Выделением чего сопровождается реакция горения. Смотреть что такое "Горение" в других словарях
Горением называют физико-химический процесс, характеризующийся следующими признаками: химическими превращениями, выделением тепла и света. Для того чтобы возникло устойчивое горение, необходимо наличие трех факторов: горючего вещества (материала, смеси), окислителя и источника зажигания.
Химическая реакция горения, идущая с выделением значительного количества тепла, почти всегда сопровождается различного рода физическими явлениями. Так, в процессе горения происходит перенос тепла реагирующих веществ и продуктов горения из одного места в другое. Все процессы, происходящие в зоне реакции горения, взаимосвязаны - скорость химических реакций определяется уровнем теплопередачи и скоростью диффузии вещества и, наоборот, физические параметры (температура, давление, скорость переноса вещества) зависят от скорости химической реакции.
Горючее вещество. Все вещества и материалы, обращающиеся в производстве, используемые в качестве сырья, полуфабрикатов, строительных конструктивных элементов, подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.
Негорючими называются вещества и материалы, не способные к горению в воздухе нормального состава. Негорючие вещества и материалы составляют значительную группу. К ним относятся все естественные и искусственные неорганические вещества и материалы, применяемые в строительстве металлы, а также гипсовые или гипсо-волокнистые плиты при содержании органической массы до 8%, минерало-ватные плиты на синтетической, крахмальной или битумной связке при содержании ее по массе до 6%.
Трудногорючими называются вещества (материалы), способные загораться под действием источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления. К ним относятся вещества и материалы, состоящие из негорючих и горючих составляющих, например: асфальтобетон, гипсовые и бетонные материалы, содержащие более 8% по массе органического заполнителя; минерало-ватные плиты на битумной связке при содержании ее от 7 до 15%; глиносоломенные материалы объемной массой не менее 900 кг/м 3 ; войлок, пропитанный глиняным раствором; древесина, подвергнутая глубокой пропитке антипиренами; цементный фибролит; отдельные виды конструкционных пластмасс и т. п.
Горючими называются вещества (материалы, смеси), способные к самостоятельному горению в воздухе нормального состава. К ним относятся все вещества и материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к негорючим и трудногорючим веществам и материалам, например: авиационные топлива, спирты, органические и неорганические масла, декоративно-отделочные материалы на основе пластмасс, текстильные материалы, магний, натрий, сера и другие материалы и химические вещества.
В свою очередь, все горючие вещества и материалы подразделяются на три подгруппы: легковоспламеняющиеся, средней воспламеняемости, трудновоспламеняющиеся.
Легковоспламеняющимися называются вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры, накаленного электрического провода и тому подобных источников зажигания с низкой энергией.
Среднюю воспламенимость имеют вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться от длительного воздействия источника зажигания с низкой энергией.
Трудновоспламеняющимися называются вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться только под воздействием мощного источника зажигания, который нагревает значительную часть вещества до температуры воспламенения.
К подгруппе легковоспламеняющихся веществ и материалов в первую очередь относятся газы и легковоспламеняющиеся жидкости.
К легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) из всех жидкостей, обращающихся в производстве, относятся горючие жидкости с температурой вспышки, не превышающей + 61° С в закрытом тигле. Они делятся на три разряда:
I - особо опасные ЛВЖ с температурой вспышки до - 18° С;
II - постоянно опасные ЛВЖ с температурой вспышки от - 18 до 23° С;
III - ЛЖВ, опасные при повышенной температуре воздуха или жидкости с температурой вспышки от 23° до 61° С.
Температурой вспышки называется самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения. Для ЛВЖ температура вспышки на 1 -5° С ниже температуры воспламенения.
Температурой воспламенения называется температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.
Практически все горючие и трудногорючие вещества и материалы горят в паровой или газовой фазе, исключение составляют титан, алюминий, антрацит и ряд других. Горючие вещества и материалы могут различаться по химическому составу, агрегатному состоянию другим свойствам, исходя из чего процессы подготовки их к горению протекают по-разному. Газы вступают в реакцию горения If Практически без каких-либо изменений, так как их перемешивание с окислителем (кислородом воздуха) происходит при любых температурах среды и не требует значительных дополнительных затрат f энергии. Жидкости должны сначала испариться и перейти в парообразное состояние, на что затрачивается определенное количество тепловой энергии, и только в паровой фазе перемешиваются с окислителем и горят. Твердые вещества и материалы при своей подготовке к горению требуют значительно большее количество энергии, так как сначала они должны либо расплавиться, либо разложиться. Расплавленные или разложившиеся вещества и материалы должны испариться и перемешаться с окислителем, после чего под воздействием источника зажигания возникает процесс горения. Каучук, резина и другие пластические материалы, а также магний и его, сплавы перед воспламенением плавятся и испаряются (при этом пластмассы разлагаются). Такие материалы, как бумага, древесина, хлопчатобумажные ткани и отдельные виды конструкционных пластмасс при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов и твердого остатка (как правило, угля).
