Температура огня в костре

Температура горения дров: от чего зависит и как повысить

Смотреть на горящий огонь – это одно из самых любимых развлечений человека. Однако, помимо сугубо эстетических целей – горящий огонь может выполнять и чисто утилитарную задачу – нагревать окружающее пространство и другие предметы.

температура горения дров

Одним из самых распространенных источников огня в загородных домах являются обыкновенные дрова. Удивительно, но температура горения дров зависит от породы дерева и условий их сжигания. Соответственно каждая из древесных пород может использоваться в различных целях, для выполнения тех или иных задач.

Какие дрова могут выделить максимальное количество тепла?

Для того, чтобы дрова, да и любой другой органический материал горел – ему необходим воздух (вернее кислород из воздуха, но это уточнение несущественно). В ходе сгорания органика дров при взаимодействии с кислородом превращается в водяной пар и углекислый газ. Пар в свою скрепляется с не сгоревшими материалами или уходит наружу через дымоход.

Каждый тип горючей органики, будь то нефть, газ, уголь или дерево имеет свой особенный химический состав. Также имеются различия в химическом составе и внутри каждого типа. Как существует каменный уголь с большим и малым содержанием золы, так же существуют и породы древесины, отличающиеся по температуре, выделяемой в процессе сгорания и по составу остающихся продуктов сгорания.

Сравнить в домашних условиях температуру горения дров практически невозможно, но вот в лабораторных условиях специалисты смогли провести такой сравнительный тест. Для того, чтобы получить разные стартовые результаты дрова из древесины разных пород высушивали до определенного максимального процента остающейся влажности.

таблица теплотворность горения дров

Этот момент – сушку дров необходимо учитывать и при домашнем использовании: ведь понятно, что сырые дрова будут гореть хуже и с меньшим выделением тепла. Поэтому, дрова, предназначенные для топки проходят из поленницы во дворе определенный путь, задерживаясь в сухом помещении или под навесом для просушки.

Сразу отметим, что понятие «температура горения дров» не совсем точно отражает ключевую характеристику дров. Более верным будет оценивать горючие материалы по их способности выделять определенное количество тепла. Единицей измерения такой характеристики является калория – это такое количество тепловой энергии, которое может нагреть на 1 градус один грамм обычной воды. В приведенной ниже таблички отраженны ключевые характеристики различных типов дров по их теплотворной способности.

Что может влиять на качество дров как топлива?

Наиболее негативно на теплотоворную способность дров оказывает содержащаяся в них вода. При жизни любая древесина содержит в себе воду, которая добывается корнями растений. При большой влажности древесины тепловая энергия, выделяемая при сгорании будет расходоваться не только на полезные цели (например, обогрев помещения, приготовление пищи или нагрев воды в бане) но и просто на испарение влаги из древесины.

Для понимания проблемности ситуации отметим, что если древесина (практически любая) содержит всего лишь 15 процентов влаги, то ее теплотворный показатель уменьшается до 3660 калорий. А теперь сравните эту цифру с показателями, приведенными в таблице и получится, что использовать влажные дрова – это все равно, что выкинуть часть их еще до размещения в топке.

Потери, определяемые влагой в дровах настолько велики, что эквивалента испарения 15 процентов влаги в килограмме дров хватит, чтобы нагреть до кипения около 10 литров воды.

Какие породы дров больше всего любят в народе

Наиболее популярными и эффективными исходя из народного опыта могут являться дрова, заготовленные из бука, граба, срубленного зимой дуба, горных сосен, обыкновенной акации и, конечно же, березы.

Наиболее жаркое пламя дают дрова, заготовленные из ясеня, клена, смолистой лиственницы, равнинной сосны и срубленного летом дуба.

Чуть более низкое образование жара показывают дрова, заготовленные из ели, пихты, кедра и каштана.

Ну и уж совсем плохие дрова получаются из липы, ольхи, осины, ивы, тополя.

Как уже стало понятно – наиболее эффективными с точки зрения образования тепла являются дрова, изготовленные и плотной, тяжелой древесины. Между прочим, дерево с низким коэффициентом теплообразования прекрасно подойдут для того, чтобы смастерить из них полки и утварь в бане.

Как сгорают дрова?

Не все дрова сгорают по-одинаковому. Некоторые из них пропадают в топках практически полностью, оставляя вместо себя всего лишь горстку пепла. Другие долго и нудно чадят, забивая остатками своего сгорания все топочное пространство.

Скорость и полнота сгорания дров также зависят не только от происходящих в открытом пламени химических реакций, но и от конструкции печи. Качественные печи имеют довольно сложное устройство, включающее в себя множество элементов, таких как золотник и поддувало, топка и колосники.

На полноту сгорания дров также будет влиять и их порода, а также (в очень существенной степени – удельная влажность).

Но строго говоря для расчета тепловых устройств обычно не принимают во внимание разные характеристики дров, заготовленных из разных пород древесины. Для расчетов берется среднестатистическая величина, которая составляет для древесины 3800 калорий.

Какие дрова горят жарче других?

Помимо теплотворности, которая характеризует количество тепловой энергии, выделяемой при сжигании дров – нас в ходе практической жизни может заинтересовать и жаропроизводительность – то есть та максимальная температура, которая может быть достигнута в топке при сжигании того или иного типа дров.

Различные виды топлива и различные породы дерева сгорают разными способами. Одни из них могут давать ровное и высокое пламя, а другие будут демонстрировать низкий огонь, но показывать большую температуру непосредственно в области горения.

Существует два основных момента, которые влияют на температуру, производимую дровами при сгорании.

Прежде всего температура горения зависит от того, с какой интенсивностью в топку поступает кислород, необходимый для горения. Этот показатель определяется обычно конструкцией самой топки.

Также на температуру влияет и конструкция самой печи.

Печки и топки могут создаваться из разных материалов. И Каждый из материалов может особым образом влиять на температуру горения дров.

