Многим известно, что смерть во время пожара наступает чаще из-за отравления продуктами горения, нежели от термического воздействия. Но отравиться можно не только во время пожара, но и в повседневной жизни. Возникает вопрос о том, какие существуют виды продуктов горения и при каких условиях они образуются? Давайте попробуем в этом разобраться.
Что такое горение и его продукт?
Бесконечно можно смотреть на три вещи: как течет вода, как работают другие люди и, конечно, как горит огонь...
Горение - это физико-химический процесс, основой которого является окислительно-восстановительная реакция. Сопровождается она, как правило, выбросом энергии в виде огня, тепла и света. В этом процессе принимают участие вещество или смесь веществ, которые горят, - восстановители, а также окислитель. Чаще всего эта роль принадлежит кислороду. Горение также можно назвать процессом окисления горящих веществ (важно помнить, что горение - подвид реакций окисления, а не наоборот).
Продукты горения - это все то, что выделяется во время сжигания. Химики в таких случаях говорят: "Все, что находится в правой части уравнения реакции". Но это выражение неприменимо в нашем случае, так как, кроме окислительно-восстановительного процесса, происходят также и а некоторые вещества просто остаются неизменными. То есть продуктами горения являются дым, зола, копоть, выделяемые газы, в том числе и выхлопные. Но особым продуктом является, конечно, энергия, которая, как отмечено в прошлом абзаце, выбрасывается в виде тепла, света, огня.
Вещества, выделяемые во время горения: оксиды углерода
Существует два оксида углерода: CO 2 и CO. Первый носит название углекислый газ (углекислота, оксид углерода (IV)), так как представляет собой бесцветный газ, состоящий из углерода, полностью окисленного кислородом. То есть углерод в данном случае имеет максимальную степень окисления - четвертую (+4). Этот оксид является продуктом горения абсолютно всех органических веществ, если те во время горения находятся в избытке кислорода. Кроме того, углекислота выделяется живыми существами при дыхании. Сам по себе он не опасен, если его концентрация в воздухе не превышает 3 процентов.
Оксид углерода (II) (окись углерода) - CO - это ядовитый газ, в молекуле которого углерод находится в степени окисления +2. Именно поэтому это соединение может "догорать", то есть продолжать реакцию с кислородом: СО+О 2 =СО 2 . Главной опасной особенностью этого оксида является его невероятно большая, по сравнению с кислородом, способность присоединяться к эритроцитам. Эритроциты - красные клетки крови, задачей которых является транспортировка кислорода от легких к тканям и наоборот, углекислого газа к легким. Поэтому главная опасность окиси в том, что она мешает переносу кислорода к различным органам тела человека, тем самым вызывая кислородное голодание. Именно СО чаще всего вызывает отравление продуктами горения при пожаре.
Оба оксида углерода не имеют ни цвета, ни запаха.
Вода
Всем известная вода - Н 2 О - также выделяется во время горения. При температуре горения продукты выделяются в А вода как пар. Вода является продуктом горения газа метана - СН 4 . Вообще, вода и углекислота , опять все зависит от количества кислорода) в основном выделяются при полном сгорании всех органических веществ.
Сернистый газ, сероводород
Сернистый газ также является оксидом, но на этот раз серы - SO 2 . Он имеет большое количество названий: двуокись серы, диоксид серы, сернистый ангидрид, оксид серы (IV). Представляет собой этот продукт горения бесцветный газ, с резким запахом подожженной спички (он при ее возгорании и выделяется). Выделяется ангидрид при горении серы, серосодержащих органических и неорганических соединений, например, сероводорода (Н 2 S).
При попадании на слизистую глаз, носа или рта человека двуокись легко реагирует с водой, образуя сернистую кислоту, которая легко разлагается обратно, но при этом успевает раздражать рецепторы, спровоцировать воспалительные процессы дыхательных путей: H 2 O+SO 2 ⇆H 2 SO 3 . Этим обусловлена токсичность продукта горения серы. Сернистый газ, так же как и угарный, может гореть - окисляться до SO 3 . Но происходит это при очень высокой температуре. Данное свойство используется при производстве серной кислоты на заводе, так как SO 3 реагирует с водой, образует H 2 SO 4 .
