Глава 10 – Ефективно използване на въглен
10.1. Качеството на дървените въглища.
10.2. Ефективно изгаряне на дървени въглища
Дървените въглища ще стигнат по-далеч, ако се използват ефективно и ако качеството им е оптимално за конкретната крайна употреба. Качеството на дървените въглища може да бъде определено и измерено по различни начини, които обикновено се извличат от различните изисквания за крайна употреба. Ефективността при използване обикновено означава прехвърляне на максималното количество от топлинното съдържание на дървените въглища към обекта, който трябва да се нагрее, било то вода за готвене, въздух в стаята или заряд в доменна пещ. Ефективността зависи от използването на правилно проектирано оборудване за изгаряне на дървени въглища.
10.1. Качеството на дървените въглища.
10.1.1. Съдържание на влага
10.1.2. Летливи вещества, различни от вода
10.1.3. Съдържание на фиксиран въглерод
10.1.4. Съдържание на пепел
10.1.5 Типични анализи на въглен
10.1.6. Физични свойства
10.1.7. Капацитет на адсорбция
Най-малко взискателният пазар за дървени въглища от гледна точка на качеството е вътрешният. Причините са, че производителността не може да бъде измерена лесно, силата на потребителите като индивиди да уточняват и получават дървени въглища с добро качество е минимална и е възможен определен компромис между цена и качество, който домакинският потребител използва, за да получи задоволителни резултати. Това обаче не означава, че контролът на качеството не си заслужава. При условие, че не стане тромава и бюрократично контрапродуктивна, системата от насоки за качество на дървени въглища за домакинствата е полезна стъпка за осигуряване на максимален добив от дървесния ресурс, като въпреки това дава адекватна производителност на домакинството. От друга страна, големите потребители, като индустрията за производство на дървени въглища, знаят от техния оперативен опит и изследвания свойствата, които търсят в дървените въглища, и имат средствата под формата на концентрирана покупателна способност и контрол над поне част от собственото си производство на дървени въглища , за да гарантират, че дървените въглища, които използват, отговарят на техните спецификации и произвеждат чугун при минимални общи разходи.
Повечето от спецификациите, използвани за контрол на качеството на дървените въглища, произхождат от стоманодобивната или химическата промишленост. Когато дървените въглища се изнасят, купувачите са склонни да се възползват от тези промишлени спецификации за качество, въпреки че основният изход на вносните дървени въглища може да бъде вътрешният пазар за готвене или барбекю. Този фактор трябва да се има предвид, тъй като промишлените и домашните изисквания не винаги са еднакви и интелигентната оценка на действителните пазарни изисквания за качество може да позволи доставката на подходящи дървени въглища на по-ниска цена или в по-големи количества, което е от полза както за купувача, така и за продавача.
Качеството на дървените въглища се определя от различни свойства и въпреки че всички са взаимосвързани до известна степен, те се измерват и оценяват отделно. Тези различни качествени фактори са обсъдени по-долу.
10.1.1. Съдържание на влага
Дървените въглища, пресни от отворена пещ, съдържат много малко влага, обикновено по-малко от 1%. Абсорбцията на влагата от влажността на самия въздух е бърза и с времето се натрупва влага, която дори без навлажняване от дъжд може да доведе съдържанието на влага до около 5 до 10%, дори в добре изгорени дървени въглища. Когато дървените въглища не са изгорени правилно или когато пиролинните киселини и разтворимите катрани са били измити обратно върху въглищата от дъжд, както може да се случи при изгаряне в ями и могили, хигроскопичността на въглищата се увеличава и естественото или равновесното съдържание на влага на въглищата може да нарасне до 15% или дори повече.
Влагата е добавка, която понижава калоричността или топлинната стойност на дървените въглища. Когато дървените въглища се продават на тегло, поддържането на високо съдържание на влага чрез намокряне с вода често се практикува от нечестни търговци. Обемът и външният вид на въглищата почти не се променят при добавяне на вода. Поради тази причина масовите купувачи на дървени въглища предпочитат да купуват или по брутен обем, например в кубични метри, или да купуват по тегло и да определят чрез лабораторен тест съдържанието на влага и да коригират цената, за да компенсират. В малките пазари продажбата често е на парче.