В массивной каменной печи дрова сгорают практически полностью, но процесс этот происходит сравнительно долго. С другой стороны печка-буржуйка, то есть топка, изготовленная из тонкого стального листа очень быстро остывает., раздавая тепло в окружающее пространство. При этом тепло из зоны горения постоянно переносится на стенки и далее в помещение. Вследствие этого дрова в таких печках сгорают практически без остатка.

Как измерить температуру горения дров?

Обычным термометром измерить температуру горения дров у вас вряд ли получится. Тем более – совсем пропащее дело определять температуру горения «на глазок». Для того, чтобы проводить такие исследования, необходимо запастись специальным прибором – пирометром.

Но заметьте, самая высокая температура горения дров вовсе не означает, что дрова такого типа могут выделить большее количество тепла.

Заметьте, что в хороших топочных устройствах, например в закрытых каминах можно искусственно уменьшать поступление кислорода из воздуха к сгорающим дровам, добиваясь тем самым повышения температуры сгорания и понижения теплоотдачи.

Для сравнения вы можете посмотреть еще одну табличку, в которой отражены теплотворные способности различных видов органического топлива.

Несколько практических советов

Если вы почувствовали, что в помещении, в котором находится печка при плотно закрытой дверце топки запахло влажными дровами – проверьте целостность и герметичность печного оборудования.

Учтите, что продукты сгорания содержат в себе много кислот, поэтому трубы дымоходов необходимо делать из материалов, устойчивых к агрессивным средам.

После использования дров с высоким содержанием смолы прочистите дымоход.

Чтобы нагревать камни, например для парилки – лучше использовать дрова, которые горят слабо и подают тепло постепенно.

Если вам необходимо быстро нагреть парную комнату – используйте дрова с большой температурой горения и увеличьте подачу воздуха в топку.

Замеры температуры печи: видео

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

О температуре горения и теплотворности дров

Дрова – классический вариант твердого топлива в местности, богатой лесами. Сжигание древесины дает возможность получать тепловую энергию, при этом температура горения дров напрямую влияет на эффективность использования топлива. Температура пламени зависит от породы дерева, а также от степени влажности топлива и условий его сжигания.

Горящие дрова в печке

Тепловые характеристики древесины

Породы древесины различаются по плотности, структуре, количеству и составу смол. Все эти факторы влияют на теплотворность дров, на температуру, при которой они сгорают, и на характеристики пламени.

Древесина тополя пористая, такие дрова горят ярко, но максимальный температурный показатель достигает лишь 500 градусов. Плотные породы дерева (бук, ясень, граб), сгорая, выделяют свыше 1000 градусов тепла. Показатели березы несколько ниже – около 800 градусов. Лиственница и дуб разгораются жарче, выдавая до 900 градусов тепла. Сосновые и еловые дрова горят при 620-630 градусах.

Качество дров и как правильно выбирать

У берёзовых дров лучшее соотношение теплоэффективности и стоимости – топить более дорогими породами с высокими показателями температуры сгорания экономически невыгодно.

Ель, пихта и сосна пригодны для разведения костров – эти хвойные породы обеспечивают относительно умеренное тепло. Но в твердотопливном котле, в печи или камине такие дрова использовать не рекомендуется – они выделяют недостаточно тепла для эффективного обогрева жилища и приготовления пищи, сгорают с образованием большого количества сажи.

Низкокачественными дровами считается топливо из осины, липы, тополя, ивы и ольхи – пористая древесина при горении выделяет мало тепла. Ольха и некоторые другие виды древесины «стреляют» угольками в процессе горения, что может привести к возникновению пожара, если дрова использовать для топки открытого камина.

При выборе также следует обратить внимание на степень влажности древесины – сырые дрова хуже горят и оставляют больше золы.

Температура горения и теплоотдача

Температура горения древесины определяет показатели теплоотдачи топлива – чем она выше, тем большее количество тепловой энергии выделяется в процессе сгорания дров. При этом удельная теплотворность топлива зависит от характеристик древесины.

Показатели теплоотдачи в таблице указываются для дров, сжигаемых в идеальных условиях:

  • минимальное содержание влаги в топливе;
  • горение проходит в закрытом объеме;
  • подача кислорода дозирована – поступает то количество, которое необходимо для полноценного сжигания.

Ориентироваться на табличные значения теплотворности имеет смысл только для сравнения различных видов дров между собой – в реальных условиях теплоотдача топлива будет заметно ниже.

Что такое горение

Горение является изотермическим явлением – то есть, реакцией с выделением тепла.

Процесс горения дров можно разделить на несколько этапов:

1. Разогрев . Участок древесины необходимо нагреть внешним источником огня до температуры воспламенения. При нагреве до 120-150 градусов дерево начинает обугливаться, при этом образуется уголь, способный к самовоспламенению. При нагреве до 250-350 градусов стартует процесс термического разложения на газообразные составляющие (пиролиз). Верхний, обуглившийся слой тлеет (горит без образования пламени), при этом выделяется дым белого или бурого цвета – смесь водяного пара с продуктами пиролиза.

2. Возгорание пиролизных газов . Дальнейший разогрев приводит к усилению термического разложения, и сконцентрировавшиеся пиролизные газы вспыхивают. После вспышки возгорание постепенно начинает охватывать всю зону разогрева. При этом образуется устойчивое пламя светло-желтого цвета.

3. Воспламенение . Дальнейший разогрев приводит к воспламенению дров. Температура воспламенения в естественных условиях колеблется в промежутке от 450 до 620 градусов. Древесина воспламеняется под влиянием внешнего источника тепловой энергии, который обеспечивает нагрев, необходимый для резкого ускорения термохимической реакции.

Воспламеняемость древесного топлива зависит от целого ряда факторов:

  • объемный вес, форма и сечение элемента из дерева ;
  • степень влажности древесины;
  • сила тяги;
  • расположение поджигаемого объекта относительно воздушного потока (вертикальное или горизонтальное);
  • плотность древесины (пористые материалы воспламеняются легче и быстрее плотных, к примеру, разжечь ольховые дрова проще, чем дубовые).

Обратите внимание! Влажная древесина хуже разжигается и горит по причине того, что значительная часть тепловой энергии уходит на испарение излишков влаги. Дрова круглой формы разгораются хуже элементов, имеющих ребра и грани. Чем массивнее дрова, тем сложнее их разжечь. Не струганная древесина воспламенится быстрее гладкой.