Окислитель. Окислителем обычно служит кислород воздуха. Воздух по своему составу представляет собой смесь многих газов, основными из которых являются: азот (N 2)- 78,2% по объему и 75,5% по массе; кислород (О 2) - 20,9% по объему и 23,2% по массе; инертные газы (Не, Ne, Аг, Кг) - 0,9% по объему и 1,3% по массе. Помимо данных газов в воздушном объеме всегда присутствует незначительное количество углекислого газа, водяных паров и пыли. Все эти составляющие воздуха, кроме кислорода, при горении органических веществ и материалов в реакцию горения практически не вступают. Кислород, азот и инертные газы считаются постоянными составными частями воздуха. Содержание же углекислого газа, водяных паров и пыли непостоянно и может изменяться в зависимости от условий, в которых протекает тот или иной процесс горения.
Источник зажигания. Им может быть горящее или накаленное тело, а также электрический разряд, обладающие запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения других веществ.
На практике существуют или возникают различные явления, повышающие температуру веществ и материалов, находящихся в производстве или на хранении, что в большинстве случаев приводит к возникновению процесса горения как локально, так и во всем объеме горючего вещества или материала. К источникам зажигания относятся: искры, образующиеся при ударах металла о металл или другие твердые материалы; искры и капли расплавленного металла при коротких замыканиях в электрооборудовании и при производстве сварочных и других огневых работ; нагрев электрических проводов при перегрузках электрических сетей; механический нагрев трущихся деталей машин, биологический нагрев при окислении растительных масел и ветоши, смоченной этими маслами; горящие спич, окурки и т. п. Характер воздействия этих источников зажигания неодинаков. Так, искры, образующиеся при ударах металлических предметов, как источник зажигания имеют весьма малую мощность и способны воспламенить только газопаровоздушные смеси: метано-воздушную, ацетиленовоздушную, сероуглеродно-воздушную и др. Искры, возникающие при коротких замыканиях в электрооборудовании или при электросварке, обладают мощной воспламеняющей способностью и могут вызвать горение практически всех горючих веществ и материалов независимо от их агрегатного состояния.
Горючая среда. При возникновении и протекании процесса горения горючее вещество и окислитель являются реагирующими веществами и представляют собой горючую среду, а источник зажигания является стартером процесса горения. При установившемся горении источником зажигания еще не горящих веществ и материалов служит теплота, выделяющаяся из зоны реакции горения.
Горючие среды могут быть физически однородными (гомогенными) и неоднородными (гетерогенными). К первым относятся среды, в которых горючее вещество и окислитель (воздух) равномерно перемешаны: смеси горючих газов, паров и пылей с воздухом. Примерами горения однородной среды могут служить: горение паров, поднимающихся со свободной поверхности жидкости (разлитого авиатоплива ТС-1 при авиационном происшествии); горение газа, вытекающего из поврежденного баллона или трубопровода; взрывы газо-, паро- и пылевоздушных смесей. К гетерогенным относятся среды, в которых горючее вещество (материал) и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела: твердые горючие вещества и материалы, струи горючих газов и жидкостей, поступающие в воздух под высоким давлением, и т. п. Примером горения неоднородной среды является горение титана, алюминия, антрацита или нефтяных и газовых фонтанов, когда нефть и газ поступают, в зону горения под большим давлением и имеют весьма значительные скорости истечения.
Пламя. Пространство, в котором сгорают пары, газы и взвеси, называется пламенем. Пламя может быть кинетическим или диффузионным в зависимости от того, горит ли заранее подготовленная смесь паров, газов или пыли с воздухом или такая смесь образуется непосредственно в зоне пламени в процессе горения. Процессы, протекающие в кинетическом пламени, характеризуются высокими скоростями протекания реакции горения (линейная скорость распространения пламени может превышать 1000 м/с) и, как правило, представляют собой взрыв горючей среды, сопровождающийся высоким уровнем тепловыделения и резким повышением давления в зоне горения.
В условиях пожара практически все газы, пары, жидкости и твердые вещества и материалы горят диффузионным пламенем. Структура данного пламени существенно зависит от сечения потока горючих паров или газов и его скорости. По характеру этого потока различают ламинарное и турбулентное диффузионное пламя. Первое возникает при малых сечениях потока горючих паров или газов, движущихся с небольшой скоростью (пламя свечи, спички, газа в горелке домашней плиты и т. п.). На пожарах при горении различных веществ и материалов образуется турбулентное диффузионное пламя, минарное и турбулентное пламя представляет собой зону реакции горения, которая окружает зону паров или газов, последняя практически занимает весь объем зоны горения. Зона реакции горения иффузионном пламени представляет очень тонкий (всего несколько микрометров) слой, в котором происходит выделение тепла и светурбулентное пламя в отличие от ламинарного характеризуется I, что не имеет четких очертаний, постоянных сечений и положений фронта пламени.
