Основы теории горения. Виды горения, их характеристика

Горение - быстро протекающее химическое взаимодействие горючих веществ с окислителем, сопровождающееся выделением большого количества тепла и ярким свечением (пламенем). Горение возможно лишь при наличии трех факторов: горючего вещества, окислителя, источника тепла.

Источником тепла (возгорания) может быть открытое пламя, искра, тепло, нагретое в результате трения (ремни в ременной передаче), удара, давления. Источником тепла может быть также электрическая (нагрев проводников, дуга), химическая и лучистая энергия солнца.

Окислителями являются хлор, фтор, бром. Наиболее распространенный окислитель - кислород воздуха, от его содержания в воздухе будет зависеть процесс горения. Если в воздухе кислорода более 14-16%, то наблюдается устойчивое горение. При содержании кислорода менее 14% наблюдается тление, а при содержании его менее 8-10% прекращается и тление.

Горючее вещество. Ими могут быть газы (аммиак, ацетилен, водород), жидкости (бензин, ацетон, спирт), твердые вещества (уголь, дерево). Для того чтобы произошло возгорание твердого вещества или жидкости, необходимо с помощью источника тепла нагреть их до такой температуры, чтобы из их поверхностей происходило интенсивное выделение горючих паров. При достижении определённой концентрации эти пары загораются. Газы в процессе горения не меняют своего агрегатного состояния.

Различают следующие виды горения: 1) вспышка; 2) воспламенение; 3)самовоспламенение; 4) самовозгорание; 5) тление; 6) взрыв.

1. Вспышкой называется мгновенное сгорание смеси кислорода воздуха с парами, газами, пылью, не сопровождающееся образованием сжатых газов. Температура вспышки – самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но для последующего устойчивого горения скорость их образования недостаточна.

В зависимости от величины этой температуры пожароопасные жидкости делятся на:

а) легковоспламеняющиеся (ЛВЖ – бензин, ацетон, спирт) – t_всп≤ + 45° С;

б) горючие жидкости (ГЖ - масла, дизельное топливо, мазут) - t_всп>+45° С.

2. Воспламенением называется устойчивое продолжительное горение вещества от источника тепла. Минимальная температура горючего вещества, при которой оно загорается от источника воспламенения и продолжает гореть после его удаления называется температурой воспламенения. Она выше, чем температура вспышки.

Концентрации горючих веществ в воздухе, при которой возможно воспламенение или взрыв, находятся в определённых пределах: нижнем - НВП и верхнем – ВПВ. Воспламенение горючих смесей невозможно при концентрациях ниже НВП (недостаточно молекул горючего вещества в смеси) и выше ВПВ (недостаточно молекул кислорода в смеси). Чем больше разница между ВПВ и НВП, тем опаснее вещество. Значения этих параметров могут снижаться, например, при повышении влажности пылевоздушной смеси (ПЛВС), например, смеси воздуха с пылью сахарной, мучной, угольной.

Приведем примеры значений НВП и ВПВ для рада газов и паров жидкостей:

- ацетилен 3,5-82 %;

- природный газ 3,8-19,2%;

-бензин 1-6%;

- окись углерода 12,8-75%.

3. Самовоспламенение – процесс воспламенения веществ от внешнего источника (пламя, нагретое или раскаленное тело) без непосредственного соприкосновения с ним при температуре воспламенения. Эта температура будет уменьшаться с ростом давления и для большинства горючих газов находится в пределах 400-700°С, для дерева- 340-400 ° С; угля- 400-500° С. Пример самовоспламенения: нагрев и последующие возгорание древесины, бумаги, находящихся вблизи открытого пламени (без контакта с ним) или раскаленных предметов (угли, открытая спираль нагревателя).

4. Самовозгорание веществ происходит в результате протекающих в самом веществе (материале) физических, химических и биологических реакций, приводящих к горению при отсутствии источника зажигания.

При хранении в больших количествах влажного зерна, сена, соломы и недостаточной их вентиляции внутри этих материалов происходят биохимические процессы (гниение) с выделением тепла. Температура этих материалов возрастает, большая их масса (скирда, стог) препятствуют рассеиванию образующегося тепла в окружающую среду, что и вызывает возгорание. Такие материалы перед хранением следует хорошо просушивать. Контакт тканей (спецодежда, обтирочный материал), содержащие пятна масла и сложенные в кучу без вентиляции также самовозгораются. Поэтому спецодежду следует развешивать так, чтобы обеспечить свободный доступ воздуха, а промасленную ветошь своевременно удалять из рабочих помещений.

В зависимости от скорости реакции процесс горения протекает в виде тления (скорость несколько см/с), собственно горение (несколько м/с) и взрыв (несколько сотен и тысяч м/c).

5. Взрыв - внезапное изменение физического и химического состояния вещества под влиянием высокой температуры, давления, химических реагентов. При взрыве резко увеличивается объем образующихся газов и паров, выделяется огромное количество энергии, которая в виде ударной волны способна выполнять механическую работу (разрушать здания, сооружения, травмировать людей).

Сгорание материалов может быть полным или неполным. При полном сгорании (избыток кислорода) образуются негорючие продукты (СО₂ и Н₂О) При неполном сгорании (недостаток О₂) образуются продукты неполного окисления (СО, спирты, кислоты). Они токсичны и взрывоопасны. Поэтому при организации процесса сжигания топлива (в котлах, печах) следует обеспечить достаточное количество кислорода в топке.