bugorwiki.info
на главную

Древесное топливо

Сжигание деревьев
Стек дров в Японии
Куча древесных гранул

Древесное топливо (или дрова ) - это топливо, такое как дрова, древесный уголь, щепа, листы, пеллеты и опилки. Конкретная используемая форма зависит от таких факторов, как источник, количество, качество и применение. Во многих областях древесина является наиболее доступной формой топлива, для которой не требуется никаких инструментов в случае сбора мертвой древесины или мало инструментов, хотя, как и в любой отрасли, были разработаны специализированные инструменты, такие как трелевочные тракторы и гидравлические дровоколы. механизировать производство. Отходы лесопилки и побочные продукты строительной промышленности также включают различные формы хвостов пиломатериалов. Открытие того, как развести огонь с целью сжигания дров, считается одним из самых важных достижений человечества. Использование древесины в качестве источника топлива для отопления намного старше цивилизации и, как предполагается, использовалось неандертальцами. В настоящее время сжигание древесины является крупнейшим использованием энергии, получаемой из биомассы твердого топлива. Древесное топливо можно использовать для приготовления пищи и отопления, а иногда и для заправки паровых двигателей и паровых турбин, вырабатывающих электричество. Древесину можно использовать в помещении в печи, печи или камине, или на улице в печи, у костра или у костра.

В постоянных сооружениях и в пещерах были построены или установлены очаги - поверхности из камня или другого негорючего материала, на котором мог быть построен огонь. Дым вышел через дырку на крыше.

В отличие от цивилизаций в относительно засушливых регионах (таких как Месопотамия и Египет), греки, римляне, кельты, бритты и галлы имели доступ к лесам, пригодным для использования в качестве топлива. На протяжении веков происходило частичное вырубка лесов в кульминационных лесах, а остальная часть эволюционировала, чтобы соответствовать стандартам лесного фонда как основного источника древесного топлива. В этих лесах происходил непрерывный цикл новых стеблей, собранных со старых пней, с вращениями от семи до тридцати лет. Одной из самых ранних печатных книг по лесопользованию на английском языке была книга Джона Эвелина «Сильва, или беседа о лесных деревьях» (1664), в которой землевладельцы консультировали по вопросам правильного управления лесными массивами. HL Edlin, в "Лесных ремеслах в Британии", 1949 г., рассказывает об исключительных методах применения и ассортименте изделий из дерева, которые производились из этих управляемых лесов с до римских времен. И в течение всего этого времени предпочтительной формой древесного топлива были ветви срезанных стеблей мяты, сгруппированных в пидоры. Более крупные, изогнутые или деформированные стебли, которые были бесполезны для лесных мастеров, были переделаны до конца Второй мировой войны. С тех пор большая часть этих лесов была превращена в широкое сельское хозяйство. Общий спрос на топливо значительно увеличился с промышленной революцией, но большая часть этого возросшего спроса была удовлетворена за счет нового источника топлива, который был более компактным и более приспособленным для более широких масштабов новых отраслей промышленности.

Во время периода Эдо в Японии древесина использовалась во многих целях, и потребление древесины привело Японию к разработке политики управления лесами в эту эпоху. Спрос на древесные ресурсы рос не только на топливо, но и на строительство кораблей и зданий, и, следовательно, вырубка лесов была широко распространена. В результате произошли лесные пожары, а также наводнения и эрозия почвы. Около 1666 года сёгун ввел политику сокращения лесозаготовок и увеличения посадки деревьев. Эта политика гласила, что только сёгун или даймё может разрешить использование дерева. К 18 веку в Японии были разработаны подробные научные знания о лесоводстве и лесопосадках.

Камины и печи

Керамические печи являются традиционными в Северной Европе: фаянсовая печь 18-го века в замке Ланьцут, Польша

Развитие дымохода и камина позволило более эффективно истощать дым. Каменные обогреватели или печи пошли еще дальше, улавливая большую часть тепла от огня и выхлопных газов в большой тепловой массе, становясь намного эффективнее, чем один камин.