На практика е невъзможно да се предотврати случайно намокряне на дървените въглища от дъжд по време на транспортирането им до пазара, но добрата практика е дървените въглища да се съхраняват под капак, дори ако са закупени на база обем, тъй като водата, която съдържа, трябва да се изпари при изгарянето и представлява директна загуба на топлинна мощност. Това се случва, защото изпарената вода преминава в димоотвода и рядко се кондензира, за да отдаде топлината, която съдържа върху обекта, който се нагрява в печката.
Спецификациите за качество на дървените въглища обикновено ограничават съдържанието на влага до около 5-15% от брутното тегло на въглищата. Съдържанието на влага се определя чрез изсушаване в пещ на претеглена проба от въглен. Изразява се като процент от първоначалното мокро тегло.
Има доказателства, че дървените въглища с високо съдържание на влага (10% или повече) са склонни да се раздробяват и да произвеждат фини частици при нагряване в доменната пещ, което го прави нежелан при производството на чугун.
10.1.2. Летливи вещества, различни от вода
Летливата материя, различна от водата в дървените въглища, включва всички течни и катранени остатъци, които не са напълно отстранени в процеса на карбонизация. Ако карбонизацията е продължителна и при висока температура, тогава съдържанието на летливи е ниско. Когато температурата на карбонизация е ниска и времето в пещта е кратко, тогава съдържанието на летливи вещества се увеличава.
Тези ефекти се отразяват в добива на дървени въглища, произведени от дадено тегло дървесина. При ниски температури (300°C) е възможен добив на въглен от близо 50%. При температури на карбонизация от 500-600°C летливите вещества са по-ниски и типичните добиви от реторта са 30%. При много високи температури (около 1000°C) съдържанието на летливи е почти нулево и добивите падат до близо 25%. Както беше посочено по-рано, въгленът може да абсорбира отново катрани и пиролигнови киселини от дъждовна вода при изгаряне в яма и подобни процеси. По този начин въгленът може да бъде добре изгорен, но да има високо съдържание на летливи вещества поради този фактор. Това причинява допълнителна вариация в изгорените в яма дървени въглища във влажен климат. Резорбираните киселини правят въглищата корозивни и водят до гниене на ютените торби – проблем при транспортиране. Освен това не гори чисто.
Съдържанието на летливи вещества във въглищата може да варира от 40% или повече до 5% или по-малко. Измерва се чрез нагряване далеч от въздуха, претеглена проба от сух въглен при 900°C до постоянно тегло. Загубата на тегло е летлива материя. Летливите вещества обикновено се определят без съдържание на влага, т.е. летливи вещества – влага или (VM – влага).
Силно летливият въглен е лесен за запалване, но може да гори с пламък от дим. Нисколетливият въглен е труден за запалване и гори много чисто. Един добър търговски въглен може да има нетно съдържание на летливи вещества – (без влага) от около 30%. Въгленът с високо летливо вещество е по-малко ронлив от обикновения трудно изгорен въглен с ниско летливо вещество и така произвежда по-малко фини частици по време на транспортиране и обработка. Освен това е по-хигроскопичен и следователно има по-високо естествено съдържание на влага.
10.1.3. Съдържание на фиксиран въглерод
Съдържанието на фиксиран въглерод в въглищата варира от ниско около 50% до високо или около 95%. Така дървените въглища се състоят главно от въглерод. Съдържанието на въглерод обикновено се оценява като “разлика”; с други думи, всички останали съставки се приспадат от 100 като проценти и остатъкът се приема като % на “чист” или “фиксиран” въглерод. Съдържанието на фиксиран въглерод е най-важният компонент в металургията, тъй като именно фиксираният въглерод е отговорен за редуцирането на железните оксиди в желязната руда за производството на метал. Но промишленият потребител трябва да намери баланс между ронливата природа на въглищата с високо съдържание на фиксиран въглерод и по-голямата здравина на въглищата с по-ниско съдържание на фиксиран въглерод и по-високо съдържание на летливи вещества, за да постигне оптимална работа на доменната пещ.
