Drewno w początkowej fazie traci wilgoć ulegając odparowaniu, im bardziej jest wilgotne, tym więcej ciepła trzeba do tej fazy doprowadzić. Przy wzroście temperatury powyżej 150°C następuje stopniowy rozkład drewna z wydzielaniem gazu drzewnego, głównego składnika palnego w drewnie. Gaz stanowi około 76-80% masy całkowitej drewna, pali się intensywnym płomieniem szybko podnosząc temperaturę w komorze spalania. Po całkowitym odgazowaniu pozostaje około 20% masy stałej (węgiel drzewny), która dopala się przy dalszym dopływie powietrza i w wysokiej temperaturze

Jednostki miar energii termicznej
 Zanim przejdziemy do danych odnośnie palności i wartości opałowej paliw drzewnych musimy sobie przypomnieć podstawowe wielkości. W zadaniach obliczeniowych często posługujemy sie jednostkami kWh, J, czy Kcal. Dla uczniów to prawdziwa zmora, dlatego poniżej podaję ich przeliczniki.

Tabela 7

Tona ekwiwalentu ropy naftowej (ton of oil equivalent toe) jest przyjętą„ jednostką miar używana do celów statystycznych i porównawczych. Odpowiada ona ilości energii otrzymywanej ze spalenia 1 tony nierafinowanej ropy naftowej.

Wartość opałowa poszczególnych gatunków drewna jest sprawą dyskusyjną. W mediach trudno znaleźć dwie identyczne tabele dotyczące tych samych gatunków i poziomu wilgotności. Drewno drzew zmienia się bowiem w zależności od roku, wielkości opadów deszczu, szybkości przyrostu biomasy, zawartości w glebie składników mineralnych, itd. Podane przeze mnie poniżej wielkości należy więc traktować jako przybliżone, służące bardziej porównaniu między sobą poszczególnych gatunków i rodzajów biomasy.

Tabela 8 Wartość opałowa niektórych gatunków drewna

Gatunek drewna
Wartość opałowa grubizny
Gatunek drewna
Wartość opałowa grubizny
kWh/mp
kWh/kg
kWh/mp
kWh/kg
grab
2200
4,2
wierzba
1400
4,1
buk czerwony
2100
4,2
topola
1400
4,2
dąb
2100
4,2
drzewa liściaste średnio
2100
4,2
jesion
2100
4,2
daglezja
1700
4,4
robinia
2100
4,1
sosna
1700
4,4
brzoza
1900
4,3
modrzew
1700
4,4
wiąz
1900
4,1
świerk
1600
4,4
klon
1900
4,1
jodła
1500
4,4
olcha
1500
4,1
drzewa iglaste średnio
1600
4,4
 
 
 
drewno opałowe średnio
1800
4,3

         Kupując drewno powinniśmy zwrócić uwagę na jego formę (wielkość kawałków). Drewno w polanach i okrąglakach ma znacznie większą wartość opałową od drewna drobnego np. z okorowania bali (tzw. zrzezy).  Jest to związane z większą ilością grubizny (czyli drewna o największej gęstości) w okrąglakach nich w zewnętrznych częściach drzew.

Tabela 9 Wartość opałowa drewna w zależności od jego wielkości

Wielkość drewna
Drewno liściaste (buk/dąb) [kWh/mp]
Drewno iglaste
[kWh/mp]
polana i okrąglaki o średnicy pow. 14 cm
2200
1700
kije i okrąglaki o średnicy 7- 10 cm
1800
1400
gałęzie (4- 7 cm w pęczkach)
1300
1100
pocięte na krótkie kawałki, nie ułożone drewno  
1200
1000

Według Hartmanna Tabela 10, wartość opałowa drewna jest dużo niższa 

Tabela10. Gęstość energii w zależności od wilgotności drewna.
 
W porównaniu do innych paliw kopalnych, w zadaniach obliczeniowych można stosować następująca ekwiwalencję. Dane w tabeli nie uwzględniają sprawności kotła.
 
Tabela11. Ekwiwalencja paliw
 

 

  

 

                                                       

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});