Металлическая печь была технологическим развитием одновременно с промышленной революцией. Печи были изготовлены или построены части оборудования, которые содержали огонь со всех сторон и обеспечивали средства для контроля тяги - количество воздуха, позволяющего достичь огня. Печи были сделаны из самых разных материалов. Чугун является одним из наиболее распространенных. Мыльный камень (тальк), плитка и сталь были использованы. Металлические печи часто облицованы огнеупорными материалами, такими как огнеупорный кирпич, так как самая горячая часть дровяного огня будет сжигать сталь в течение нескольких лет использования.

Печь Франклин была разработана в Соединенных Штатах Бенджамином Франклином. Больше изготовленный камин, чем печь, он имел открытую переднюю часть и задний теплообменник, предназначенный для отвода воздуха из погреба и его нагрева перед выпуском с боков. Теплообменник никогда не был популярной функцией и был опущен в более поздних версиях. Сегодня так называемые печи «Франклин» выполнены в самых разных стилях, хотя ни один из них не похож на оригинальный дизайн.

Буржуйка в музее Аппалачей

1800-е годы стали кульминацией чугунной печи. Каждый местный литейный завод должен был создать свой собственный проект, и печи были построены для множества целей: бытовых печей, печей с ящиками, походных печей, железнодорожных печей, переносных печей, кухонных плит и так далее. Продуманные модели с никелевым и хромированным краем позволили создать дизайн, украшенный литыми украшениями, ножками и дверьми. Дрова или уголь можно было сжигать в печах, и поэтому они были популярны уже более ста лет. Действие огня в сочетании с едкостью пепла гарантировало, что печь со временем разрушится или расколется. Таким образом, постоянный запас печей был необходим. Обслуживание печей, необходимость их почернения, их дымность, и необходимость расколоть дрова означали, что нефть или электрическое тепло находили пользу.

Герметичная плита, изначально сделанная из стали, позволяла лучше контролировать процесс горения, будучи более плотно подогнанной, чем другие печи того времени. Герметичные печи стали обычным явлением в 19 веке.

Использование древесного тепла снизилось в популярности с ростом доступности других, менее трудоемких видов топлива. Тепло от дров постепенно заменялось углем, а затем - мазутом, природным газом и пропаном, за исключением сельских районов с доступными лесами.

После нефтяного эмбарго 1967 года многие люди в Соединенных Штатах впервые использовали древесину в качестве топлива. EPA предоставило информацию о чистых печах, которые горели намного эффективнее.

1970-е годы

Женщина использует дрова в камине для обогрева. Заголовок газеты перед ней рассказывает об отсутствии у населения отопления в 1973 году.

Краткий всплеск популярности произошел во время и после энергетического кризиса 1973 года, когда некоторые считали, что ископаемое топливо станет настолько дорогим, что исключит его использование. Последовал период инноваций, когда многие мелкие производители производили печи на основе старых и новых конструкций. Известные инновации той эпохи включают нагреватель Эшли, печь с термостатическим управлением и опциональный перфорированный стальной корпус, предотвращающий случайный контакт с горячими поверхностями. В течение десятилетия также было изготовлено несколько двухтопливных печей и котлов, в которых использовались воздуховоды и трубопроводы для доставки тепла по всему дому или другому зданию.

1980-е годы

Рост популярности дровяной жары также привел к разработке и продаже более широкого ассортимента оборудования для резки, колки и переработки дров. Гидравлические дровоколы потребительского класса были разработаны для работы на электричестве, бензине или ВОМ сельскохозяйственных тракторов. В 1987 году министерство сельского хозяйства США опубликовало метод производства высушенных в печи дров, исходя из того, что с помощью бревен, содержащих более низкое содержание влаги, можно добиться лучшей теплоотдачи и повышения эффективности сгорания.

Журнал "Wood Burning Quarterly" издавался в течение нескольких лет, прежде чем сменил название на "Home Energy Digest" и впоследствии исчез.