10.1.4. Съдържание на пепел
Пепелта се определя чрез нагряване на претеглена проба до червена температура с достъп на въздух за изгаряне на всички горими вещества. Този остатък е пепелта. Това е минерална материя, като глина, силициев диоксид, калциев и магнезиев оксид и т.н., присъстваща в оригиналната дървесина и приета като замърсяване от земята по време на обработката.
Съдържанието на пепел в дървените въглища варира от около 0,5% до повече от 5% в зависимост от вида дървесина, количеството кора, включено в дървесината в пещта, и количеството замърсяване с пръст и пясък. Дървените въглища с добро качество на бучки обикновено имат съдържание на пепел от около 3%. Финият въглен може да има много високо съдържание на пепел, но ако се отсее материал, по-малък от 4 mm, остатъкът от плюс 4 mm може да има съдържание на пепел от около 5-10%. Купувачите естествено подозират фините дървени въглища и те трудно се продават (и използват, за съжаление).
10.1.5 Типични анализи на въглен
За да илюстрира обхвата на състава, открит в търговския въглен, таблица 7 изброява състава на произволни проби от въглен от различни видове дървесина и различни видове системи за карбонизация. Като цяло, всяка дървесина и всички системи за карбонизация могат да произвеждат дървени въглища, попадащи в търговските ограничения.
Таблица 8 записва вариациите в състава на дървени въглища, открити в заряда на доменната пещ в голям завод за производство на дървени въглища в Minas Gerais в Бразилия. Всички тези дървени въглища са направени с помощта на тухлени пещи тип кошер. Използваната дървесина е или смесени видове от естествените гори на региона, или евкалиптова дървесина от насаждения.
Таблица 7. Някои типични анализи на активен въглен
|
Метод на производство на дървесни видове |
Съдържание на влага % |
Пепел % |
Летливи вещества – mc/% |
% фиксиран въглерод |
Обемна плътност необработен kg/m³ |
Насипна плътност на прах kg/m³ |
Горна калоричност KJ/kg |
Забележки |
|
| Дака | Земна яма | 7.5 | 1.4 | 16.9 | 74.2 | 314 | 708 | 32410 | Прахообразно гориво за ротационни пещи 1 / |
| Уалаба | Земна яма | 6.9 | 1.3 | 14.7 | 77.1 | 261 | 563 | 35580 | Прахообразно гориво за ротационни пещи 1 / |
| Каутабали | Земна яма | 6.6 | 3.0 | 24.8 | 65.6 | 290 | 596 | 29990 | Прахообразно гориво за ротационни пещи 1 / |
| Смесена тропическа твърда дървесина | Земна яма | 5.4 | 8.9 | 17.1 | 68.6 | Дървени въглища от нисък клас 1 / | |||
| Смесена тропическа твърда дървесина | Земна яма | 5.4 | 1.2 | 23.6 | 69.8 | Домашни дървени въглища 1 / | |||
| Уалаба | Земна могила | 5.9 | 1.3 | 8.5 | 84.2 | Добре изгоряла проба 1 / | |||
| Уалаба | Земна могила | 5.8 | 0,7 | 46,0 | 47.6 | Меко изгоряла проба | |||
| Дъб | Преносима стоманена пещ | 3.5 | 2.1 | 13.3 | 81.1 | 32500 | 2 / | ||
| Кокосови черупки | Преносима стоманена пещ | 4.0 | 1.5 | 13.5 | 83,0 | 30140 | 4 / | ||
| Евкалипт Saligna | реплика | 5.1 | 2.6 | 25.8 | 66.8 | 3 / | |||
1 /= Гвиана.
2 /= Великобритания
3 /= Бразилия.
4 /= Фиджи.
