Процесса_горения_леса_могут_быть

2.4. Процесс горения лесного пожара

Горение на лесной площади представляет собой реакцию, проходящую под воздействием высокой температуры, кислорода и горючих материалов. Неконтролируемое горение происходит при пожарах в открытом пространстве, возникающих в лесах в результате воздействия сухих гроз и неосторожного обращения человека с огнем. Оно представляет собой сложный физико-химический процесс, на скорость которого влияет не только химическая реакция, но и неконтролируемый приток окислителя из окружающей среды.

В результате неконтролируемого горения лесных горючих материалов возникает конвективная колонка (струя) нагретых продуктов полного и неполного сгорания топлива, которые выбрасываются благодаря этой колонке в приземный слой атмосферы. Высота конвективной колонки тем больше, чем большее количество тепла выделяется при горении, так как основная движущая сила продуктов сгорания – сила Архимеда.

Процесс горения последовательно проходит следующие стадии:

· предварительный нагрев и подсушивание горючих материалов (120 °С);

· с повышением температуры до 260 °С дальнейшее подсушивание с выделением не только водяных паров, но и горючих веществ (смол, кислот);

· воспламенение газов (при 300 – 425 °С);

· пламенное горение (при 650 – 1095 °С) с выделением дыма, водяных паров и несгораемых газов;

· обугливание и горение углей (беспламенное горение) до полного сгорания горючих веществ.

Выделение большого количества тепла и его распространение создает условия для возникновения новых очагов горения.

Источник

5.5. Воспламенение и горение древесины

Принципиально горение ТГМ аналогично горению газов и жидкостей и представляет собой гомогенный, диффузионный процесс превращения горючих веществ в продукты горения с выделением тепла и света. В основе горения лежит окислительно-восстановительная реакция.

В горении жидкостей и ТГМ есть дополнительное сходство: необходимость подготовки вещества к горению (испарение, плавление, разложение) и выделение горючих паров; воспламенение происходит при достижении концентрации горючих паров и газов НКПРП.

Возникновение горения ТГМ рассмотрим на примере древесины, являющейся одним из наиболее широко приме­няемых твердых горючих строительных материалов. Можно выделить следующие стадии воспламенения и горения дре­весины:

1) нагрев влажного вещества (температура древесины – до 50 0 С);

2) сушка древесины (удаление физически связанной во­ды) – температура до 120-150 0 С. Первые две стадии являются наиболее длительными и занимают порядка 55 % от общей продолжительности воспламенения. Необходимо добавить, что на этих стадиях ещё не происходит разрушения вещества;

3) удаление внутрикапиллярной и химически связанной воды – температура 150-180 0 С. На этой же стадии происходит разложение наименее стойких компонен­тов древесины (луминовых кислот). Выделяются в ос­новном негорючие газы и пары – СО₂ и Н₂О, но име­ется сравнительно небольшое количество горючих га­зов и паров, например монооксида углерода СО.

Для того чтобы обосновать его появление, напомним, что различают две стадии горения углерода. На первой стадии углерод окисляется до монооксида углерода: С + 0,5О₂ = СО. Поэтому в продуктах горения всегда присутствует токсичный и пожаровзрывоопасный газ – СО (угарный газ). В связи с тем, что в продуктах разложения имеется некоторое количество горючих газов и паров, на этой стадии имеется возможность самовозгорания древесины.

4) Нагрев сухого материала и термическое разложение (пиролиз) древесины:

• начало пиролиза (температура 180-250 0 С). Древесина при этой температуре превращается преимуществен­но в уголь (60-70 %). Паров и газов выделяется, в це­лом, немного, большинство из них негорючие – диок­сид углерода СО₂, пары воды Н₂О, а также незначи­тельное количество оксида углерода СО, метана СН₄ и др. С ростом температуры количество горючих га­зов и паров увеличивается. К концу этой стадии ГПВС готова к воспламенению от источника зажигания. Так, температура воспламене­ния сосновой древесины 255 0 С, дубовой – 238 0 С. Отметим, что с измельчением вещества температура его воспламенения уменьшается (например, темпера­тура воспламенения сосновых опилок – 196 0 С) при отсутствии ИЗ воспламенение па­ров не произойдет, и лишь при дальнейшем нагрева­нии, при более высоких температурах (370-400 0 С), произойдет их самовоспламенение;
• интенсивное разложение древесины (температура 280-400 0 С). На этой стадии целлюлоза превращается в основном в газообразные горючие продукты и выделяется основное количество горючих газов – порядка 40 % от их общего количества. Поми­мо перечисленных газов, выделяются водород Н₂, этилен С₂Н₄. Кроме них можно отметить пары спиртов, альдегидов, эфиров, кетонов и т. д. В це­лом, насчитывается более 350 наименований про­дуктов термического разложения и горения древеси­ны.