сегодня

Пеллетная печь

Пеллетная печь - это устройство, которое сжигает сжатую древесину или пеллеты из биомассы. Тепло древесины по-прежнему используется в районах, где много дров. Для серьезных попыток отопления, а не просто для создания атмосферы (открытых каминов), печи, каминные топки и печи чаще всего используются сегодня. В сельских, лесных районах США автономные котлы все чаще встречаются. Они устанавливаются на открытом воздухе, на некотором расстоянии от дома, и подключаются к теплообменнику в доме с помощью подземных трубопроводов. Беспорядок дерева, коры, дыма и пепла хранится снаружи, и риск возникновения пожара уменьшается. Котлы достаточно велики, чтобы держать огонь всю ночь, и могут сжигать большие куски дерева, так что требуется меньше резки и раскалывания. Нет необходимости переоборудовать дымоход в доме. Однако наружные дровяные котлы выделяют больше древесного дыма и связанных с ним загрязняющих веществ, чем другие дровяные приборы. Это связано с такими конструктивными характеристиками, как заполненная водой рубашка, окружающая топку, которая охлаждает огонь и приводит к неполному сгоранию. Наружные дровяные котлы, как правило, также имеют небольшую высоту дымохода по сравнению с другими дровяными приборами, способствуя образованию твердых частиц на уровне земли. Альтернативой, которая становится все более популярной, являются котлы с газификацией древесины, которые сжигают древесину с очень высокой эффективностью (85-91%) и могут быть размещены в помещении или в пристройке. Существует множество способов переработки древесного топлива, и сегодня изобретения становятся все более мелкими.

Древесина до сих пор используется для приготовления пищи во многих местах - в печи или на открытом огне. Он также используется в качестве топлива во многих промышленных процессах, включая копчение мяса и приготовление кленового сиропа.

Являясь устойчивым источником энергии, древесное топливо также остается жизнеспособным для выработки электроэнергии в районах с легким доступом к лесным и побочным продуктам.

Замер дров

Скрепленная береза

В метрической системе дрова обычно продаются кубическим метром или стерео (1 м³ = ~ 0,276 шнуров).

В Соединенных Штатах и ​​Канаде дрова, как правило, продаются за шнур длиной 128 футов (3,62 м³), что соответствует поленнице размером 8 футов и высотой 4 фута из бревен длиной 4 фута. Шнур юридически определен законом в большинстве штатов США. «Брошенный шнур» - это дрова, которые не сложены и определяются как 4 фута в ширину, 4 фута в высоту и 10 футов в длину. Дополнительный объем должен сделать его эквивалентным стандартному уложенному шнуру, где меньше свободного места. Также часто можно увидеть древесину, продаваемую «лицевым шнуром», который обычно не определен юридически и варьируется от одной области к другой. Например, в одном штате куча дерева шириной 8 футов × 4 фута высотой 16 "длиной будет часто продаваться как« лицевой шнур », хотя его объем составляет только одну треть шнура. В другом состоянии или даже в другой области того же состояния, объем лицевого шнура может значительно отличаться, поэтому покупать древесину, проданную таким образом, рискованно, поскольку сделка не основана на юридически закрепленной единице измерения.

В Австралии это обычно продается за тонну.

Содержание энергии

Обыкновенная древесина лиственных пород красного дуба имеет энергосодержание (тепловую мощность) 14,9 мегаджоуля на килограмм (6,388 БТЕ на фунт) и 10,4 мегаджоуля, которые можно извлечь, если сжигать с эффективностью 70%.

Управление по развитию устойчивой энергетики (SEDO), являющееся частью правительства Западной Австралии, заявляет, что содержание энергии в древесине составляет 16,2 мегаджоуля на килограмм (4,5 кВтч / кг).

Согласно Центру знаний по биоэнергетике , содержание энергии в древесине более тесно связано с ее влажностью, чем с ее видами. Содержание энергии улучшается с уменьшением содержания влаги.

В 2008 году древесина на топливо стоила 15,15 долл. США за 1 млн. БТЕ (0,041 евро за кВтч).