А вот сероводород выделяется при термическом разложении некоторых соединений. Этот газ также ядовит, имеет характерный запах тухлых яиц.
Цианистый водород
Тогда Гиммлер сжал челюсти, раскусил ампулу с цианистым калием и через несколько секунд умер.
Цианистый калий - сильнейший яд - соль также известной как цианистый водород - HCN. Это бесцветная жидкость, но очень летучая (легко переходящая в газообразное состояние). То есть при горении она тоже будет выделяться в атмосферу в виде газа. Синильная кислота очень ядовита, даже небольшая - 0,01 процент - концентрация в воздухе приводит к летальному исходу. Отличительной чертой кислоты является характерный запах горького миндаля. Аппетитно, не правда ли?
Но синильной кислоте присуща одна "изюминка" - отравиться ей можно, не только вдыхая непосредственно органами дыхания, но и через кожу. Так что защититься только противогазом не получится.
Акролеин
Пропеналь, акролеин, акрилальдегид - все это названия одного вещества, ненасыщенного альдегида акриловой кислоты: СН2=СН-СНО. Этот альдегид тоже является сильно летучей жидкостью. Акролеин бесцветен, с резким запахом, очень ядовит. При попадании жидкости или ее паров на слизистые, особенно в глаза, вызывает сильное раздражение. Пропеналь является высокореакционным соединением, и это объясняет его высокую токсичность.
Формальдегид
Подобно акролеину, формальдегид принадлежит к классу альдегидов и является альдегидом муравьиной кислоты. Также это соединение известно как метаналь. бесцветный газ с резким запахом.
Чаще всего во время горения веществ, содержащих азот, выделяется чистый азот - N2. Этот газ и так содержится в атмосфере в большом количестве. Азот может быть примером продукта горения аминов. Но при термическом разложении, к примеру, солей аммония, а в некоторых случаях и при самом горении, в атмосферу выбрасываются и его оксиды, со степенью окисления азота в них плюс один, два, три, четыре, пять. Оксиды - газы, имеют бурый цвет и чрезвычайно токсичны.
Пепел, зола, копоть, сажа, уголь
Копоть, или сажа - остатки углерода, который не вступил в реакцию, по разным причинам. Сажу называют также амфотерным углеродом.
Зола, или пепел - мелкие частицы неорганических солей, не сгоревших или не разложившихся при температуре горения. При выгорании топлива эти микросоединения переходят во взвешенное состояние или скапливаются внизу.
А уголь - это продукт неполного сгорания дерева, то есть не сгоревшие его остатки, но при этом еще способные гореть.
Конечно, это далеко не все соединения, которые выделятся при сгорании тех или иных веществ. Перечислить их всех нереально, да и не нужно, потому что другие вещества выделяются в ничтожно малых количествах, и только при окислении определенных соединений.
Прочие смеси: дым
Звезды, лес, гитара... Что может быть романтичней? А не хватает одного из самых главных атрибутов - костра и струйки дыма над ним. А что такое дым?
Дым - это некая смесь, которая состоит из газа и взвешенных в нем частиц. В роли газа выступают пары воды, угарный и углекислый газ и другие. А твердыми частицами являются пепел и просто не сгоревшие остатки.
Выхлопные газы
Большинство современных машин работает на двигателе внутреннего сгорания, то есть для движения используется энергия, получающаяся при сгорании топлива. Чаще всего это бензин и другие нефтепродукты. Но при выгорании в атмосферу выбрасывается большое количество отходов. Это и есть выхлопные газы. Они высвобождаются в атмосферу в виде дыма из выхлопных труб автомобиля.
Большую часть от их объема занимает азот, а также вода, углекислота. Но также выбрасываются и токсичные соединения: угарный газ, оксиды азота, не сгоревшие углеводороды, а также сажа и бензпирен. Последние два являются канцерогенами, то есть повышают риск развития рака.
