Fatüzelés

Szerző: Burján Zoltán

Pannonpellet Kft.

2008.

 

A fa nedvességtartalma és fűtőértéke 

Ha fával szeretnénk fűteni, az első kérdés, hogy milyen a fa? Az se rossz, ha elkezdjük sorolni, hogy bükk, gyertyán…, de sokkal fontosabb azt tudni, hogy mekkora a nedvességtartalma, ugyanis minél nedvesebb a fa, annál kisebb a fűtőértéke, mivel a nedvességnek az elégés alatt el kell párolognia. A víz elpárologtatásához pedig jelentős mennyiségű energia szükséges, ezért minél nagyobb a tűzifa víztartalma, annál több energia vész kárba a fűtés folyamán. 

Érdekességként egy-két fafajta fűtőértéke 15%-os nedvességtartalom esetén: 

  • Bükk: 15, 12 MJ/kg
  • Tölgy: 15, 12 MJ/kg
  • Akác: 14, 76 MJ/kg
  • Gyertyán: 15, 12 MJ/kg
  • Nyár: 15, 12 MJ/kg
  • Lucfenyő: 15, 84 MJ/kg

Látható, hogy – az általános vélekedés ellenére – a fenyő fűtőértéke (tömegre vetítve) magasabb, mint a keményfáké. Persze ez térfogatra vetítve már nem így néz ki.

A következő táblázat a fa nedvességtartalma (vízmennyiség százalékban a fa száraz súlyához képest) és a fűtőérték közötti összefüggéseket mutatja.  

Víztartalom % 10 15 20 30 40 50
Fűtőérték (MJ/kg) 16, 56 15, 48 14, 4 12, 24 10, 44 8, 28
Fűtőérték (kWh/kg) 4, 6 4, 3 4, 0 3, 4 2, 9 2, 3

Jól látható, hogy a nedves fa 50%-os víztartalommal csak fele annyi fűtőértékkel rendelkezik, mint egy jól kiszárított 10%-os fa.  

Nedves fát eltüzelni nem csak gazdaságtalan, hanem környezetkárosító is. A nagy nedvességtartalom miatt az égési hőmérséklet kisebb, növekszik a korom- és káros anyag kibocsátás, megnő a kémény eltömődésének a veszélye. 

 A fa szárítása   

Csak száraz, legfeljebb 20% nedvességtartalmú fával szabad fűteni. A fának időre van szüksége a száradáshoz, mely minimum 2 év.  

A fa meggyulladása 

Minél nagyobb a fadarab térfogathoz viszonyított felülete, annál könnyebben gyullad meg. Ezért a vékonyra hasított gyújtós vagy a rőzse különösen alkalmasak begyújtásra. A fa gyulladási hőmérséklete csak fele akkora, mint a tojásbriketté, az ugyanis csak 5000°C-on gyullad meg.  

Az égési folyamatot három fázisra lehet osztani:  

1. Száradási folyamat

A légszáraz fában visszamaradt nedvesség még mindig a tömeg 15–20%-a. Ez a nedvesség csak 1000°C körüli hőmérsékleten távozik a fából. Ebben a szakaszban a fa összezsugorodik, repedések keletkeznek, ami meggyorsítja a száradási folyamatot. 

2. Nyugalmi fázis 

A fa összetevői nagyjából egyidőben kezdenek folyékonnyá válni; molekuláik hasadni és párologni kezdenek. 100-2000°C-on a képződő gázok a fát még nagyon lassan hagyják el. A legkorábban képződő fagázok a gyújtópapír lángjától gyulladnak meg, de ha a gyújtólángot elvennénk, maguktól már nem égnének tovább. Mintegy 2500°C-ig kell a fával hőenergiát közölni, hogy az égési folyamat folytatódjék.  

Bár a fa szilárd tüzelőanyag, meggyújtva mégis túlnyomórészt fagázként ég el. Éghető összetevőinek tömeg szerint kereken 83%-a ég el gázalakban. A fűtőanyagok közül a fa ezért a szalma mellett a gázokban leggazdagabb tüzelőanyagnak számít. Ez a gázalakban elégő 83% adja a fa fűtőértékének 70%-át.  

A száradás után megindul a fa elgázosodása. A faanyagból energiadús, különböző összetételű éghető gázok (szénhidrogének) szabadulnak fel. Ezen anyagok égése (mely a faanyag 80%-át teszi ki) hosszú sárga lángok formájában figyelhető meg.  Mivel a fa túlnyomórészt a fagáz nagy lángjaival ég el, a jó elégéshez nagy égéstérre van szüksége, és a gázláng köré felhevített, oxigénben gazdag friss többletlevegőt is kell juttatni. Erre az előmelegített, “másodlagos” (szekunder) levegőre azért van szükség, mert a képződött, energiában gazdag fagáz csak így ég el maradéktalanul.  