Воздействие на окружающую среду

Камин и дымоход после пожара, Witch Fire, Калифорния

Побочные продукты сгорания

Как и при любом пожаре, при сжигании древесного топлива образуются многочисленные побочные продукты, некоторые из которых могут быть полезны (тепло и пар), а другие нежелательны, раздражают или опасны.

Одним из побочных продуктов сжигания древесины является древесная зола, которая в умеренных количествах является удобрением (в основном калийным), вносящим минералы, но сильно щелочным, поскольку содержит гидроксид калия (щелочь). Древесная зола также может быть использована для производства мыла.

Дым, содержащий пары воды, углекислый газ и другие химические вещества и аэрозольные частицы, включая едкую щелочную летучую золу, которая может быть раздражающим (и потенциально опасным) побочным продуктом частично сгоревшего древесного топлива. Основным компонентом древесного дыма являются мелкие частицы, которые могут составлять значительную часть загрязнения воздуха в отдельных областях в некоторых регионах. В более холодные месяцы на отопление дровами приходится до 60% мелких частиц в Мельбурне, Австралия.

Печи медленного сгорания увеличивают эффективность дровяных обогревателей, а также увеличивают производство твердых частиц. Печи с низким уровнем загрязнения / медленного сгорания являются актуальной областью исследований. Альтернативный подход заключается в использовании пиролиза для получения нескольких полезных биохимических побочных продуктов и чистого сжигания древесного угля или для чрезвычайно быстрого сжигания топлива внутри большой тепловой массы, такой как каменный нагреватель. Это позволяет топливу полностью сгореть без образования частиц, сохраняя при этом эффективность системы.

В некоторых наиболее эффективных горелках температура дыма повышается до гораздо более высокой температуры, при которой дым сам сгорает (например, 609 ° C для воспламенения угарного газа). Это может привести к значительному снижению опасности дыма, а также обеспечить дополнительное тепло от процесса. При использовании каталитического нейтрализатора температура для получения более чистого дыма может быть уменьшена. В некоторых юрисдикциях США запрещена продажа или установка печей, в которых нет каталитических нейтрализаторов.

Влияние побочных продуктов сгорания на здоровье человека
Дровяной камин с горящим бревном

В зависимости от плотности населения, топографии, климатических условий и используемого оборудования для сжигания дровяное отопление может существенно способствовать загрязнению воздуха, особенно твердых частиц. Условия, при которых дрова сжигаются, будут сильно влиять на содержание выбросов. Загрязнение воздуха твердыми частицами может способствовать проблемам со здоровьем человека и увеличению госпитализации по поводу астмы и сердечных заболеваний.

Техника сжатия древесной массы в пеллеты или искусственные бревна может снизить выбросы. Сгорание более чистое, а повышенная плотность древесины и пониженное содержание воды могут устранить часть транспортируемой массы. Энергия ископаемого топлива, потребляемая при транспортировке, уменьшается и представляет собой небольшую долю ископаемого топлива, расходуемого при производстве и распределении мазута или газа.

Продукты сгорания древесины могут включать токсичные и канцерогенные вещества. Как правило, сердцевина дерева содержит наибольшее количество токсичных веществ, но следует соблюдать меры предосторожности, если кто-то сжигает древесину неизвестной природы, поскольку древесный дым некоторых деревьев может быть очень токсичным.

Уборочные работы

Много древесного топлива поступает из местных лесов по всему миру. Древесина плантаций редко используется для дров, так как она более ценна в качестве древесины или древесной массы, однако, некоторое количество древесного топлива собирается из деревьев, посаженных среди сельскохозяйственных культур, также известных как агролесоводство. Сбор или заготовка этой древесины может иметь серьезные экологические последствия для зоны сбора. Проблемы часто связаны с конкретной областью, но могут включать в себя все проблемы, которые создают регулярные журналы. Сильный вывоз древесины из лесов может привести к разрушению среды обитания и эрозии почвы. Однако во многих странах, например в Европе и Канаде, остатки леса собираются и превращаются в полезное древесное топливо с минимальным воздействием на окружающую среду. Внимание уделяется питанию почвы, а также эрозии. Воздействие на окружающую среду использования древесины в качестве топлива зависит от того, как оно сжигается. Более высокие температуры приводят к более полному сгоранию и менее вредным газам в результате пиролиза. Некоторые могут рассматривать сжигание древесины из устойчивого источника как углерод-нейтральный. Дерево в течение своей жизни поглощает столько углерода (или углекислого газа), сколько выделяется при сжигании.