Температура в зоне паров значительно ниже, чем в зоне реакции.
В пламени авиационных топлив температура потока паров около поверхности жидкости приближается к температуре ее кипения (для авиатоплива ТС-1 эта температура лежит в пределах 150 - 280° С). По мере движения потока паров к зоне реакции их температура повышается сначала за счет теплового излучения пламени, а затем - диффузии из зоны реакции нагретых продуктов сгорания. В результате нагрева происходит термическое разложение (диссоциация) парообразных веществ, и образующиеся свободные атомы и радикалы совместно с продуктами сгорания поступают непосредственно в зону реакции, т. е. в пламя. Атомы углерода, поступая в зону реакции горения, нагреваются и начинают светиться, образуя так называемое светящееся пламя. Температура зоны реакции горения меняется по высоте пламени. В нижней части пламени температура снижается за счет расхода значительного количества тепла на нагрев массы холодного воздуха, поступающего в зону горения, и является минимальной для каждого вида горения. Наибольшая температура развивается в средней части пламени, поскольку в верхней скорость реакции уменьшается за счет падения концентрации реагирующих компонентов (выгорания), в связи с чем падает уровень тепловыделения и снижается температура.
Парциальное давление кислорода воздуха в нормальных условиях равно 228,72 кПа, а в зоне реакции горения - 0, поэтому в результате разности парциальных давлений кислород из окружающего воздуха диффундирует (фильтруется, просачивается) через слой продуктов сгорания к зоне реакции. Поступление же в зону реакции горения горючих компонентов практически ничем не ограничивается. Таким образом, скорость реакции горения при развившемся процессе зависит в основном только от количества кислорода, поступающего в зону реакции, т. е. от скорости его диффузии. В случае горения неоднородной среды проникновению кислорода в зону реакции также препятствуют продукты сгорания, выделяющиеся в пространство, примыкающее к зоне реакции.
Отсутствие достаточного количества кислорода в зоне реакции горения тормозит скорость ее протекания. Если бы этого торможения не происходило, то все реакции горения, происходящие в атмосфере, протекали бы с постоянно возрастающей скоростью и заканчивались взрывом реагирующих веществ. Процессы горения, как и все химические процессы, протекают с различными скоростями, зависящими от условий, в которых они протекают, от природы реагирующих веществ, от их агрегатного состояния. Например, взрывчатые вещества разлагаются в тысячные доли секунды, а химические процессы в земной коре длятся сотни и тысячи лет. Взаимодействие веществ в газовой и паровой фазах протекают значительно быстрее, чем в жидком, а тем более твердом состоянии. Так, разлитое авиационное топливо ТС-1 сгорает относительно медленно, образуя коптящее пламя (неполное сгорание), а подготовленная паровоздушная смесь этого топлива с воздухом сгорает со взрывом. Скорость взаимодействия твердых веществ и материалов с окислителем резко изменяется в зависимости от степени их измельченное. Например, алюминий и титан, медленно горящие в слитках, при наличии особых условий могут образовывать в пылевидном состоянии взрывоопасные пылевоздушные смеси, развивающие при горении давления взрыва соответственно в 0,62 и 0,49 МПа.
Горение как химический процесс во всех случаях происходит одинаково. Однако как физический процесс оно отличается по характеру протекания реакции горения, поэтому процессы горения в начальной стадии делятся на следующие виды: самовозгорание, воспламенение и самовоспламенение.
Самовозгорание. Отдельные вещества (материалы, смеси) при хранении и в процессе эксплуатации технологического оборудования способны самовозгораться. Самовозгорание - это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения вещества в отсутствии источника загорания. К веществам, способным самовозгораться, относятся растительные и жирные масла, тряпки и ветошь, смоченные растительными маслами, сульфиды железа и другие индивидуальные химические вещества. Растительные и жирные масла (подсолнечное, льняное, конопляное, кукурузное, животные жиры и т. п.) относятся к классу жиров и представляют собой смесь глицеридов высокомолекулярных жирных кислот. Молекулы этих кислот имеют ненасыщенные (двойные) связи, способствующие при определенных условиях самовозгоранию данных веществ. Согласно перекисной теории А. Н. Баха окисление может происходить за счет присоединения кислорода к метиленовой группе, находящейся в положении по отношению к двойной связи, с образованием гидроперекиси. Как известно, все перекиси и гидроперекиси - нестойкие химические соединения. При их распаде образуются свободные радикалы, полимеризующиеся в более крупные органические молекулы. При полимеризации всегда выделяется определенное количество тепла, что в конечном результате может привести к самовозгоранию окисляющегося органического вещества. Самовозгорание органических веществ возникает при определенных условиях. К ним относятся: содержание в масле или жире глицеридов высокомолекулярных кар боковых кислот не ниже определенного минимального количества; наличие большой поверхности контакта с окислителем и малой теплоотдачи; определенное соотношение жиров и масел я пропитанного ими пористого или волокнистого материала.