Для воспламенения требуется хорошая, но не избыточная тяга – необходим достаточный приток кислорода и минимальное рассеивание тепловой энергии горения – она нужна для прогрева соседних участков древесины.

Читайте также:  Проект отопления частного дома

4. Горение . При условиях, близких к оптимальным, первоначальная вспышка пиролизных газов не затухает, от возгорания процесс переходит в устойчивое горение с постепенным охватом всего объема топлива. Горение делится на две фазы – тление и пламенное горение.

Тление подразумевает сгорание угля – твердого продукта процесса пиролиза. Выделение горючих газов происходит медленно и они не воспламеняются по причине недостаточной концентрации. Газообразные вещества, охлаждаясь, конденсируются, образуя характерный белый дым. В процессе тления воздух проникает вглубь древесины, за счет чего расширяется площадь охвата. Пламенное горение обеспечивается за счет сгорания пиролизных газов, при этом горячие газы движутся наружу.

Горение поддерживается, пока имеются условия для огня – наличие несгоревшего топлива, поступление кислорода, сохранение требуемого уровня температуры.

5. Затухание . При несоблюдении одного из условий процесс горения прекращается и пламя гаснет.

Измерение температуры горения дров

Чтобы узнать, какова температура горения дров, используют специальный прибор под названием пирометр. Другие виды термометров непригодны для этой цели.

Встречаются рекомендации определять температуру сгорания древесного топлива по цвету пламени. Темно-красные языки огня указывают на низкотемпературное горение, белое пламя – на высокую температуру из-за усиленной тяги, при которой основная часть тепловой энергии уходит в дымоход. Оптимальный цвет пламени – желтый, именно так горит сухая береза.

У твердотопливных котлов и печей, а также у закрытых каминов, предусмотрена возможность корректировать поступление воздуха в топку, регулируя интенсивность процесса горения и теплоотдачу.

Самые жаропроизводительные дрова

Показатель теплотворности обозначает, сколько тепловой энергии выделяется в процессе сжигания дров. Но у твердого топлива есть и другая характеристика, знание которой может пригодиться на практике – жаропроизводительность. Это максимальный уровень температуры, который может достигаться в процессе сжигания дров, и зависит от свойств древесины.

Древесина с низкой плотностью горит светлым высоким пламенем и при этом выделяет относительно небольшое количество тепла, для дров из плотных пород дерева характерна повышенная жаропроизводительность при небольшом пламени.

ПородаЖаропроизводительность, % (100% – максимум)Температура, °C
Бук, ясень871044
Граб851020
Зимний дуб75900
Лиственница72865
Летний дуб70840
Береза68816
Пихта63756
Акация59708
Липа55660
Сосна52624
Осина51612
Ольха46552
Тополь39468

Факторы, влияющие на температуру горения

Температура горения дров в печи зависит не только от породы древесины. Значимыми факторами также являются влажность дров и сила тяги, которая обусловлена конструкцией теплового агрегата.

Влияние влажности

У свежесрубленной древесины показатель влажности достигает от 45 до 65%, в среднем – около 55%. Температура горения таких дров не поднимется до максимальных значений, так как тепловая энергия будет уходить на испарение влаги. В соответствии с этим снижается теплоотдача топлива.

Чтобы при сгорании древесины выделялось необходимое количество теплоты, используются три пути:

  • для обогрева помещений и приготовления пищи используется почти вдвое больше свежесрубленных дров (это оборачивается ростом расходов на топливо и потребностью в частом обслуживании дымовой трубы и газоходов, в которых будет оседать большое количество сажи);
  • свежесрубленные дрова предварительно высушиваются (бревна пилятся, раскалываются на поленья, которые укладывают в штабель под навес – для естественной сушки до 20% влажности требуется 1-1,5 года);
  • закупаются сухие дрова (финансовые затраты компенсируются высокой теплоотдачей топлива).

Обратите внимание: свежесрубленная древесина тополя и других пористых пород, содержащих большое количество влаги, непригодна к использованию в качестве топлива. Она плохо горит и выделяет мало тепловой энергии.

Теплотворная способность березовых дров из свежесрубленной древесины достаточно высока. Также пригодно к использованию топливо из свежесрубленного ясеня, граба и других твердых пород древесины.

Порода древесиныСоснаБерёзаЕльОсинаОльхаЯсень
Теплотворная способность свежесрубленного дерева (влажность около 50%), кВт м 3190023711667183519722550
Теплотворная способность полусухих дров (влажность 30%), кВт м 3207125791817199521482774
Теплотворная способность древесины, пролежавшей под навесом не менее 1 года (влажность 20%), кВт м 3216627161902211722442907

Влияние подачи воздуха

Ограничивая поступление кислорода в топку, мы снижаем температуру горения древесины и уменьшаем теплоотдачу топлива. Длительность сгорания закладки топлива можно увеличить, прикрывая заслонку котельного агрегата или печки, но экономия топлива оборачивается низким КПД сжигания из-за неоптимальных условий. К дровам, горящим в камине открытого типа, воздух поступает свободно из помещения, и интенсивность тяги зависит в основном от характеристик дымохода.

Упрощенная формула идеального сгорания древесины такова:

С + 2Н2 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q (теплота)

Углерод и водород сжигаются при подаче кислорода (левая часть уравнения), в результате образуется тепло, вода и углекислый газ (правая часть уравнения).

Чтобы сухие дрова горели при максимальной температуре, объем воздуха, который поступает в камеру сгорания, должен достигать 130% от объема, требуемого для процесса горения. При перекрывании потока воздуха заслонками образуется большое количество угарного газа, и причиной тому недостаток кислорода. Угарный газ (недожженный углерод) уходит в дымоходную трубу, при этом падает температура в камере сгорания и уменьшается теплоотдача дров.

Экономный подход при использовании твердотопливного котла на дровах – установка теплоаккумулятора, который будет запасать излишки тепла, образующегося при горении топлива в оптимальном режиме, с хорошей тягой.