Некоторые дрова собирают в «лесных участках», предназначенных для этой цели, но в густых лесных районах они чаще всего собираются как побочный продукт естественных лесов. Предпочтительны мертвые места, которые еще не начали гнить, поскольку они уже частично выдержаны. Стоящая мертвая древесина считается еще лучше, поскольку она одновременно выдержана и имеет меньше гнили. Заготовка этой формы древесины снижает скорость и интенсивность лесных пожаров. Заготовка древесины на дрова обычно осуществляется вручную с помощью бензопилы. Таким образом, более длинные детали - требующие меньшего количества ручного труда и меньшего количества топлива для бензопилы - дешевле и ограничены только размером их топки. Цены также значительно варьируются в зависимости от расстояния от лесных участков и качества древесины. Дрова обычно относятся к древесине или деревьям, непригодным для строительства или строительства. Дрова являются возобновляемым ресурсом при условии, что уровень потребления контролируется до устойчивого уровня. Нехватка подходящих дров в некоторых местах привела к тому, что местное население повредило огромные участки кустарника, что может привести к дальнейшему опустыниванию.

Парниковые газы

Сжигание древесины создает больше атмосферного CO2, чем биологическое разложение древесины в лесу (за определенный период времени), потому что к тому времени, когда кора мертвого дерева сгнила, бревно уже занято другими растениями и микроорганизмами, которые продолжают изолировать CO2 путем интеграции углеводородов древесины в их собственный жизненный цикл. Лесозаготовка и транспортировка производят различные степени загрязнения парниковыми газами. Неэффективное и неполное сгорание древесины может привести к повышению уровня парниковых газов, помимо CO2, что может привести к положительным выбросам, когда побочные продукты имеют более высокие значения эквивалента диоксида углерода. В попытке предоставить количественную информацию об относительной выработке СО2 для выработки электроэнергии для отопления жилых помещений, Министерство энергетики и изменения климата Великобритании (DECC) опубликовало всеобъемлющую модель, сравнивающую сжигание древесины (щепа) и других видов топлива, на основе 33 сценариев. Выход модели - килограмм CO2, произведенный за мегаватт-час поставленной энергии. Сценарий 33, например, который касается производства тепла из древесной щепы, производимой из мелкого круглого леса Великобритании, полученного в результате возвращения запущенных широколиственных лесов в производство, показывает, что при сжигании масла выделяется 377 кг CO2, а при сжигании древесной щепы выделяется 1501 кг CO2 на мегаватт-час. энергия.

Преднамеренное и контролируемое обугливание древесины и внесение ее в почву является эффективным методом улавливания углерода, а также важным методом улучшения почвенных условий для сельского хозяйства, особенно в густых лесных районах. Он составляет основу богатых почв, известных как Terra Preta.

Регулирование и законодательство

Воздействие на окружающую среду сжигания древесного топлива является спорным. Несколько городов перешли к установлению стандартов использования и / или запретов на дровяные камины. Например, город Монреаль, Квебек, принял постановление о запрете установки дровяного камина в новом строительстве. Сторонники сжигания древесины утверждают, что надлежащим образом заготовленная древесина является нейтральной по отношению к углероду, что компенсирует негативное воздействие частиц побочного продукта, выделяющихся в процессе сжигания. В контексте лесных лесных пожаров древесина, вывозимая из лесных массивов для использования в качестве древесного топлива, может снизить общие выбросы за счет уменьшения количества открытой сгоревшей древесины и серьезности ожога при сжигании оставшегося материала в регулируемых условиях. 7 марта 2018 года Палата представителей Соединенных Штатов приняла законопроект, который на три года задержит внедрение более строгих норм выбросов для новых бытовых дровяных обогревателей.