Сульфиды железа FeS, Fe 2 S 3 могут образовываться в технологическом оборудовании складов службы ГСМ авиапредприятий. Они способны самовозгораться на воздухе, особенно в присутствии горючиx паров и газов. Рассмотрим механизм соединения сульфидов железа с кислородом воздуха на примере реакции окисления природного соединения пирита FeS2:
FeS 2 + 2О 2 = FeS + 2SO 2 + 222,3 кДж.
Помимо сульфидов железа могут самовозгораться такие материалы, как бурый уголь, торф, продукты растительного происхождения: сено, солома, силосная масса и др.
Наиболее опасным является самовозгорание индивидуальных, химических веществ при их неправильном хранении, поскольку этот процесс может привести к пожару на объекте, где хранятся данные вещества. Эти вещества по своим химическим свойствам делятся на три группы: самовозгорающиеся при контакте с воздухом, с водой и друг с. другом.
Вещества, относящиеся к первой группе, мы не рассматриваем, поскольку они практически не встречаются в технологии авиапредприятий.
Ко второй группе относится ряд веществ, из которых наибольший интерес представляют карбид кальция СаС2 и окись кальция СаО. При взаимодействии с водой карбида кальция происходит выделение ацетилена, являющегося горючим газом, и значительного количества тепла. При относительно малом количестве воды система карбид кальция - вода может разгореться до 920 К, что может вызвать взрыв ацетиленовоздушной смеси:
СаС 2 +2Н 2 О= С 2 Н 2 + Са(ОН) 2+127 кДж.
Помимо карбида кальция, способностью разогреваться до температуры свечения при попадании на нее небольших количеств воды обладает окись кальция СаО, что также может привести к загоранию тары и сгораемых конструктивных элементов помещения склада:
СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 + 64,5 кДж.
К третьей группе относятся сильные окислители, индивидуальные Химические вещества, а также органические вещества и материалы. Например, нельзя совместно хранить такие вещества, как перманганат калия и глицерин; концентрированную азотную кислоту со скипидаром, этиловым спиртом и сероводородом; галогены с горючими,газами и легковоспламеняющимися жидкостями; серную кислоту с селитрами, хлоратами, перхлоратами, так как в этом случае между ними возможна химическая реакция, идущая с выделением большого количества тепла.
Воспламенение. Помимо самовозгорания возможно просто возгорание, т. е. возникновение горения под воздействием источника зажигания. Возгорание, сопровождающееся появлением пламени, называется воспламенением. При этом происходит нагрев объема, прилегающего к точке теплового воздействия. В результате повышения температуры в указанном объеме происходит распространение тепла на граничащие с ним участки (объемы) горючей среды. Чем большее количество горючего вещества (материала, смеси) вовлекается в процесс горения, тем больше тепла выделяется в окружающее пространство. Таким образом, процесс горения развивается самопроизвольно. Источник зажигания в данном случае первоначально нагревает только малый объем горючей смеси, в то время как температура всего объема горючей среды может оставаться неизменной.
Процесс воспламенения различается по своему характеру в зависимости от вида горючей смеси. Наиболее опасными являются газовоздушные смеси. Однако и для них минимальная энергия источника воспламенения зависит от многих параметров, основными из которых являются процентный состав смеси, вид горючего вещества, давление смеси, поскольку от этих величин зависят температура воспламенения, нормальная скорость распространения пламени и температура горения. Помимо этого на минимальную температуру источника воспламенения оказывает влияние продолжительность его контакта с горючей средой.
Воспламенение жидкостей возможно лишь в том случае, если температура окружающей среды или самой жидкости достаточна для испарения такого количества паров, которое необходимо для возникновения устойчивого горения. Для различных горючих жидкостей эта температура неодинакова. При температурах ниже температуры воспламенения горение невозможно, так как скорость испарения той или иной жидкости в данном случае слишком мала. С ростом температуры наружного воздуха или самой горючей жидкости при прочих равных условиях испаряемость жидкостей растет и количество паров становится достаточным для возникновения устойчивого горения.
