Hoření

Troška teorie pro přemýšlivé…

Hoření dřeva (biomasy) – odborně spalovací proces, je vlastně chemická oxidační reakce, při níž se uvolňuje reakční teplo… Probíhá ve čtyřech na sebe navazujících a souběžných fázích.
Z pohledu provozního si můžeme rozdělit hoření na zatápění a průběžné hoření. Zatápění probíhá většinou od drobných třísek, či nejrůznějších podpalovačů, a kromě vytvoření žhavého základu pro další přikládání má za úkol zahřát topeniště a komín, který tak získává přirozený tah. Průběžné hoření začíná po přiložení dřeva do roztopeného a žhavého ohniště.

Fáze hoření:
1) V první fázi dochází k ohřívání přiloženého paliva a následnému odpařování vody (již při 100°C).
2) Ve druhé fázi dochází k uvolňování hořlavých plynů ze dřeva. Hovoříme o uvolňování prchavé hořlaviny a tato fáze začíná při teplotě 200 – 400°C. Podíl prchavé hořlaviny v celkovém množství hořlaviny dřeva je poměrně vysoký, okolo 85% celkového podílu a zbylých 15% uhlíku shoří na roštu až při vyšších teplotách, kolem 800°C. Důležitá poznámka: zplyňování dřeva je přirozenou součástí každého procesu spalování dřeva…
3) Třetí fází je hoření prchavé hořlaviny. Ta musí být důkladně promísená se spalovacím vzduchem přiváděným do komory. Důležité pro zapálení okysličených plynů je: dostatečně vysoká teplota topeniště, jeho tvar a velikost a dostatek času k reakci. Proto nejmodernější topeniště mají štíhlý a vyšší tvar. Hořlavé plyny tak mají dostatek času a prostoru k promísení s přiváděným spalovacím vzduchem a k jejich maximálnímu vyhoření tam, kde je to nejvíc žádoucí. Přes velkoplošné prosklení se přitom do interiéru předává sáláním až 60% uvolněné energie. Toto sálavé teplo podvědomě vnímáme nejintenzivněji a je pro nás nejpříjemnější díky tomu, že je velmi podobné slunečnímu záření.
4) poslední fází je dohořívání uhlíkového zbytku, které trvá déle a žhavé uhlíky na dně ohniště významně napomáhají zapálení a nastartování spalování nové dávky čerstvě přiloženého dřeva.

Mechanizmus spalovacího procesu dřeva:
Tepelný výkon Pv ,  tepelný příkon Pp  a  účinnost   
Účinnost   se udává v procentech a je dána poměrem tepelného výkonu Pv  a tepelného příkonu Pp. 

vzorec1

Tepelný příkon Pp je dán množstvím tepla přivedeného palivem.
Tepelný výkon Pv je dán množstvím tepla využitého k ohřevu místnosti.
Stanovení tepelného příkonu Pp   (kW)

vzorec2
 
Stanovení tepelného výkonu Pv   (kW)

vzorec3
 
po dosazení:

vzorec4
 
Demonstrativní výpočet :
Pro demonstraci uvedených vztahů předpokládejme, že v ohništi spálíme za jednu hodinu 3 kg dřeva, vysušeného na obsah vody 20%, čemuž odpovídá výhřevnost 15,0 MJ.kg-1 .
Tepelný příkon je potom 

vzorec5
 
Účinnost krbové vložky je 80%. Tepelný výkon je potom

vzorec6
 
Ve spalinách odejde 2,5 kW nevyužitého výkonu z celkového tepelného příkonu 12,5 kW.

Výpočet hodinové dávky paliva při požadovaném výkonu a dané účinnosti:

vzorec7
 
kde:

vzorec8
 
Potřeba a přebytek spalovacího vzduchu:
Pro co nejdokonalejší spálení dřeva je v ohništi potřebné zajistit přebytek spalovacího vzduchu, což je parametr důležitý pro určení potřeby vzduchu pro hoření a dimenzování přívodních cest CPV/EPV. U správně navržených ohnišť přebytek = 2. Základní množství vzduchu pro laboratorní spálení 1kg dřeva je 4m3.
Pro názornost:
Při spálení 3kg dřeva za hodinu, základní potřebě vzduchu 4 m3 na 1kg dřeva  a potřebném přebytku vzduchu 2, je hodinová spotřeba vzduchu pro dané ohniště a konkrétní hoření 24 m3 (3kg    x    4 m3/kg   x   2    =    24 m3).

Na závěr pro zajímavost:
Kvalitním spálením hořlavých složek dřeva vznikne oxid uhličitý a vodní pára. Tyto jsou přirozenou součástí ovzduší a zapojují se do koloběhu uhlíku v přírodě. Je známo, že rostliny během růstu spotřebovávají z ovzduší oxid uhličitý, produkují kyslík a zadržují uhlík ve své buněčné struktuře. (Pro zajímavost vzrostlý 100-letý buk spotřebuje ročně více než 6 tun oxidu uhličitého a vyprodukuje cca 4,5 tuny kyslíku.)