Подчеркнём тот факт, что при разложении древесины возможны два пути: а) при температурах 180-250 0 С она превращается, в основном, в уголь; б) при температурах 280-400 0 С выделяются преимущественно летучие продукты. Это имеет большое зна­чение при огнезащите древесины. Знание факторов, влияющих на скорость горения, позволяет ею управлять. 5) Прекращение выхода летучих соединений и начало горения уг­леродистого остатка – древесного угля (температура 500-600 0 С). Углеродистый остаток образуется на пре­дыдущих стадиях, однако его горению препятствует то, что кислород воздуха не проникает к нему, поскольку сгорает в зоне пламенных реакций. При температуре выше 500 0 С выход «летучих» прак­тически прекращается и кислород получает доступ к по­верхности углеродистого остатка (угля). С этого момента происходит одновременное гетерогенное горение (тление) угля и гомогенное горение продуктов разложения, продол­жающих выходить через трещины из нижележащих слоев древесины. Толщина угля колеблется в пределах 2,5 см. Ко­гда все слои древесины превращаются в уголь, выход газооб­разных продуктов разложения прекращается, а продолжает­ся только горение угля. Аналогично древесине протекает термическое разложение каменного угля, торфа и ряда других материалов. Однако в каждом случае имеют место свои особенности. Так, у торфа общее количество летучих веществ меньше и выход их начинается при более низких температурах, чем у древесины (см. рис. 5.6). Каменный уголь состоит из более термостойких компонентов, чем древесина, поэтому его разложение протекает при более высоких температурах и менее интенсивно. Рис. 5.6. Зависимость отно­сительного выхода летучих продуктов пиролиза твердых веществ от температуры 1 – древесина; 2 – торф; 3 – каменный уголь Известно, что древесина как строительный материал обладает многочисленными достоинствами. Однако она яв­ляется горючей легковоспламеняемой. Чтобы снизить го­рючесть древесины используют многочисленные методы (средства) огнезащиты.

Источник

Что такое пиролиз древесины, какой при горении выделяется газ

Пиролизом древесины называют метод термической переработки для получения ценных продуктов в результате глубокой деструкции основных компонентов. К ценным продуктам относятся, например, древесный уголь, деготь, скипидар, смолы. Но здесь речь идет о промышленной пирогенетической переработке. В более простом понимании, пиролиз возникает в момент возгорания дров, является первой фазой горения. Когда температура достигает 400°-500°, образуются газы горения древесины, которые тоже есть летучие продукты пиролиза. Подробнее осветить этот вопрос нам поможет эксперт компании «Дровница» из Санкт-Петербурга.

Процесс горения древесины

Языки пламени появляются над дровами от горящих газов. Но откуда эти газы берутся в древесине? Ведь поленница не выделяет горючих веществ. Древесина рассматривается как сырье, уже содержащее пары горючих жидкостей, которые выделяются в виде газов под действием высоких температур.

Какие этапы включает процесс горения древесины?

• Разогрев. При помощи источника тепла (спичка и горящая бумага) дрова начинают прогреваться. При достижении температуры 150° из древесины начинает испаряться влага. Постепенное обугливание приводит к тлению. В это время температура доходит до 300°. Появившийся дым есть смесь испаряющейся влаги с компонентами термического разложения.
• Появление пламени. По сути, возгорание означает вспышку дымовых газов. Одновременно с появлением яркого пламени происходит скачок температуры. Как только загорелись газы, воспламеняется само дерево. Поленья разгораются снаружи и изнутри. На быстроту разгорания и способность достичь предельной температуры влияет форма поленьев, влажность дров, беспрепятственный доступ свежего воздуха.
• Горение. Фаза делится на две части — активное горение и тление. Первая фаза продолжается, пока происходит выделение пиролизных газов. Тление означает остаточное выделение газов, постепенное сгорание угля.
• Затухание. При отсутствии кислорода, прекращении подачи воздуха, снижении температуры, отсутствии нового топлива происходит затухание.

Чем более сырые дрова, тем дольше из них выделяется влага, труднее достигается нужная температура, дольше длится процесс. Сухое топливо горит намного быстрее, дает максимальную теплоотдачу.

Какой газ выделяется при горении

От сорта древесины и условий сжигания зависит состав конечных продуктов (продуктов сгорания). Дерево — органическая форма, в основном состоящая из соединений углерода (C), водорода (Н), кислорода (О), азота (N). Всего один килограмм древесины, сгорая, выделяет около восьми кубометров газообразных веществ, среди которых:

Пар, углекислый и сернистый газ относятся к продуктам полного сгорания. Они больше не могут самостоятельно гореть.

К продуктам неполного сгорания относится сажа. Она образуется при разложении углерода при недостаточном доступе кислорода. Крупные частицы не сгорают, а слипаются, осаживаются на стенах печных труб. Большое количество сажи, наличие продуктов распада типа угарного газа и канцерогенных смол говорит о неудачном процессе горения. Подобные примеси попадают в воздух и делают его вредным для здоровья человека.

Здесь стоит привести в пример способ приготовления пищи методом копчения. В топливе (дровах, стружке, ветках) не поддерживается горение, а достигается распад с помощью пиролиза древесины. То есть тепловая энергия выделяется, вредные элементы улетучиваются и пропитывают пищу. В том, что копченые продукты вредны для здоровья, большая доля правды.

Как образуется угарный газ

У угарного газа и углекислого газа похожие формулы (CO и CO₂). Но вещества имеют значительное различие в свойствах. При достаточном притоке кислорода образуется углекислота. При этом выделяется много тепловой энергии, процесс горения считается эффективным. Когда кислорода недостает, выделяется загрязняющий атмосферу, а в больших дозах смертельный для человека угарный газ. При равных других условиях тепловой энергии выделяется в 4 раза меньше. То есть только недостаток кислорода приводит к снижению КПД топлива и печи.

Владельцы домов с печным отоплением иногда пытаются сэкономить дрова, растягивая искусственным образом процесс горения (частично перекрывая подачу кислорода). Чего они добиваются такими маневрами? Загрязняется дымоход. Большой слой сажи может воспламениться. Канцерогенные частицы проникают в воздух. При высокой концентрации ядовитые вещества приводят к отравлению.

На качество дров может указать зольный остаток. Зола — несгорающий компонент. Чем меньше остается золы после сгорания дров, тем они качественнее, тем больше тепловой энергии выделилось на обогрев дома. Большое количество золы указывает на низкую эффективность топлива. Тонкодисперсная зола может оседать на внутренней поверхности котла или печи и препятствовать передаче тепла. Но зола, к слову, отличное удобрение. Только она не должна спекаться. Если это так, значит в топливных пеллетах или брикетах есть вредные добавки.

Источник