Самовоспламенение. Им называется самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Помимо процессов самовозгорания и воспламенения в практике встречается также процесс самовоспламенения различных горючих сред. По своей химической природе все эти три процесса не отличаются друг от друга. Разница между ними лежит в физической сущности процесса горения, так как в отличие от процессов самовозгорания и воспламенения процесс самовоспламенения идет сразу во всем объеме реагирующей горючей среды. С точки зрения физики, это кинетический процесс горения уже перемешанной и подготовленной смеси, идущий с высокими скоростями распространения пламени. При горении паро-, пыле- и газовоздушных смесей это, как правило, скорости взрыва. Для возникновения процесса самовоспламенения необходимо, чтобы весь объем горючей смеси имел температуру самовоспламенения данной смеси. Под температурой самовоспламенения понимают самую низкую температуру вещества (материала, смеси), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Температура самовоспламенения горючего вещества не является постоянной величиной. Она зависит от скоростей тепловыделения и теплоотвода, которыё в свою очередь зависят от объема смеси, концентрации, давления и других факторов. Температура самовоспламенения смесей горючих паров и газов с воздухом изменяется в зависимости от их процентного состава. Самая низкая температура самовоспламенения у стехиометрической смеси или смесей, близких к ней по концентрациям реагирующих веществ. Температура самовоспламенения твердых веществ или материалов находится в обратной зависимости от степени их измельчения: чем выше степень измельченности вещества, тем ниже его температура самовоспламенения. Это связано с тем, что с измельчением веществ и материалов резко возрастает площадь контактной поверхности этих горючих компонентов и окислителя.
Горение - химическое соединение горючих веществ топлива с кислородом воздуха, сопровождающееся резким повышением температуры и выделением значительного количества теплоты. При горении топлива образуются газообразные продукты (дымовые газы) и очаговые остатки в виде золы и шлака. Условно процесс сжигания твердого топлива делят на три стадии:
- воспламенение (зажигание),
- активное горение
- дожигание.
В первой стадии твердое топливо вначале подогревается и подсушивается и при температуре 105 - 110 °С теряет свою влагу. Затем при температуре 300 - 400 °C оно начинает разлагаться на летучие вещества и твердый остаток. При дальнейшем нагреве, когда его температура становится равной температуре воспламенения, топливо загорается. Температура воспламенения (примерная) различных топлив следующая, °С: дров - 300; бурого угля 300 - 400; каменного угля 450 - 500; антрацита 700 - 750; жидкого топлива 500 - 600; газа около 600. Стадия активного горения характеризуется высокой температурой (более 1000 °С) с максимальным выделением тепла и наибольшим потреблением воздуха (кислорода), расходуемого на горение кокса и летучих веществ.
Дожигание твердого топлива характеризуется уменьшающимся тепло¬выделением и снижающейся потребностью в воздухе.
Горение жидкого топлива происходит в основном в парогазовой среде, когда в результате предварительного подогрева оно переходит из жидкого состояния в парообразное. Так как температура кипения жидкого топлива значительно ниже температуры его воспламенения, то вначале оно испаряется, а затем воспламеняется (сначала легкие фракции, затем тяжелые). Интенсивность испарения топлива зависит от площади испарения и количества подводимой теплоты. Скорость испарения резко увеличивается при распыливании топлива на отдельные капли с помощью специальных устройств - форсунок .
Регулирование количества сжигаемого топлива
Время сжигания и количество сжигаемого топлива в топке регулируется количеством подаваемого в нее воздуха. Для твердого топлива, например, усиливая дутье воздуха под решетку и тягу, можно тем самым ввести больше воздуха в топку. Кислород воздуха, проходя по слою топлива и вступая в реакцию, распределяется на большое количество струек и увеличивает скорость горения. Забрасывая в топку больше топлива, получаем больше теплоты. Однако необходимую толщину слоя топлива следует держать в установленных пределах, чтобы избежать неполноты горения (увеличения механического и химического недожога топлива) или большого избытка воздуха. Тягу регулируют так, чтобы в топке (в верхней части загрузочной дверки) устанавливалось разрежение не более 20-30 Па (2-3 мм вод. ст.).
Горение газообразного топлива включает следующие стадии: смешивание газа с воздухом (образование горючей смеси), нагревание смеси до температуры воспламенения и собственно горение. Сгорание бывает полное и неполное. При полном сгорании топлива углерод, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода (углекислый газ) CO 2 водород - водяные пары Н 2 О, а сера - диоксид серы (сернистый газ) SO 2 . При этом уходящие из топки газы в своем составе не будут иметь горючих элементов. При неправильном обслуживании топки появляется неполное сгорание топлива, когда химическая энергия топлива не преобразуется полностью в теплоту; а частично остается в уходящих газах и выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу.