С дровяными печами так экономить топливо не получится, поскольку они напрямую греют воздух. Тело массивной кирпичной печи способно аккумулировать относительно небольшую часть тепловой энергии, а у металлических печек излишки тепла напрямую уходят в дымоход.

Если вы открыли поддувало и увеличили тягу в печи, интенсивность горения и теплоотдача топлива увеличится, но и потери тепла также возрастут. При медленном сгорании дров возрастает количество угарного газа и уменьшается теплоотдача.

Важно! На эффективность сжигания топлива также влияет КПД самого теплогенератора. Для котельного агрегата он составляет около 80%, для печки – от 40%, в зависимости от конструкции и материала исполнения.

Заключение

Удельная теплота сгорания сухих березовых дров и ценовая доступность делает это топливо оптимальным выбором. Более жаропроизводительные породы древесины редко используются в качестве дров из-за высокой стоимости.

Пламя

Пламя – это газообразная среда, в которой происходит взаимодействие горючего и окислителя, выделяется тепло и развиваются высокие температуры.

Классификация

Пламя классифицируют по:

  • агрегатному состоянию горючих веществ: пламя газообразных, жидких, твердых и аэродисперсных реагентов;
  • излучению: светящиеся, окрашенные, бесцветные;
  • состоянию среды горючее-окислитель: диффузионные, предварительно перемешанных сред;
  • характеру перемещения реакционной среды: ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
  • температуре: холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
  • скорости распространения: медленные, быстрые;
  • высоте: короткие, длинные;
  • визуальному восприятию: коптящие, прозрачные, цветные.

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки).

Внутри конуса пламени имеются:

  • темная зона (300-350 °С), где горение не происходит из-за недостатка окислителя;
  • светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500-800 °С);
  • едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и максимальной температурой (900-1500 °С).

Температура

Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя. Например:

  • Температура воспламенения для большинства твёрдых материалов – 300 °С.
  • Температура пламени в горящей сигарете – 250-300 °С.
  • Температура пламени спички 750-1400 °С; при этом 300 °С – температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800–1000 °С.
  • Температура горения пропан-бутана – 800-1970 °С.
  • Температура пламени керосина – 800 °С, в среде чистого кислорода – 2000 °С.
  • Температура горения бензина – 1300-1400 °С.
  • Температура пламени спирта не превышает 900 °С.
  • Температура горения магния – 2200 °С; значительная часть излучения в УФ-диапазоне.

Наиболее высокие известные температуры горения:

  • дицианоацетилен C4N2 5260 К (4990 °C) в кислороде и до 6000 К (5730 °C) в озоне;
  • дициан (CN)2 4525 °C в кислороде.

Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить большую температуру.

Скорость распространения

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущенной), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой нормальной скорости распространения пламени (далее – НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимальную возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей – от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т.д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин при:

  • дефлаграционном горении – до 100 м/с;
  • взрывном горении – от 300 до 1000 м/с;
  • детонационном горении – свыше 1000 м/с.

Цвет пламени определяется излучением электронных переходов (например, тепловым излучением) различных возбужденных (как заряженных, так и незаряженных) частиц, образующихся в результате химической реакции между молекулами горючего и кислородом воздуха, а также в результате термической диссоциации. В частности, при горении углеродного горючего в воздухе, синяя часть цвета пламени обусловлена излучением частиц CN ±n , красно-оранжевая — излучением частиц С2 ±n и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CHx ±n , H2O ±n , HO ±n , CO2 ±n , CO ±n ) и основных газов (N2, O2, Ar) лежит в невидимой для человеческого глаза УФ и ИК части спектра. Кроме того, на окраску пламени сильно влияет присутствие в самом топливе, деталях конструкции горелок, сопел и так далее соединений различных металлов, в первую очередь натрия. В видимой части спектра излучение натрия крайне интенсивно и ответственно за оранжево-желтый цвет пламени, при этом излучение чуть менее распространенного калия оказывается на его фоне практически не различимым (поскольку большинство организмов имеют в составе клеток K+/Na+ каналы, то в углеродном горючем растительного или животного происхождения на 3 атома натрия приходится в среднем 2 атома калия).

Источник: Тидеман Б.Е., Сциборский Д.Б. Химия горения. –Л., 1935.

Температура огня при горении древесины в костре

Первые химики считали, что огонь вызывается выделением из тел вещества «флогистон», который содержат все взрывчатые и горючие материалы. Но в XVIII веке было доказано, что причиной горения является менее таинственный элемент — кислород. Согласно этой модели явления, пламя указывает на место взаимодействия окислителя с горючим материалом, а его цвет — на температуру огня.

Огонь и древние люди

Контролируемое использование огня для обеспечения себя теплом и светом — одно из первых великих достижений человечества. Это дало возможность древним людям освоить места с более суровым климатом, готовить пищу, защищаться от хищников и обрабатывать некоторые материалы. Доказано, что предки современных людей знали, как пользоваться огнём по меньшей мере 790 тысяч лет. Некоторые археологические данные свидетельствуют об использовании его значительно раньше:

  1. 1,6 млн лет назад — анализ сгоревших костей антилоп в одной из пещер Южной Африки подтверждает, что их сожгли австралопитеки в рукотворном костре.
  2. 1,9 млн лет назад — в другой пещере на границе пустыни Калахари были найдены следы старейшего контролируемого огня. Предварительные данные говорят о том, что гомо эректус готовили пищу на костре с момента своего появления.

Огонь является очень важным для человеческого развития, так как позволил нашим предкам готовить пишу и обогреваться

Многие культуры не одну тысячу лет поклонялись открытому пламени и использовали его в религиозных обрядах.

Роль важного элемента во многих церемониях огонь сохранил и до настоящих дней. Его значение для людей было настолько велико, что он стал героем мифов и основой мировоззренческих систем: Прометей похитил огонь у богов, чтобы отдать его людям; Аристотель определил его в качестве одного из четырёх природных элементов; китайские философы дали ему роль одной из пяти сущностей, из которых состоит всё живое.