Таблица 8. Характеристики на дървени въглища за доменни пещи в Бразилия
|
Химичен и Физичен Състав на Дървени въглища Dry Bass – тегловни |
Обхват |
Средногодишно |
Дървените въглища се считат за добри до отлични |
|
|
Макс. |
аз съм |
|||
| въглерод | 80% | 60% | 70% | 75-80% |
| Пепел | 10% | 3% | 5% | 3-4% |
| Летлива материя | 26% | 15% | 25% | 20-25% |
| Насипна плътност – както е получена (kgs/m³) | 330 | 200 | 260 | 250-300 |
| Насипна плътност – суха | 270 | 180 | 235 | 230-270 |
| Среден размер (mm) – както е получен | 60 | 10 | 35 | 20-50 |
| Съдържание на борове – както е получено (-6,35 mm) | 22% | 10% | 15% | 10% макс. |
| Съдържание на влага – както е получено | 25% | 5% | 10% | 10% макс. |
Диапазоните и средните годишни стойности се отнасят за дървени въглища, използвани от Belgo Mineira. Това е смес от 40% евкалиптов въглен, произведен в пещи, управлявани от компания, и 60% хетерогенен въглен от естествено дърво, произведен от частни пещи. „Добри до отлични“ дървени въглища се отнасят за тези, произведени от евкалиптово дърво в пещи на компанията.
10.1.6. Физични свойства
Свойствата, описани дотук, се наричат химични свойства, но физичните свойства, особено за промишлените въглища, са не по-малко важни. Именно в производството на желязо с дървени въглища физическите свойства имат голямо значение. Дървените въглища са най-скъпата суровина в шихтата на доменната пещ. Физическите свойства на дървения въглен влияят върху производителността на доменната пещ, докато химичните свойства са свързани повече с количеството въглен, необходимо за тон желязо и състава на готовото желязо или стомана. (1).
Въгленът от доменната пещ трябва да бъде силен при натиск, за да издържи натоварването на смачкване от заряда на доменната пещ или „тежестта“. Тази якост на натиск, винаги по-малка от съперника на въглищата, металургичния кокс, произведен от въглища, определя практическата височина и следователно ефективността и мощността на доменната пещ. Способността да се устои на счупване при манипулиране е важна за поддържане на постоянна пропускливост на зареждането на пещта за въздушния взрив, което е жизненоважно за поддържане на производителността на пещта и еднаквостта на операциите.
Разработени са различни тестове за измерване на устойчивостта на счупване; доста трудно свойство за определяне в обективни термини. Тези тестове разчитат на измерване на устойчивостта на дървения въглен на счупване или разрушаване, като се позволи на проба да падне от високо върху здрав стоманен под или чрез разтърсване на проба в барабан, за да се определи разпадането на размера след определено време. Резултатът се изразява като процент на преминаване и задържане на екрани с различни размери. Въгленът със слаба устойчивост на разбиване ще произведе по-голям процент фини частици, когато се тества проба. Фините дървени въглища са нежелателни в доменната пещ, тъй като блокират потока на въздуха в пещта. Чупливият въглен също може да бъде смачкан от тежестта на заряда и да причини запушвания.
10.1.7. Капацитет на адсорбция
Дървеният въглен е важна суровина за активен въглен. Този продукт е извън обхвата на това ръководство, но някои данни могат да бъдат полезни, когато производителите на дървени въглища продават въглен, който да бъде превърнат в активен въглен от специализирани фабрики.
Както е произведен, обикновеният дървен въглен не е много активен адсорбционен материал нито за течности, нито за пари, тъй като неговата фина структура е блокирана от остатъци от катран. За да се превърне въгленът в “активиран”, тази структура трябва да се отвори чрез отстраняване на остатъците от катран. Най-широко използваният метод днес се състои в нагряване на пулверизирания суров въглен в пещ до ниска червена топлина в атмосфера на прегрята пара. Парата предотвратява изгарянето на въглена, като изключва кислорода. Междувременно летливите катрани могат да бъдат дестилирани и отнесени с парата, оставяйки структурата на порите отворена. Обработеният въглен се излива в затворени контейнери и се оставя да изстине. Активиращите пещи обикновено са непрекъснати, т.е. прахообразният въглен преминава непрекъснато каскадно през горещата пещ в атмосферата на парата.
След активиране въгленът се тества според спецификациите за качество, за да се определи способността му да обезцветява, чрез адсорбция, воднисти разтвори като сок от сурова захар, вино от ром и т.н.; масла като растително масло и за адсорбиране на разтворители като етил ацетат във въздуха. Адсорбиращата сила е специфична. Оценките се правят за водни разтвори, други за масла и трети за пари. Тестовете измерват адсорбционната способност. Има малки разлики в готовия продукт, произведен от сурови въглища с различен произход, но като цяло всички са годни за употреба, ако са правилно изгорени. Добър основен въглен за приготвяне на активен въглен може да бъде направен от дървесината на Eucalyptus grandis в тухлени пещи.