Оксид углерода, продукт неполного сгорания топлива, является одним из загрязнителей воздуха (потеря от химической неполноты сгорания). Дру¬гим загрязнителем атмосферы являются вынесенные вместе с газами мелкие частицы несгоревшего топлива (до 80 %) (потери от механической неполноты сгорания, а также унос золы и сажи). Причиной уноса несгоревшего топлива в отопительных котлах малой мощности является сжигание в них рядовых топлив, имеющих большое количество мелочи.
Пути решения проблем, возникающих при сжигании топлива низкого качества
Низкая теплота сгорания создание пояса зажигания; производится футеровка из огнеупорного кирпича или огнеупорного раствора экранов по периметру топки на высоту до 500 мм. Это позволит увеличить температуру ядра горения, увеличить скорость сушки и зажигания топлива и стабилизировать горение за счет снижения теплопередачи к экранным поверхностям топки котла.
Высокая гигроскопическая влажность - организация закрытого склада для хранения топлива, сушка топлива. В механизированной котельной при условии подачи топлива ленточным транспортером организация закрытой отапливаемой галереи. Создание пояса зажигания.
Фракционный состав При наличии мелочи и отсева (куски менее 30 мм) применение топочного устройства беспровального типа - ОУР.
Для снижения величины провала, при использовании колосниковой решетки, организация топочного процесса производится следующим образом. Так как колосниковые решетки являются топочными устройствами провального типа (ширина просечек колосников 15-20 мм) необходимо снизить интенсивность шурования и производить только выравнивание слоя в период растопки котла и до образования слоя топлива необходимой высоты (образование стабильной шлаковой подушки), при котором будет идти стабильное горение с минимальным провалом.
Интенсивность шурования стоит увеличивать (с целью увеличения провала) только при увеличении высоты слоя выше необходимой (рекомендуемой руководством по эксплуатации) и ухудшении горения по причине недостаточной и неравномерной подачи воздуха на горение (в периоды чистки топки).
При наличии крупной фракции (куски более 100 мм) применение дробильных устройств.
Высокое содержание серы - для исключения сернистой коррозии держать температуру уходящих газов выше точки росы (точки начала конденсации водяных паров).
Летучие конструкция котла. При сжигании топлива с большим выходом летучих газов необходимо иметь большой объем топки , который позволял бы сжигать в ней газообразные горючие летучие вещества.
Наоборот, при сжигании твердого топлива с малым выходом летучих газов (антрацит), возможно иметь топку меньшего объема, но с развитой площадью поверхности колосниковой решетки, так как основное сгорание топлива будет происходить в слое топлива.
ВВЕДЕНИЕ
Пожарная безопасность – это такое состояние объекта, при котором исключалось бы возникновение пожара, а в случае его возникновения предотвращалось бы воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивалась защита материальных ценностей.
Пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и пожарной защиты, включающими комплекс организационных мероприятий и технических средств.
На машиностроительных предприятиях имеются, вновь разрабатываются и внедряются различные виды производственного оборудования, новые технологические процессы. При недостаточном внимании к их особенностям они могут стать источником пожара или взрыва. Предотвратить это можно, зная пожаро- и взрывоопасные особенности оборудования, свойства материалов и их изменение в технологическом процессе.
Процессы горения
Правильная организация противопожарных мероприятий и тушения пожаров невозможна без понимания сущности химических и физических процессов , которые происходят при горении. Знание этих процессов дает возможность успешно бороться с огнем.
Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением.
В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха , но окислителями могут выступить также хлор, бром и другие вещества. В дальнейшем в качестве окислителя будем подразумевать О 2 .
Горение возможно при наличии:
1. вещества, способного гореть,
2. кислорода (воздуха),
3. источника зажигания.
При этом необходимо, чтобы горючее вещество и кислород находились в определенных количественных соотношениях , а источник зажигания имел необходимый запас тепловой энергии .
Известно, что в воздухе содержится около 21% кислорода . Горени е большинства веществ становится невозможным , когда содержание кислорода в воздухе понижается до 14-18% , и только некоторые горючие вещества (водород, этилен, ацетилен и др.) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10% и менее. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большинства веществ прекращается .
Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему , а источник зажигания вызывает в ней реакциюгорения .
Источником зажигания может быть горящее и накаленное тело , в также электрический разряд , обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др.
Горючие системы подразделяются на:
1. однородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют кинетическим. Скоростьего определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации .
2. неоднородные.Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом - диффузией.
Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения.
По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси , наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.
Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе.
Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида:
а) тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции.
б) цепной. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции.
Рис. 1. Один первичный центр может вызвать целую лавину химического превращения. Изображены два типа таких лавин, где каждая черточка изображает один элементарный акт реакции.