Физика процесса

Огнём называют бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с выделением энергии в виде тепла и света. Огонь возникает как результат воспламенения горючего при достаточном количестве кислорода, позволяющем поддерживать скорость окисления на уровне цепной реакции. Пламя — видимая газообразная часть огня. Над жидкостью оно возникает в результате её испарения, над твёрдым топливом благодаря выделению из него горючего газа в процессе пиролиза.

Огонь – бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с выделением энергии в виде тепла и света

Доминирующий цвет пламени меняется с температурой открытого огня. Хорошей иллюстрацией этого явления может быть горение традиционного костра. Рядом с дровами, где происходит самая бурная реакция, огонь белый, переходящий в жёлтый. Над этой областью цвет меняется на оранжевый, маркирующий зону, в которой холоднее. Следующий, ещё более холодный участок — красный. Над ним реакция практически не происходит, а выше можно наблюдать такие несгоревшие частицы углерода как дым. Диапазон температур горения костра в соответствии с цветовой гаммой выглядит так:

  • едва заметный красный — 500°C;
  • вишнёвый тёмный — 800°C;
  • вишнёво-красный яркий —1000°C;
  • глубокий красно-оранжевый — 1100°C;
  • яркий оранжево-жёлтый — 1200°C;
  • белесовато-жёлтый — 1300°C;
  • яркий белый 1400°C;
  • ослепительно белый — 1500°C.

Фазы горения

По сути, деревья — концентрат энергии излучения Солнца. Листья растений работают как небольшие солнечные панели, поглощающие световую энергию, чтобы с её помощью преобразовать воду, углекислый газ и минералы в органические вещества. Горение можно рассматривать как процесс обратный фотосинтезу. Поджигание дров освобождает накопленную за время жизни растения энергию, реализуя её в виде высокой температуры огня в костре. Горение древесины проходит три фазы:

  1. Испарение влаги под воздействием температуры открытого пламени. Любая древесина содержит влагу, после поджигания вода в ней закипает и испаряется через трещины. Поскольку значительная часть подводимого тепла затрачивается на испарение, успешное поджигание либо требует сухих дров, либо большого количества тепла. Первая фаза завершается при достижении древесиной 100°C.
  2. Повышение температуры и газификация древесины. При 150 °C дерево начинает разлагаться на угли и летучие горючие вещества, оптимальная температура для этого процесса — от 280°C. Воспламенение газов происходит при температурах между 260 и 315°C с дальнейшим заметным пламенным горением. При 700°C и выше начинается процесс выделения и сжигания газов с высокой теплотворной способностью. Фаза заканчивается с прекращением образования летучих горючих веществ.
  3. Углеродное горение. После выделения первичных и вторичных газов остаются углеродные цепи и несгораемые вещества. Углерод, или древесный уголь, горит долго и без видимого пламени. Стадия заканчивается полным сгоранием твёрдых веществ в древесине до негорючей золы.

Искусство истопника или разжигателя костров состоит в знаниях и навыках, необходимых для обеспечения благоприятных условий протекания горения во всех трёх фазах: от поддержания температуры пламени костра до подачи необходимого количества кислорода.

Виды древесины

Есть несколько закономерностей, обуславливающих разницу в горении различных пород дерева. Прежде всего это наличие смол — они заметно добавляют теплотворной способности дровам. Мягкий лес горит легче из-за низкой плотности. Тяжёлые породы долго поддерживают горение.

В то время как плотность древесины существенно варьируется от вида к виду, теплотворная способность их на единицу массы практически одинакова (за исключением хвойных смолистых пород). Независимо от того, какие виды деревьев пошли на дрова, влажность — основной фактор, влияющий как на процесс горения, так и на тепловой результат.

Знание разных пород древесины позволяет получить комфортное горение с меньшим расходом дров

Перечень особенностей древесины некоторых пород:

  • акация — горит медленно и даёт много тепла, быстро сохнет, в кострище издаёт характерный треск;
  • берёза — сгорает быстро, легко воспламеняется даже влажной, даёт ровный и устойчивый огонь;
  • бук — калорийное топливо, оставляет мало золы;
  • дуб — высокая теплотворная способность, выделяет при горении приятный запах, очень долго сохнет;
  • тополь — невысокая теплота сгорания;
  • фруктовые деревья — горят медленно и равномерно;
  • хвойные — ароматный дым, могут стрелять смолой, образуют много копоти.

Знание основ обращения с древесиной как топливом позволяет получить комфортное горение с меньшим расходом дров.

Важно только не забывать главное: неконтролируемое открытое пламя может быть очень опасным для живых существ. Помимо ожогов от пламени и тлеющих углей, огонь может принести несравненно больше беды разгоревшись в пожар.

Какая температура горения дров в печи – породы дерева, какие дрова лучше выбрать ?

Какая температура горения дров в печи – породы дерева, какие дрова лучше выбрать

Дрова являются традиционным видом твердого топлива, которое издавна использовалось в регионах, где есть большое количество доступной древесины. От того, насколько высока температура горения дров в печке, зависит не только скорость прогрева дома, но и эффективность применения топлива, а значит, и размер финансовых затрат. Об основных характеристиках древесины, а также факторах, влияющих на количество в ыделяемой дровами тепловой энергии, и пойдет речь в статье ниже.

Температурный порог горения древесины различных пород

В зависимости от структуры и плотности древесины, а также количества и характеристик смол, зависит температура горения дров, их теплотворность, а также свойства пламени.

Если дерево пористое, то гореть оно будет очень ярко и интенсивно, однако высоких температур горения оно не даст – максимальный показатель составляет 500 ℃. А вот более плотная древесина, как, например, у граба, ясеня или бука, сгорает при температуре около 1000 ℃. Чуть ниже температура горения у березы (около 800 ℃), а также дуба и лиственницы (900 ℃). Если речь идет о таких породах, как ель и сосна, то они загораются примерно при 620-630 ℃.

Использование древесины исходя из ее теплоемкости

При выборе разновидности дров, стоит учитывать соотношение стоимости и теплоемкости той или иной древесины. Как показывает практика, оптимальным вариантом можно считать березовые дрова, у которых эти показатели сбалансированы лучше всего. Если закупать более дорогие дрова, затраты будут менее эффективными.