Въгленът за адсорбция на газове и пари обикновено се прави от въглен от кокосови черупки. Този въглен има висока адсорбционна способност и е устойчив на разпрашаване в адсорбционното оборудване – много важен фактор.
10.2. Ефективно изгаряне на дървени въглища
Като се има предвид дървеният въглен с добро качество, той все пак трябва да се изгаря ефективно, за да се получат най-добри резултати. Това е особено вярно при домашна употреба, където се изгарят повечето дървени въглища. Промишлените пещи за изгаряне на дървени въглища, като доменни пещи, куполи, пещи за синтероване и т.н., обикновено са ефективно проектирани и експлоатирани. Те няма да бъдат обсъждани тук. Основната употреба на дървени въглища в домакинствата на развиващия се свят е за загряване на вода или за готвене на храна, или за осигуряване на топла вода за миене и т.н. Някои храни се приготвят чрез директно нагряване без потапяне във вода, като например при печене на царевица или месо. Една система за готвене би била 100% ефективна, ако цялата топлина, отделена при изгарянето на горивото, се поема от храната, която се готви. На практика това далеч не е така. Типичен резултат за добре проектирано и експлоатирано оборудване е ефективност от около 30%, тоест 70% от топлината излиза безполезно. В студен климат част от тази отпадна топлина може да бъде уловена и използвана за загряване на въздуха в помещението, като по този начин изпълнява полезна функция, която повишава общата ефективност.
На теория е възможно да се увеличи ефективността на преноса на топлина от горящите въглища към храната, която се готви, чрез увеличаване на цената и усложняването на печката. Това рядко е практично. Онези, които можеха да си позволят подобно усложнение, обикновено нямаше да бъдат намерени да горят дървени въглища, а някакво друго гориво с по-висок социален престиж или удобство. Необходим е компромис, за да се постигне най-добрата възможна ефективност, съвместима с разумно опростено, евтино пещно оборудване, което може да се използва от по-голямата част от потребителите на дървени въглища. Дървените въглища, за разлика от дървата за огрев, предават голяма част от топлината си към съда за готвене чрез излъчване от нажеженото горивно легло. Горенето на дърва за огрев, където горещите газове се произвеждат от дълги лениви пламъци, трябва да прехвърли голяма част от топлината към съдовете за готвене чрез конвекция. За пренос на топлина чрез конвекция горещият газ трябва действително да влезе в контакт с съда, но лъчистата топлина се пренася чрез инфрачервено лъчение, излъчвано директно от горивния слой и абсорбирано от повърхността на съда или друг обект. По този начин съдът трябва да може да “вижда” горивния слой, за да може да събира и абсорбира лъчистата топлинна енергия. Повърхността на саксията играе важна роля. За предпочитане трябва да е матово черно. Самият съд също трябва да е добър проводник на топлина. Тънкият почернял алуминий вероятно е идеален. Дебелият фаянс с ниска плътност е може би най-лошият. Почернелите от огъня съдове не трябва да се полират отвън, но трябва да се отстранят повърхностните слоеве от сажди и мек катран.
10.2.1. Как гори въглен
Въгленът реагира с кислорода на въздуха при светеща червена топлина, за да образува безцветен газ въглероден оксид, който след това изгаря със син пламък с повече кислород от въздуха, за да произведе газ въглероден диоксид. Благодарение на топлината, освободена от двете реакции, въгленът достига светещо червено и излъчва топлинна енергия, а горещият газ въглероден диоксид напуска зоната на горене, като се надяваме, че отдава чрез конвекция по-голямата част от топлината си чрез директен физически контакт със съда за готвене. Температурата на газа пада, докато пренася топлина и тя преминава в стаята. Димоотводите обикновено не се използват с дървени въглища, тъй като изгарянето им е относително без мирис и без дим в сравнение с дърва или въглища. Неизгорял газ въглероден окис може да се отдели при изгаряне на дървени въглища. Той е много отровен и проветряването на помещенията, където горят дървени въглища, е от съществено значение.
