Древесина является одним из наиболее широко используемых материалов в мире. Она веками использовалась в строительстве, изготовлении мебели и отоплении домов. Деревянные конструкции используются в каждой семье. Древесина все чаще используется в различных отраслях промышленности. Основные преимущества этого материала – экологичность, высокая прочность, простота обработки и возможность использования древесных отходов в качестве топлива и для других целей.
Какова температура воспламенения древесины?
Трудно встретить человека, который не сталкивался бы в своей жизни с розжигом дров. Многие хотя бы раз ходили в поход, который не обходился без костра. Некоторым приходилось иметь дело с хворостяными плитами и саунами. Большинство хотя бы раз в жизни пробовали выжигать дрова с помощью специального устройства или увеличительного стекла.
Однако мало кто задумывался о том, при какой температуре воспламеняется древесина. Есть ли разница между температурами воспламенения различных пород древесины? У читателя есть прекрасная возможность углубиться в эти вопросы и получить много полезной информации.
Как человек овладел огнем?
Огонь был известен людям уже в каменном веке. Люди не всегда умели добывать огонь самостоятельно. Ученые считают, что первое знакомство человека с процессом горения произошло эмпирическим путем. Огонь, добытый во время лесных пожаров или взятый у соседнего племени, охранялся как самое ценное.
Со временем человек заметил, что определенные материалы обладают наиболее благоприятными свойствами для горения. Например, сухая трава или мох воспламенялись от нескольких искр.
Через много лет, опять же эмпирическим путем, человек научился разжигать огонь подручными средствами. Говорят, что первой человеческой "зажигалкой" был кусок мякины и кремня, которые при ударе друг о друга давали искры. Позже человечество научилось разжигать огонь с помощью прутика, помещенного в специальное отверстие в дереве. Дерево зажигали, энергично поворачивая конец палочки в отверстии. Многие православные общины до сих пор используют эти методы.
Гораздо позже, в 1805 году, французский химик Жан Шансель изобрел первые спички. Это изобретение приобрело огромную популярность, и человек теперь был уверен, что при необходимости сможет развести огонь.
Овладение процессом горения считается основным фактором, который дал толчок развитию цивилизации. Более того, горение останется таким фактором и в обозримом будущем.
Факторы, влияющие на температуру горения
Максимальная температура горения древесины зависит от ее породы и может быть достигнута при следующих условиях:
- содержание влаги не превышает 20%;
- пространство, используемое для горения, закрыто;
- наличие кислорода в необходимом количестве.
Также можно сжигать свежие дрова с влажностью от 40 до 60%:
- Сырые дрова можно разжигать только в хорошо разогретой плите;
- теплоотдача уменьшится на 20-40%;
- расход дров увеличится примерно вдвое;
- На стенках плиты и дымохода будет откладываться сажа.
Эффективность горения значительно снизится из-за необходимости более высоких температур для испарения воды и сжигания смолы хвойных пород. В идеале бук и ясень имеют самую высокую температуру горения, а тополь – самую низкую. Бук, лиственница, дуб и граб являются ценными породами древесины и не используются в качестве топлива. В бытовых целях для розжига дров в плитах используют березу и хвойные породы, считая, что они дают самую высокую температуру горения.
Какая древесина горит жарче?
Как уже упоминалось, дрова являются одним из наиболее часто используемых видов топлива для отопления домов за городом. Учитывая, что каждые дрова горят при разных температурах, важно выбрать самые лучшие. Главным условием для горения дров является наличие кислорода, а это во многом зависит от конструкции плиты. Кроме того, каждая древесина имеет свой химический состав и плотность. Чем плотнее древесина, тем выше теплоотдача. Помимо плотности и наличия кислорода, для теплоотдачи древесины при сгорании особое значение имеет содержание влаги в ней.
Сухая древесина горит лучше и выделяет больше тепла, чем влажная. Именно поэтому после рубки дрова складывают в штабеля и сушат под навесом в течение года. Каждый, кто использовал дрова для отопления, замечал, что некоторые виды древесины горят ярко, давая много тепла, а другие светятся и нагревают плиту очень слабо. Все, оказывается, зависит от теплоотдачи древесины. Согласно этому показателю, наиболее подходящими породами для сжигания в плитах являются береза, сосна и осина.
Фазы горения дров
Дрова не воспламеняются сами по себе – прежде чем загореться, они должны пройти через различные фазы.
Читайте также: как разжечь огонь в сырую погоду
Предварительный разогрев дров
Прежде чем дрова загорятся, они должны нагреться от какого-либо источника тепла и достичь температуры горения. Как только температура огня превысит 150°C, влага из древесины испарится, и она начнет постепенно обугливаться. Фактически, так называемая сухая древесина всегда содержит от 15 до 20% влаги.
Когда температура древесины достигает 300°C, она тлеет и начинает выделять белый дым. Этот дым представляет собой смесь водяного пара от испарившейся влаги, а также компонентов от термического разложения.
На этой стадии процесс горения еще не начался, поэтому если вы прекратите нагрев, горения не произойдет.
Вспышка продуктов сгорания
На втором этапе выделение газообразных компонентов начинает увеличиваться. Когда достигается критическая масса пиролитических газов, происходит нагрев и начинается горение. На поверхности древесины появляется ярко-желтое пламя и происходит резкий скачок температуры.
Для того чтобы достичь этой стадии, пиролитические газы должны нагреться до температуры 200-300°C. Только при такой температуре возможно воспламенение пиролитического газа.
Читайте также: Как избавиться от запаха дыма от одежды?