в) комбинированный - цепочечно-тепловой. Практически процессы горения осуществляются преимущественно по комбинированному цепочечно-тепловому механизму.
Русский учёный Николай Семёнов удостоен Нобелевская премии по химии в 1956 году за исследования в области механизма химических реакций. Доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной или разветвленной цепной реакции.
Сгорание различают :
- полное - образуются продукты, которые неспособны больше гореть: углекислый газ, сернистый газ, пары воды.
- неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др.
Ориентировочно количество воздуха V, м 3 необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м 3 газа) определяется по формуле:
где Q - теплота сгорания, кДж/кг, или кДж/м 3 .
Теплота сгорания некоторых веществ: бензина-47 000 кДж/кг ; древесины воздушно-сухой -14 600 кДж/кг; ацетилена-54 400 кДж/м 3 ; метана - 39 400 кДж/м 3 ; окиси углерода 12 600 кДж/м 3 .
По теплоте сгорания горючего вещества можно определять:
а) какое количество тепла выделяется при его сгорании,
в) давление при взрыве в замкнутом объеме и другие данные.
Температура горения вещества определяется как теоретическая , так и действительная . Теоретической называется температура горения, до которой нагреваются продукты сгорания, в предположении, что все тепло , выделяющееся при горении, идет на их нагревание .
Теоретическая температура горения
где m- количество продуктов горения, образующихся при сгорании 1кг вещества; с - теплоемкость продуктов горения, кДж/ (кг∙К); Т - температура воздуха, К; Q - теплота сгорания, кДж/кг.
Действительная температура горения на 30-50% ниже теоретической , так как значительная часть тепла, выделяющегося при горении, рассеивается в окружающую среду.
Высокая температура горения способствует распространению пожара , при ней большое количество тепла излучается в окружающую среду, и идет интенсивная подготовка горючих веществ к горению. Тушение пожара при высокой температуре горения затрудняется .
Виды процессов горения :
Вспышка - это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.
Возгорание - возникновение горения под воздействием источника зажигания.
Самовозгорание - это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания.
Воспламенение - возгорание сопровождающееся появлением пламени.
Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.
Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение , необходимо внести в горючую систему тепловой импульс , имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества . Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).
Горение при этом возникает без внесения источника зажигания – за счет теплового илимикробиологического самовозгорания .
Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.
Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самовозгорания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси).
Горючие вещества характеризуются:
1. Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей, газов и твердых приведены в табл. 1.
Таблица 1
2. Периодом индукции (временем запаздывания самовоспламенения) называют промежуток времени, в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции дляодного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температур и давления.
Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры ). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет.
Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения . Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов.
Некоторые вещества могут самовозгораться , находясь при обычной температуре . Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф , ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности . Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши . Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха . Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла . В случае, когда количество образующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара.
Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий.
Процесс горения и его виды
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Процесс горения и его виды |
| Рубрика (тематическая категория) | Население |
Горение - одно из интереснейших и жизненно необходимых для людей явлений природы. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, приводящее к материальному ущербу, угрозе жизни и здоровью людей. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.
Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения крайне важно наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Горючее вещество - это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.
Окислителями бывают, хлор, фтор, бром, Йод, окислы азота и другие вещества. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха.
Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) - молния, пламя, искры, накалённые предметы, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) - тепло химических реакций; микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п, Οʜᴎ имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания должен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим веществам. По этой причине на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддерживается тепловым излучением из его зоны,
Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему, которая должна быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёрдые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воздух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Такое горение принято называть диффузионным. Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. В случае если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджигания его), то такая горючая система является однородной и процесс ее" горения зависит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и принято называть кинетическим.
Горение должна быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве, В случае если кислорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, происходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сернистый газы, пары воды, азот, которые неспособны к дальнейшему окислению и горению. Продукты неполного горения - окись углерода, сажа и продуты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается возникновением интенсивного светового излучения - пламенем.
Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.
Вспышка ~ это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.
Возгорание - это возникновение горения под воздействием источника зажигания.
Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.
Самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. Учитывая зависимость отвнутренних причин процессы самовозгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ гонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. В случае если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение пожара без всякого подвода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (к примеру, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота͵ также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка. Микробиологическое самовозгорание состоит по сути в том, что при соответствующей влажности и температуре в растительных продуктах, торфе интенсифицируется жизнедеятельность микроорганизмов. При этом повышается температура и может возникнуть процесс горения. Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются и в результате усиления окислительных процессов самонагреваются. Полувысыхающие растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), касторовая олифа, скипидарные лаки, краски и грунтовки, древесина и ДВП, кровельный картон, нитро линолеум и некоторые другие материалы и вещества могут самовозгораться при температуре окружающей среды 80 -100 °С.