Для отопления дома твердотопливным котлом не рекомендуют использовать такие виды дерева, как ель, сосна или пихта. Дело в том, что в данном случае температура горения дров в котле будет недостаточно высокой, а на дымовых трубах будет скапливаться много сажи.

Низкие показатели теплоэффективности также и у дров из ольхи, осины, липы и тополя из-за пористой структуры. Кроме того, иногда в процессе горения ольховые и некоторые другие виды дров выстреливают углями. В случае открытой топки печи такие микро взрывы могут привести к пожарам.

Стоит отметить, что какой бы ни была древесина, если она сырая, то горит хуже сухой и сгорает не до конца, оставляя много золы.

Теплоотдача при сгорании дров в печи

Существует прямая взаимосвязь между температурой горения дров в печи и теплоотдачей – чем жарче пламя, тем больше тепла оно выделяет в помещение. На количество генерируемой тепловой энергии влияют различные характеристики дерева. Расчетные величины можно найти в справочной литературе.

Стоит отметить, что все нормативные показатели рассчитывались в идеальных условиях:

  • древесина хорошо просушена;
  • топка печи закрыта;
  • кислород подается четко дозированными порциями для поддержания процесса горения.

Естественно, что в домашней печи создать такие условия невозможно, поэтому тепла будет выделяться меньше, чем показывают расчеты. Поэтому нормативы будут полезны лишь для определения общей динамики и сравнения характеристик.

Что собой представляет процесс горения

Изотермическая реакция, при которой выделяется определенное количество тепловой энергии и называется горением. Эта реакция проходит несколько последовательных стадий.

На первом этапе древесина разогревается внешним источником огня до точки воспламенения. По мере нагрева до 120-150 ℃ древесина превращается в угли, которая способна самовоспламеняться. По достижении температуры в 250-350 ℃ начинают выделяться горючие газы – этот процесс называется пиролизом. Одновременно происходит тление верхнего слоя древесины, которое сопровождается белым или бурым дымом – это смешанные пиролизные газы с водяным паром.

На втором этапе в результате разогрева пиролизные газы загораются светло-желтым пламенем. Оно постепенно распространяется на всю площадь древесины, продолжая нагрев древесины.

Следующая стадия характеризуется воспламенением древесины. Как правило, для этого она должна разогреться до 450-620 ℃. Чтобы дрова воспламенились, необходим внешний источник тепла, который будет достаточно интенсивным для резкого нагрева дерева и ускорения реакции.

Кроме того, на скорость воспламенения дров влияют такие факторы, как:

  • тяга;
  • влажность древесины;
  • сечение и форма дров, а также их количество в одной закладке;
  • структура древесины – рыхлые дрова загораются быстрее, чем плотные;
  • размещение дерева относительно потока воздуха – горизонтально или вертикально.

Проясним некоторые моменты. Поскольку влажное дерево при горении в первую очередь испаряет лишнюю жидкость, то разжигается и сгорает оно намного хуже, чем сухое. Форма также имеет значение – ребристые и зазубренные бревна воспламеняются легче и быстрее, чем гладкие и круглые.

Тяга в дымоходе должна быть достаточной, чтобы обеспечить приток кислорода и рассеять внутри топки тепловую энергию на все находящиеся в ней объекты, но не задуть при этом огонь.

Четвертая стадия термохимической реакции – устойчивый процесс горения, который после вспышки пиролизных газов охватывает все находящееся в топке топливо. Горение проходит две фазы – тление и горение пламенем.

В процессе тления сгорает образовавшийся в результате пиролиза уголь, при этом газы выделяются довольно медленно и не могут воспламениться по причине малой концентрации. В результате конденсирования газов по мере их охлаждения образуется белый дым. Когда древесина тлеет, внутрь постепенно проникает свежий кислород, что приводит к дальнейшему распространению реакции на все остальное топливо. Пламя возникает в результате сгорания пиролизных газов, которые перемещаются вертикально по направлению к выходу.

Пока внутри печи поддерживается необходимая температура, подается кислород и есть не сгоревшее топливо, процесс горения продолжается.

Если такие условия не поддерживаются, то термохимическая реакция переходит в финальную стадию – затухание.

Как определить температуру горения в печи на дровах

Измерение температуры горения дров в камине можно выполнять только пирометром – никакие другие измерительные приборы для этого не годятся.

Если же такого прибора у вас нет, можно визуального определить примерные показатели, исходя из цвета пламени. Так, пламя низкой температуры имеет темно-красную окраску. Желтый огонь свидетельствует о слишком высокой температуре, получаемой с помощью усиления тяги, однако в этом случае большее количество тепла сразу улетучивается сквозь дымовую трубу. Для печи или камина наиболее подходящей будет температура горения, при которой цвет пламени будет желтым, как, например, у сухих березовых дров.

Современные печи и твердотопливные котлы, а также камины закрытого типа, оборудованы системой контроля подачи воздуха, чтобы корректировать теплоотдачу и интенсивность горения.

Жаропроизводительность древесины

Помимо значения теплотворности, то есть количества выделяемой тепловой энергии при сгорании топлива, есть еще понятие жаропроизводительности. Это та максимальная температура в печи на дровах, которой может достигать пламя в момент интенсивного горения древесины. Данный показатель также полностью зависит от характеристик древесины.

В частности, если дерево имеет рыхлую и пористую структуру, оно сгорает на довольно низких температурах, образуя светлое высокое пламя, и дает довольно мало тепла. А вот плотная древесина, хоть и гораздо хуже разгорается, даже при слабом и низком пламени дает высокую температуру и большое количество тепловой энергии.

Влажность и интенсивность горения

Если древесина была срублена недавно, то в ней содержится от 45 до 65 % влаги в зависимости от времени года и породы. У таких сырых дров температура горения в камине будет невысокой, поскольку большое количество энергии будет затрачиваться на испарение воды. Следовательно, теплоотдача от сырых дров будет достаточно низкой.