Потенциальное использование в технологиях возобновляемой энергии

Лесопильные заводы создают и сжигают опилки: их можно гранулировать и использовать дома.
  • Эффективная печь для развивающихся стран
  • Пеллетная печь
  • Опилки можно гранулировать
  • Древесные пеллеты

использование

Некоторые европейские страны производят значительную долю своих потребностей в электроэнергии из древесины или древесных отходов. В скандинавских странах затраты на ручной труд для переработки дров очень высоки. Поэтому обычно импортируют дрова из стран с дешевой рабочей силой и природными ресурсами. Основными экспортерами в Скандинавию являются страны Балтии (Эстония, Литва и Латвия). В Финляндии растет интерес к использованию древесных отходов в качестве топлива для бытового и промышленного отопления в виде уплотненных гранул.

В Соединенных Штатах древесное топливо является второй по значимости формой возобновляемой энергии (после гидроэнергетики).

Австралия

Куча дров, заготовленных из леса Барма в Виктории

Около 1,5 миллиона домохозяйств в Австралии используют дрова в качестве основной формы отопления домов. По состоянию на 1995 год в Виктории ежегодно использовалось приблизительно 1,85 млн. Кубометров дров (1 м³ соответствует примерно одной загрузке автомобильного прицепа), причем половина потреблялась в Мельбурне. Это количество сопоставимо с древесиной, потребляемой всеми лесозаготовительными работами Виктории и целлюлозным лесом (1,9 млн. М³).

Виды, используемые в качестве источников дров, включают в себя:

  • Красная камедь из лесов вдоль реки Мюррей (лесной массив Mid-Murray, в том числе леса Barmah и Gunbower, обеспечивает около 80% древесины красной камеди Виктории).
  • Box и Messmate Stringybark, в южной части Австралии.
  • Сахарная смола, древесина с высокой термической эффективностью, которая обычно происходит из небольших плантаций.
  • Джарра, на юго-западе Западной Австралии. Он выделяет больше тепла, чем большинство других доступных пород дерева, и обычно продается за тонну.

Европа

В 2014 году в Вырумаа, Сымерпалу, было начато строительство крупнейшего в Балтийском регионе завода по производству окатышей с ожидаемой производительностью 110 000 тонн окатышей в год. В процессе производства пеллет будут использоваться различные породы дерева (дрова, щепа, стружка). Завод Warmeston OÜ начал свою деятельность к концу 2014 года. В 2013 году основными потребителями пеллет в Европе были Великобритания, Дания, Нидерланды, Швеция, Германия и Бельгия, как говорится в ежегодном отчете UE по биотопливу. В Дании и Швеции пеллеты используются электростанциями, домашними хозяйствами и потребителями среднего масштаба для централизованного теплоснабжения по сравнению с Австрией и Италией, где пеллеты в основном используются в качестве небольших частных жилых и промышленных котлов для отопления. Великобритания является единственным крупнейшим потребителем рынка промышленных древесных гранул, в значительной степени благодаря своим основным электростанциям, работающим на биомассе, таким как Drax, MGT и Lynemouth.

Азия

Япония и Южная Корея являются растущими рынками для промышленных древесных гранул, и с 2017 года ожидается, что они станут вторым и третьим по величине мировыми рынками для древесных гранул из-за политики правительства, поощряющей использование биомассы в производстве электроэнергии.

Северная Америка

Спрос на древесное топливо в Соединенных Штатах в основном определяется потребителями бытового и коммерческого отопления. Канада не была основным потребителем промышленных древесных гранул с 2017 года, но проводит относительно агрессивную политику по обезуглероживанию и может стать значительным потребителем промышленных древесных гранул к 2020-м годам.


просмотров: 34