Η ΚΑΥΣΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ
Η καύση του ξύλου είναι μια εξώθερμη χημική αντίδραση οξείδωσης κατά την οποία ο άνθρακας που περιέχεται στο ξύλο (καύσιμο) αντιδρώντας με το οξυγόνο του αέρα σε υψηλή θερμοκρασία δημιουργεί έκλυση θερμότητας.
Η καύση περιλαμβάνει τις εξής επιμέρους φάσεις:
- Την αποξήρανση του ξύλου μέχρι τους 100 °C και πλέον, όπου αποβάλλεται η υγρασία που περιέχεται στο ξύλο. Στη φάση αυτή δεν εκλύεται θερμότητα. Αντίθετα καταναλώνεται για τη μετάβαση του περιεχομένου νερού από την υγρή στην αέρια φάση. Γι’ αυτό όσο πιο υγρό είναι το ξύλο τόσο περισσότερη θερμότητα απαιτείται για την ξήρανσή του και επομένως τόσο χαμηλότερη είναι τελικά η θερμική του απόδοση.
- Την πυρόλυση μεταξύ 220 - 270 °C, όπου το ξύλο αρχίζει να αποσυντίθεται σε πτητικές ενώσεις του άνθρακα και άλλων στοιχείων (αέρια και ατμούς) και άνθρακα. Ένα μικρό τμήμα αυτών των ενώσεων καίγεται αποδίδοντας θερμότητα, το μεγαλύτερο όμως μέρος τους διαφεύγει στην καπνοδόχο όπου υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να αντιδράσει με τους υδρατμούς (υγρασία) δημιουργώντας κρεόζοτο (καπνιά) που επικάθηται στα τοιχώματα της καπνοδόχου. Στους 500 °C το 85% του βάρους του ξύλου είναι σε αέρια κατάσταση.
- Την καύση των αερίων ενώσεων, τη μετακαύση όπως λέγεται, που πραγματοποιείται με έκλυση θερμότητας, αν υπάρχει και επαρκής ποσότητα οξυγόνου, σε θερμοκρασίες άνω των 500 °C (για το CO - μονοξείδιο του άνθρακα - 600 - 650 °C).
Μόνο όταν ολοκληρωθούν και οι τρεις παραπάνω φάσεις, που δεν είναι διακριτές μεταξύ τους στην πράξη, μπορεί η καύση να χαρακτηριστεί τέλεια.
Με την τέλεια καύση εκλύεται η μέγιστη θερμική ενέργεια που μπορεί να αποδώσει το ξύλο, ενώ οι εκπομπές είναι υδρατμοί (H2O), διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και οξείδια του αζώτου (ΝΟχ) που παράγονται σε υψηλές θερμοκρασίες από την αντίδραση του αζώτου που περιέχεται στο ξύλο με το οξυγόνο του αέρα, καθώς και σωματίδια, ενώ στην κλίνη καύσης παραμένει η στάχτη η οποία αποτελείται από οξείδια ασβεστίου, πυριτίου, νατρίου και μαγνησίου κ.ά.
Για να γίνει τέλεια καύση και να υπάρχει η μέγιστη δυνατή απόδοση θερμότητας θα πρέπει:
- το ξύλο να είναι όσο γίνεται πιο ξηρό (περιεκτικότητα σε υγρασία από 18 έως 22%),
- η συσκευή καύσης να είναι με τέτοιο τρόπο κατασκευασμένη, ώστε στο θάλαμο καύσης να μπορούν να αναπτυχθούν υψηλές θερμοκρασίες, τα αέρια προϊόντα της καύσης να παραμένουν για πολύ χρόνο σε υψηλές θερμοκρασίες και βέβαια να υπάρχει επαρκές οξυγόνο στον αέρα καύσης.
Οι σύγχρονες συσκευές καύσης ξύλων, σημαντικά βελτιωμένες σε σύγκριση με το παρελθόν, κυρίως σε ότι αφορά την εκπομπή ρύπων και τη θερμική τους απόδοση, σχεδιάζονται για τέλεια καύση. Επιπλέον κατασκευάζονται με βάση συγκεκριμένες τεχνικές προδιαγραφές, σύμφωνα με τις οποίες ελέγχονται και πιστοποιούνται από πιστοποιημένα εργαστήρια δοκιμών.
Σημειώνεται ακόμη ότι όταν η καύση είναι ατελής στα αέρια προϊόντα της περιέχεται και το εξαιρετικά τοξικό μονοξείδιο του άνθρακα (CO).
Η θερμική απόδοση του ξύλου (δηλαδή η ποσότητα της θερμικής ενέργειας που προέρχεται από την πλήρη καύση ενός kg) μετρείται σε MJ/Kg ή kWh/kg ή kCal/kg.
Υπάρχει η ανώτερη θερμική απόδοση κατά τη μέτρηση της οποίας οι υδρατμοί στα προϊόντα της καύσης θεωρούνται υγροποιημένοι και η κατώτερη θερμική απόδοση κατά τη μέτρηση της οποίας όλα τα προϊόντα της καύσης βρίσκονται στην αέρια φάση. Επομένως, η τιμή της κατώτερης θερμικής απόδοσης που χρησιμοποιείται στην πράξη, είναι μικρότερη της ανώτερης κατά την ποσότητα της θερμικής ενέργειας που καταναλώνεται για την ατμοποίηση του νερού.
Γενικά η θερμική απόδοση (η κατώτερη) των διαφόρων ειδών ξύλου, για το ίδιο ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας, διαφοροποιείται ελάχιστα και είναι της τάξης των 4 - 4,25 kWh/kg (3.440 kCal/kg), για περιεχόμενη υγρασία 15% περίπου (υγρού βάρους w: [υγρό βάρος - ξηρό βάρος] / υγρό βάρος x 100). Διαφοροποιείται, όμως, σημαντικά η θερμική απόδοση του ξύλου ανάλογα με το ποσοστό της περιεχόμενης υγρασίας όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.