Достигнуть оптимальных показателей температуры в камине и выделения достаточного для прогрева количества тепловой энергии можно несколькими способами:

  • Сжигать за один раз в 2 раза больше топлива, чтобы обогреть дом или приготовить еду. Такой подход чреват существенными материальными затратами и усиленным накоплением сажи и конденсата на стенках дымоотвода и в ходах.
  • Сырые бревна распиливают, колют на небольшие поленья и размещаются под навесом для просушки. Как правило, за 1-1,5 года дрова теряют до 20 % влаги.
  • Дрова можно закупить уже хорошо просушенными. Хотя они несколько дороже, зато теплоотдача от них намного больше.

Стоит отметить, что совершенно непригодна для использования в качестве топлива древесина сырого срубленного тополя и некоторых других пород. Она рыхлая, содержит очень много воды, поэтому при горении дает очень мало тепла.

В то же время, у березовых сырых дров наблюдается достаточно высокая теплотворность. Кроме того, пригодны для использования сырые поленья из граба, ясеня и прочих пород дерева с плотной древесиной.

Как тяга в печке влияет на горение

Если в топку печи поступает недостаточное количество кислорода, то интенсивность и температура горения древесины снижается, а вместе с тем сокращается и ее теплоотдача. Некоторые предпочитают прикрывать поддувало в печке, чтобы продлить время горения одной закладки, однако в результате топливо сгорает с более низким КПД.

Если дрова сжигают в открытом камине, то в таком случае кислород свободно поступает в топку. В данном случае тяга зависит главным образом от характеристик дымовой трубы.

В идеальных условиях формула термохимической реакции выглядит примерно так:

Это значит, что при доступе кислорода происходит сгорание водорода и углерода, что в результате дает тепловую энергию, водяной пар и углекислый газ.

Для максимальной температуры сгорания сухого топлива в топку должно поступать около 130 % кислорода, необходимого для горения. Когда входные заслонки перекрывают, образуется избыток угарных газов, вызванных недостатком кислорода. Такой недожженный углерод улетучивается в дымоход, однако внутри топки падает температура горения и сокращается теплоотдача топлива.

Современные твердотопливные котлы очень часто оборудованы специальными теплоаккумуляторами. Эти устройства накапливают излишнее количество тепловой энергии, генерируемой в процессе горения топлива при условии хорошей тяги и с высоким КПД. Таким способом можно экономить топливо.

В случае с печами на дровах возможностей экономить дрова не так уж и много, поскольку они сразу же отдают тепло в воздух. Сама печка способна сохранять лишь небольшое количество тепла, а вот железная печь и вовсе на такое не способна – из нее лишнее тепло сразу же уходит в трубу.

Так, при увеличении тяги в печи можно добиться усиления интенсивности горения топлива и его теплоотдачи. Однако в таком случае существенно возрастают теплопотери. Если же обеспечить медленное сгорание дров в печи, то их теплоотдача будет меньше, а количество угарного газа – больше.

Обратите внимание, что КПД теплогенератора напрямую влияет на эффективность сжигания дров. Так, твердотопливный котел может похвастаться 80 % эффективности, а печь – всего 40 %, причем имеет значение ее конструкция и материал.

Выводы

Таким образом, наилучшим вариантом с точки зрения экономии средств, а также эффективности сгорания и теплоотдачи, можно считать дрова из березы. Поскольку твердые породы древесины с высокой жаропроизводительностью стоят существенно дороже, они используются в качестве дров намного реже.


Пламя: строение и описание

Огонь сам по себе является символом жизни, значение его трудно переоценить, так как он с давних времен помогает человеку согреться, видеть в темноте, готовить вкусные блюда, а также защищаться.

История пламени

Огонь сопровождал человека еще с первобытного строя. В пещере горел огонь, утепляя и освещая ее, а отправляясь за добычей, охотники брали с собой горящие головни. На смену им пришли просмоленные факелы – палки. С помощью них освещались темные и холодные замки феодалов, а громадные камины отапливали залы. В античные времена греки использовали масляные лампы – глиняные чайнички с маслом. В 10-11 веках стали создавать восковые и сальные свечи.

В русской избе до многие столетия горела лучина, а когда в середине 19 века из нефти начали добывать керосин, в обиход вошли керосиновые лампы, позже – газовые горелки. Ученые и сейчас занимаются изучением строения пламени, открывая новые его возможности.

Цвет и интенсивность огня

Для получения пламени необходим кислород. Чем больше кислорода, тем лучше процесс горения. Если раздувать жар, то в него попадает свежий воздух, а значит – кислород, и когда тлеющие кусочки дерева или угольки разгораются, возникает пламя.

Пламя бывает разных цветов. Дровяное пламя костра танцует желтым, оранжевым, белым и голубыми цветами. Цвет пламени зависит от двух факторов: от температуры горения и от сжигаемого материала. Для того чтобы увидеть зависимость цвета от температуры, достаточно проследить за накалом электрической плиты. Сразу после включения спирали нагреваются и начинают светиться тусклым красным цветом.

Чем больше они накаляются, тем ярче становятся. И когда спирали достигают наивысшей температуры, они становятся яркого оранжевого цвета. Если бы можно было накалить их еще больше, они бы изменили свой цвет к желтому, белому, и, в конце концов, к голубому. Голубой цвет обозначал бы наивысшую степень нагрева. Подобное происходит и с пламенем.

От чего зависит строение пламени?

Оно мерцает разными цветами, в то время, когда фитиль сгорает, проходя сквозь тающий воск. Огонь требует доступ кислорода. Когда свеча горит, в середину пламени, возле дна, много кислорода не попадает. Поэтому оно выглядит более темным. Но вершина и бока получают много воздуха, поэтому там пламя очень яркое. Оно нагревается более чем 1370 градусов по Цельсию, это делает пламя свечи в основном желтого цвета.

А в камине или в костре на пикнике можно увидеть даже больше цветов. Дровяной огонь горит при температуре ниже, чем свеча. Поэтому он выглядит больше оранжевым, чем желтым. Некоторые частицы углерода в огне очень горячие и придают ему желтизны. Минералы и металлы, такие как кальций, натрий, медь, нагреты до высоких температур, придают огню разнообразные цвета.