2600°C-tól a fatűzben végbemenő átalakulás (pirolízis) során hőtöbblet keletkezik, a reakció exoterm. Mivel a gyorsan bomló fadarab közelében oxigénhiány van, a képződő fagázok gyakran jóval odébb lobbannak lángra, ott, ahol már elegendő oxigéntartalmú levegővel (szekunder levegő) keverednek. Mintegy 1000°C lánghőmérséklet kell ahhoz, hogy a fagáz reakcióképes összetevőire – szénre és hidrogénre – tökéletesen felbomoljon és oxidálódjék. A fában lévő fűtőenergiát csak akkor hasznosíthatjuk maradéktalanul, ha a fagáz oxigénnel keveredve magas hőmérsékleten éghet el. Csak ekkor nem szállnak tökéletlenül hasadt szénhidrogén-(oxid)vegyületek a kéményen át a légkörbe. A fagázok tökéletes elégésekor széndioxid (CO2) és víz (H2O) keletkezik, mindkettő természetes, a környezetet nem szennyező anyag. 

3. Kiégési folyamat 

Mint láttuk; megfelelő hő hatására, oxigén jelenlétében a fa illóanyag összetevői gáz formájában elégnek. Egy idő után a gyorsan távozó fagáz miatt nem jut elegendő oxigén a fadarab felületére, ezért ez egyre inkább faszénné alakul át. 

A gázok eltávozása után a faszén 500–800°C hőmérsékleten rövid, áttetsző lángokkal elizzik, ezért a faszén kandallóba nem való. 

Egy darab fában, egy időben mind a három folyamat lejátszódhat.  

Égéstermékek   

Az égési levegő 80%-át elsődleges (primer) levegőként kell a fatűzhöz juttatni. Ez a primer levegő nélkülözhetetlen a fa összetevőinek bomlásához és a fagáz képződéséhez, de a faszén sem ég el nélküle. Az égési levegő 20%-át másodlevegőként kell a fagázlángok térségébe juttatni. A “szekunder levegő” a fagáz tökéletes elégéséhez kell.  Ügyelni kell arra, hogy a másodlevegő ne hűtse le a fagázlángokat, mert akkor nem égnek ki tökéletesen. Ezért lehetőleg forrón kell a fagázlángokhoz juttatni. Fontos a megfelelő oxigénmennyiség és előmelegítés mellett az oxigén (levegő) és a fagázok jó keveredésének biztosítása is, hiszen az oxidációhoz (égéshez) a már tisztázott feltételek mellett az oxigén és fagáz molekuláknak „találkoznia” is kell. Sajnos a fagázok gyakorlatilag nem keverhetők tökéletesen oxigénben gazdag levegővel, ezért több oxigénben dús levegőt kell adagolnunk, mint amennyi számításaink szerint (elméletileg) a tökéletes égéshez kellene. A tapasztalatok szerint a tényleges levegőszükséglet a számítottnak mintegy 170%-a. Jó tűzterekben örvényszakaszok vagy szűk fúvónyílások segítik elő a jobb keveredést annak érdekében, hogy a fagáz elegendő oxigénhez jutva, lehetőleg még a hőcserélők elérése előtt tökéletesen elégjen, ehhez legalább egy percnyi kiégési időre lenne szüksége. 

Fontos tudni, hogyha a levegő adagolását megszakítjuk, ezzel lassítjuk ugyan a fa bomlásának ütemét, de maga a bomlás még nem szűnik meg, csak a hatásfok romlik jelentős mértékben. Tehát ne csökkentsük a hőteljesítményt azáltal, hogy kevesebb friss levegőt adagolunk (lefojtjuk a kazánt), vagy hogy elzárjuk a kémény huzatát; ilyenkor ugyanis a fagáz már nem éghet ki teljesen. Jobb, ha ehelyett a hőteljesítményt takarékos tüzelőadagolással szabályozzuk, vagyis mérsékelten, de rendszeresen rakunk a tűzre. 

Nem csak a túl kevés levegő hátrányos, de a túl sok is ugyanolyan kedvezőtlen lehet. 10 kg légszáraz fa elégéséhez 30–40m3 levegő szükséges. Ha túl sok levegőt adagolunk, a többletet is fel kell melegíteni. A feleslegesen felhevített levegővel energia távozik a kéményen át anélkül, hogy hasznot hozna. Ha a füstgáz hőmérséklete 200°C, akkor minden feleslegesen adagolt és melegített köbméter levegő kb. 70Wh hőveszteséget jelent. Ezek alapján már érthetjük, hogy a nyitott tűzterű kandallók idejében miért is voltak gyérebbek az erdők, s miért fáztak bundában is a kandalló mellett. Az energia egyszerűen kirohant a kéményen. 

Kémiailag a fa éghető szénből és hidrogénből áll. Ez az összeállítás egy természetbarát fűtőanyagra utal, mivel kritikus anyagok, mint kén, klór és nehézfémek hiányoznak belőle. Égéskor elsősorban víz H2O (elgőzölögve) és széndioxid CO2 kell, hogy keletkezzen. A tapasztalatok szerint a fa égése során bizonyos körülmények között más anyagok is felszabadulnak, melyet füst és kellemetlen szagok formájában érzékelünk. Ennek oka a fából kiszabaduló gázok nem megfelelő elégése, mely létrejöhet:  

  • alacsony égéshőmérséklet,
  • nedves fa,  
  • teljes égéshez szükséges levegő hiánya,  
  • nem megfelelő műszaki állapotú,
  • vagy nem megfelelően működtetett tüzelő készülék miatt. 

Az így keletkező anyagok sokfélék lehetnek: széndioxid, ecetsav, fenol, metán, formaldehid.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Egy fenntartható jövőért…