Воспламенение древесины
Как только газ воспламеняется, воспламеняется и сама древесина. Как только древесина достигает температуры от 450 до 650 °C (при наличии внешнего источника тепла), начинает гореть не только поверхность, но и внутренняя часть полена.
Температура горения различных видов дров
Разные виды дров горят по-разному. Одни практически ничего не оставляют после себя, только горстку золы, другие оставляют после себя много углей и пепла. Как правило, температура горения древесины составляет 200-300 °C.
Древесные породы делятся на два основных семейства в зависимости от их плотности:
- твердые лиственные породы (дуб, бук, ясень, каштан, граб, грецкий орех, плодовые деревья и др.)
- мягкие лиственные породы (тополь, ива, ольха, береза и т.д.) и хвойные породы (ель, пихта, сосна, лиственница, ель и т.д.);
Мягкие лиственные и хвойные породы горят быстрее. Однако, если их неправильно хранить, они быстро разлагаются. Тем не менее, они ценятся за высокую температуру горения, которая повышает эффективность кухонных плит и каминов и может быстро поднять температуру в доме.
Древесина лиственных пород горит дольше и имеет более высокую температуру горения. Дрова из таких деревьев используются как в промышленности, так и для топлива домашних плит и каминов.
Читайте также: какова температура пламени газовой плиты
Дрова из березы 
Дрова из дуба
Характеристики горения различных пород древесины следующие:
- Ель и сосна имеют одинаковую температуру горения – 620-630°C, пихта – 750°C, но эти породы древесины могут стрелять смолой.
- Лиственница имеет более высокую температуру горения – 860°C, но также выделяет смолу.
- Береза часто используется для каминов, так как она имеет хорошую температуру горения 815°C, а также издает хороший аромат. Она горит относительно быстро.
- Бук считается идеальным видом дров, так как имеет температуру горения 1040°C, угли горят почти без искр и обладает высокой теплопроводностью. Энергетические/тепловые характеристики буковой древесины часто приводятся в качестве эталона по сравнению с другими видами древесины. Ее аромат высоко ценится, поэтому копченые продукты в основном изготавливаются из буковой древесины.
- Дуб имеет множество применений, в основном благодаря своему теплу. Теплотворная способность почти такая же, как у бука – 850-900°C. Однако дуб оставляет много золы, поэтому он подходит для кухонных плит, но не для открытых каминов.
- Ясень, как и бук, имеет максимальную температуру горения 1040°C. Это идеальные дрова для каминов, поскольку угли почти никогда не дают искр.
- У граба также очень высокая теплотворная способность – 1020°C. Он дает приятное пламя и горит долго.
- Тополь, ольха и осина выделяют не так много тепла – около 470-600 °C – но довольно часто используются в качестве дров.
- Акация – этот вид древесины горит медленно и имеет среднюю теплотворную способность (700 °C). Она быстро сохнет и издает приятный треск при горении.
Сжигание древесины
Горение древесины – это изотермический процесс, в результате которого выделяется тепло. Для того чтобы древесина загорелась, ее необходимо сначала нагреть до температуры воспламенения.
Нагрев древесины
Нагрев – это нагревание поверхности древесины от внешнего источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может быть зажженная спичка, горящий рядом кусок дерева или щепа, или что-либо другое, способное нагреться до необходимой температуры. Когда температура нагреваемого участка достигает 120-150 °C – начинается очень медленное и постепенное обугливание древесины с образованием самопроизвольного древесного угля. Когда температура достигает 250-350 °C, начинается активное термическое разложение древесины на ее компоненты. На поверхности древесины образуется видимый обугленный слой, который начинает тлеть (гореть без пламени). Из обугленного слоя выходит белый (коричневый) дым. Сам процесс горения еще не завершен. Если нагрев прерван, воспламенение не произойдет. Наличие дыма свидетельствует лишь о том, что поверхность древесины уже достаточно нагрелась и теперь происходит термическое разложение древесины на газообразные компоненты. Белый дым – это не что иное, как продукты термического разложения древесины с добавлением значительного количества перегретого водяного пара.
Газообразное горение
При дальнейшем отоплении и повышении температуры увеличивается процесс термического разложения древесины на газообразные компоненты. Процесс термического разложения (пиролиз) будет происходить глубоко в древесной массе. Концентрация газов в зоне нагрева достигнет критического значения и произойдет воспламенение (вспышка). Вспышка возникнет на границе белого дыма и распространится по всему объему. Появится ярко-желтое пламя. Температура зоны нагрева может быстро повыситься из-за тепла, выделяемого при сгорании дымовых газов.
Температура воспламенения дымовых газов составляет 250-300°C. Это температура, при которой теоретически возможно воспламенение древесины.
Температура самовозгорания древесины
Низкая температура, до которой необходимо нагреть древесину, чтобы она загорелась, называется температурой самовоспламенения.
Температура самовоспламенения древесины составляет 250-300°. Это объясняется тем, что при нагревании древесины выделяются горючие газы (летучие продукты) и определенное количество кислорода.
В результате окисления летучих продуктов кислородом воздуха древесина самовозгорается при относительно более низкой температуре, чем другие твердые вещества (древесный уголь, уголь и т.д.). Температура самовозгорания древесины также зависит от степени измельчения. Чем более измельчена древесина, тем ниже температура ее самовоспламенения. Например, температура самовоспламенения древесной щепы намного ниже, чем у деревянных стержней. Это можно объяснить тем, что площадь поверхности 1 кг щепы больше, чем 1 кг брусков. Большая площадь поверхности древесины выделяет больше летучих веществ, которые могут окисляться и самовозгораться при нагревании.