Цвет пламени

Химия в строении пламени играет немалую роль, ведь его различные оттенки происходят от разных химических элементов, которые находятся в горящем топливе. Например, в огне может присутствовать натрий, который входит в состав соли. Когда натрий горит, он излучает яркий желтый свет. Еще в огне может быть кальций – минерал. Например, кальция очень много в молоке. Когда кальций нагревается, он излучает темно-красный свет. А если в огне присутствует такой минерал, как фосфор, он даст зеленоватый цвет. Все эти элементы могут быть как в самом дереве, так и других материалах, попавших в огонь. В конце концов, смешивание всех этих разных цветов в пламени может образовать белый цвет – совсем как радуга цветов, собранных вместе, образует солнечный свет.

Откуда берется огонь?

Схема строения пламени представляет собой газы в горящем состоянии, в которых находятся составные плазмы или твердые дисперсные вещества. В них происходят физические и химические превращения, которым сопутствует свечение, выделение тепла и нагрев.

Языки пламени образовывают процессы, сопровождаемые горением вещества. Если сравнивать с воздухом, газ имеет меньшую плотность, но под действием высокой температуры он поднимается вверх. Так и получаются долгие или короткие языки пламени. Чаще всего имеет место мягкое перетекание одной формы в другую. Чтобы увидеть такое явление, можно включить горелку обычной газовой плиты.

Огонь, воспламенившийся при этом, не будет равномерным. Зрительно пламя можно разделить на три главные зоны. Простое изучение строения пламени свидетельствует о том, что различные вещества горят с формированием разного типа факела.

При воспламенении газовоздушной смеси сначала формируется короткое пламя, с голубым и фиолетовым оттенком. В нем можно рассмотреть зелено-голубое ядро в форме треугольника.

Зоны пламени

Рассматривая, какое строение имеет пламя, выделяют три зоны: во-первых, предварительную, где начинается нагрев смеси, выходящей из отверстия горелки. После нее идет зона, где совершается процесс горения. Эта область захватывает верх конуса. Когда не хватает притока воздуха, сгорание газа идет частично. При этом образовываются оксид углерода и остатки водорода. Их горение происходит в третьей зоне, где присутствует хороший доступ кислорода.

Для примера представим строение пламени свечи.

Схема горения включает:

  • первую – темную зону;
  • вторую – зону свечения;
  • третью – прозрачную зону.

Нитка свечи не поддается горению, а только совершается обугливание фитиля.

Строение пламени свечи представляет собой раскаленный поток газа, поднимающийся вверх. Процесс начинается с нагревания, пока не происходит испарение парафина. Зону, прилежащую к нити, именуют первой областью. Она имеет незначительное свечение голубого оттенка из-за избытка количества горючего материала, но малого поступления кислорода. Тут происходит процесс частичного сгорания веществ с образованием чадного газа, который затем окисляется.

Первую зону охватывает светящаяся оболочка. В ней находится достаточный объем кислорода, который способствует окислительной реакции. Именно здесь при интенсивном накаливании частичек оставшегося топлива и угольных частичек наблюдается эффект свечения.

Вторая зона охвачена чуть заметной оболочкой с высокой температурой. В нее проникает много кислорода, что содействует полному сгоранию топливных частичек.

Пламя спиртовки

Для различных химических опытов применяют мелкие резервуары со спиртом. Их именуют спиртовками. Строение пламени подобно свечному, но все же имеет свои особенности. Фитиль просачивается спиртом, чему содействует капиллярное давление. При достижении вершины фитиля происходит испарение спирта. В виде пара он воспламеняется и горит при температуре не больше 900 °C.

Строение пламени спиртовки имеет обычную форму, оно почти бесцветное, со слегка голубоватым оттенком. Его зоны более размытые, чем у свечи. В спиртовой горелке, основа пламени находится над калильной сеткой горелки. Углубление пламени ведет к снижению объема темного конуса, а из отверстия выходит светящаяся зона.

Химические процессы в пламени

Процесс окисления проходит в неприметной зоне, которая расположена вверху и имеет наивысшую температуру. В ней частички продукта горения поддаются окончательному сгоранию. А излишек кислорода и нехватка топлива ведут к сильному процессу окисления. Этой способностью можно пользоваться при быстром нагревании веществ над горелкой. Для этого вещество окунают в верхушку пламени, где горение совершается значительно быстрее.

Восстановительные реакции происходят в центральной и нижней части пламени. Тут находится достаточный запас горючего и небольшой доступ кислорода, необходимый для процесса горения. При добавлении в эти зоны кислородсодержащих веществ происходит отщепление кислорода.

Как восстановительное пламя рассматривают процесс распада железа двухвалентного сульфата. При проникновении FeSO4 в середину факела, происходит сначала его нагрев, а потом распад на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В этой реакции происходит восстановление серы.

Температура огня

Для любой области пламени свечки или горелки свойственны свои показатели температуры, зависящие от доступа кислорода. Температура открытого пламени в зависимости от зоны может меняться от 300 °C до 1600 °C. Примером выступает диффузионное и ламинарное пламя, строение трех его оболочек. Конус пламени в темной области имеет температуру нагрева до 360 °C. Над ним расположена зона свечения. Ее температура нагрева варьируется от 550 до 850 °C, что приводит к расщеплению горючей смеси и процессу ее сгорания.

Наружная область слегка заметна. В ней нагрев пламени достигает 1560 °C, что объясняется свойствами молекул горящего вещества и скоростью поступления окислителей. Здесь процесс горения самый энергичный.

Очищающий огонь

В пламени заключается огромный энергетический потенциал, свечки используются в ритуалах очищения и прощения. А как приятно посидеть возле уютного камина тихими зимними вечерами, собравшись семьей и обсуждая все, что произошло за день.

Огонь, пламя свечи несут громадный заряд позитивной энергии, ведь недаром сидящие у камина ощущают покой, уют и умиротворение в душе.

Ссылка на основную публикацию