Фактът, че дървените въглища могат да се изгарят в компактна преносима печка, която не изисква димоотвод, е едно от най-важните му качества и обяснява широката му популярност, особено в градовете и застроените райони. Въпреки че е по-ефективно в цялостна енергийна гледна точка една страна да се стреми да използва ефективно изгорена дървесина за готвене, вместо да я превръща първо в дървени въглища, подобна политика е трудна за прилагане. За повечето хора в момента, които горят дървени въглища, преминаването към дърва е трудно. Пещ на дърва с димоотвод е скъпа. Самата печка може да е от трамбована пръст и да не струва нищо, но металният димоотвод може да струва $10 или повече. За тези, които живеят в тесни градски жилища, инсталирането на димоотводи може да е невъзможно и незамърсяващите характеристики на горивото от дървени въглища са убедителни в тези случаи.
Важните фактори, отбелязани в ефективните, добре проектирани, битови агрегати за изгаряне на дървени въглища, могат да бъдат обобщени, както следва:
(i) Горивният слой с дървени въглища трябва да “вижда” съда, който загрява, и трябва да е възможно най-близо до него. Стените на камерата на горивния слой не трябва да “гледат” директно към горивния слой. Това предполага пространство за горене, оформено донякъде като обърнат конус с 80-90% включен ъгъл с горивния слой, разположен в неговия връх.(ii) Тялото на пещта трябва да бъде направено от материал за трапезария, а не от метал, незасегнат от температури около 1 000°C и трябва да бъде добър термичен изолатор, за да не отвежда топлината от горивния слой. Добър материал е порест фаянс, направен от бяла горяща глина, за да отразява по-добре топлината върху саксията. Корпусът на печката трябва да може да се сменя в носещата рамка на печката, за да се намалят разходите за поддръжка. По-евтино и повече или по-малко задоволително тяло на печката може да бъде направено чрез набиване на влажна пластмасова смес, състояща се приблизително от 60% глина, 20% пясък и 20% въглен, в дървена форма и оставяне да изсъхне. Въпреки че не е толкова траен като изгорялата глина, той е евтин.
(iii) Коничният пожарен отвор на печката трябва да има около четири канала за димни газове на повърхността си, около 30 mm широки и 4 mm дълбоки, за да позволи на горещия газ да излезе, въпреки че съдът за готвене може да е плътно прилепнал към конус.
(iv) Решетката трябва да бъде от стоманен лист с 3 mm отвори за пирони, разположени приблизително 1 на cm².
(v) Рамката на печката, която може да бъде направена от рециклирана стоманена ламарина, трябва да има крака, осигуряващи разстояние от 4-5 см между дъното на глинения блок за печка и пода. Под нея се поставя тава от рециклирана стоманена ламарина за събиране на гореща пепел, така че печката да може да се постави на всякаква повърхност, без да създава опасност от пожар.
Дизайнът, показан на фиг. 12 е само един от многото. Но всички добри проекти се придържат към принципите, изброени в този раздел. Струва си да се подчертае, че целта е максимална ефективност при минимални разходи, в противен случай оборудването няма да се използва.
Фиг. 12. Готварска печка на дървени въглища с добър дизайн
1. Кръгъл съд за готвене
2. Канали за димни газове в тялото на печката
3. Корпус от рециклирана стомана
4. Тава за пепел от рециклирана стомана
5. Перфорирана решетка от рециклирана стомана
6. Корпус на печка с бяло изгаряне или смес от фини частици глина-пясък-въглен
7. Горящ въглен
Ефективно използване на дървените въглища
дървените въглища
| Ivan Stoyanov |
|
| Smith |
|
| GALLIL |
|
|
РЕЗЮМЕ
Ефективно използване на дървените въглища |
5.0
|
**************************************************
Можете да закупите дървени въглища - Mr. PER на:
- Пишете в WhatsApp като натиснете ТУК!
- Пишете ни във Вайбър като натиснете ТУК!
- ел. поща: [email protected]
- +359 886 66 79 79
- Интернет сайт: www.darvenivaglishta.bg