Самовоспламенение ‣‣‣ это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.
Взрыв (взрывное горение) - это чрезвычайно быстрое горение, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сопровождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.
Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие. Температура вспышки - это наименьшая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. При этом скорость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения. Температура воспламенения это наименьшая температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламенением. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материалов и веществ 30 - 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет белый фосфор, самую высокую - магний. У большинства пород древесины эта температура равна 330 - 470 °С.
Процесс горения и его виды - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Процесс горения и его виды" 2014, 2015.
Горение
Горе́ние - сложный физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Описать природу горения можно как бурно идущее окисление .
Дозвуковое горение (дефлаграция) в отличие от взрыва и детонации протекает с низкими скоростями и не связано с образованием ударной волны . К дозвуковому горению относят нормальное ламинарное и турбулентное распространения пламени, к сверхзвуковому - детонацию .
Горение подразделяется на тепловое и цепное . В основе теплового горения лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях .
Условия термического самоускорения могут быть обеспечены для всех реакций с достаточно большими тепловыми эффектами и энергиями активации .
Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием. При фиксированных внешних условиях непрерывное горение может протекать в стационарном режиме
, когда основные характеристики процесса - скорость реакции , мощность тепловыделения, температура и состав продуктов - не изменяются во времени, либо в периодическом режиме
, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается высокой чувствительностью к внешним условиям. Это же свойство горения обусловливает существование нескольких стационарных режимов при одних и тех же условиях (гистерезисный эффект).
Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв и детонация. Кроме того, существуют и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение. Вспышка - процесс мгновенного сгорания паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вызванный непосредственным воздействием источника воспламенения. Возгорание - явление возникновения горения под действием источника зажигания. Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остается относительно холодной. Самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций в веществе, приводящее к возникновению горения при отсутствии источника зажигания. Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. В производственных условиях могут самовозгораться древесные опилки, промасленная ветошь. Самовоспламеняться может бензин, керосин. Взрыв - быстрое химическое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.
Беспламенное горение
В отличие от обычного горения, когда наблюдаются зоны окислительного пламени и восстановительного пламени , возможно создание условий для беспламенного горения. Примером может служить каталитическое окисление органических веществ на поверхности подходящего катализатора , например, окисление этанола на платиновой черни .
Твердофазное горение
Это автоволновые экзотермические процессы в смесях неорганических и органических порошков, не сопровождающиеся заметным газовыделением, и приводящие к получению исключительно конденсированных продуктов. В качестве промежуточных веществ, обеспечивающих массо-перенос, образуются газовые и жидкие фазы, не покидающие, однако, горящую систему. Известны примеры реагирующих порошков, в которых образование таких фаз не доказано (тантал-углерод).
Как синонимы используются тривиальные термины «безгазовое горение» и «твердопламенное горение».
Примером таких процессов служит СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез) в неорганических и органических смесях.
Тление
Вид горения, при котором пламя не образуется, а зона горения медленно распространяется по материалу. Тление обычно наблюдается у пористых или волокнистых материалов с высоким содержанием воздуха или пропитанных окислителями .
Автогенное горение
Самоподдерживающиеся горение. Термин используется в технологиях сжигания отходов . Возможность автогенного (самоподдерживающегося) горения отходов определяется предельным содержанием балластирующих компонентов: влаги и золы. На основе многолетних исследований шведский учёный Таннер предложил для определения границ автогенного горения использовать треугольник-схему с предельными значениями: горючих более 25 %, влаги менее 50 %, золы менее 60 %.
См. также
Примечания
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Горение" в других словарях:
Физико химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло и массообменом с окружающей средой. Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным… … Большой Энциклопедический словарь
ГОРЕНИЕ, горения, мн. нет, ср. (книжн.). Действие и состояние по гл. гореть. Горение газа. Душевное горение. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Блеск, переливы, энтузиазм, сияние, игра, взлет, душевный подъем, подъем духа, сверкание, блистание, одержимость, огонь, страсть, огонек, воодушевление, поблескивание, вдохновение, увлеченность, живинка, увлечение, сгорание, подъем Словарь… … Словарь синонимов
Горение - ГОРЕНИЕ, химическое превращение, которое сопровождается интенсивным выделением тепла и тепло и массообменом с окружающей средой. Может начаться самопроизвольно (самовозгорание) или в результате зажигания. Характерное свойство горения способность… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Сложная хим. реакция, протекающая в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с накоплением в системе теплоты или катализирующих продуктов реакции. При Г. могут достигаться высокие (до неск. тыс. К) темп ры, причём часто возникает… … Физическая энциклопедия