Особенности продуктов полного окисления (в данном случае горения) веществ и смесей: бумага, сухая трава
При сгорании бумаги выделяется в основном также углекислый газ и вода, а при недостатке кислорода - угарный газ. Кроме того, бумага в своем составе содержит склеивающие вещества, которые могут выделяться и концентрироваться, и смолы.
Та же ситуация происходит и при сгорании сена, только без склеивающих веществ и смолы. В обоих случаях дым белый с желтым оттенком, со специфическим запахом.
Древесина - дрова, доски
Древесина состоит из органических веществ (в том числе серо- и азотсодержащих) и небольшого количества минеральных солей. Поэтому при ее полном сгорании выделяются углекислота, вода, азот и сернистый газ; образуется серый, а иногда черный дым со смолистым запахом, пепел.
Сера и азотсодержащие вещества
Про токсичность, продукты горения этих веществ мы уже говорили. Стоит отметить еще, что при горении серы выделяется дым с серовато-серым цветом и резким запахом сернистого газа (так как именно двуокись серы и выделяется); а при горении азотистых и других азотсодержащих веществ желто-бурый, с раздражающим запахом (но дым появляется не всегда).
Металлы
При горении металлов образуются оксиды, пероксиды или надпероксиды этих металлов. Кроме того, если металл содержал какие-то органические или неорганические примеси, то образуются продукты горения этих примесей.
Но особенность горения имеет магний, так как горит он не только в кислороде, как другие металлы, но и в углекислом газе, образуя при этом углерод и оксид магния:2 Mg+CO 2 =C+2MgO. Дым образуется белый, без запаха.
Фосфор
При горении фосфора выделяется белый дым, пахнущий чесноком. При этом образуется оксид фосфора.
Резина
И, конечно, резина. Дым от горящей резины - черный, из-за большого количества сажи. Кроме того, выделяются продукты горения органических веществ и оксид серы, а благодаря ему дым приобретает сернистый запах. Также выделяются тяжелые металлы, фуран и другие токсичные соединения.
Классификация отравляющих веществ
Как вы, наверное, уже могли заметить, большинство продуктов горения являются отравляющими веществами. Поэтому, говоря об их классификации, будет правильным разобрать и классификацию отравляющих веществ.
В первую очередь, все отравляющие вещества - далее ОВ - делятся на смертельные, временно выводящие из строя и раздражающие. Первые делят на ОВ поражающие нервную систему (Ви-Икс), удушающие (угарный газ), кожно-нарывные (иприт) и обще-ядовитые (цианистый водород). К примерам временно выводящих из строя ОВ можно отнести Би-Зет, а раздражающим - адамсит.
Объем
Теперь поговорим про те вещи, про которые нельзя забывать, говоря о продуктах, выбрасываемых при сгорании.
Объем продуктов горения - важная и очень полезная информация, которая, например, поможет определить уровень опасности сгорания того или иного вещества. То есть, зная объем продуктов, можно определить количество вредных соединений, входящих в состав выделившихся газов (как вы помните, большинство продуктов - газы).
Чтобы рассчитать искомый объем, в первую очередь нужно знать, был ли избыток или недостаток окислителя. Если, допустим, кислород содержался в избытке, то вся работа сводится к тому, чтобы составить все уравнения реакции. Следует помнить, что топливо, в большинстве случаев, содержит примеси. После высчитывается по закону сохранения массы количество вещества всех продуктов горения и, учитывая температуру и давление, по формуле Менделеева-Клапейрона, находится сам объем. Конечно, для ничего не смыслящего в химии человека все выше перечисленное выглядит страшно, но на самом деле ничего трудного нет, надо только разобраться. Подробнее на этом останавливаться не стоит, так как статья не об этом. При недостатке кислорода увеличивается сложность расчета - меняются уравнения реакций и сами продукты горения. Кроме того, сейчас используются более сокращенные формулы, но для начала лучше считать представленным способом (если это требуется), чтобы понять смысл вычислений.
Отравление
Некоторые вещества, выбрасываемые в атмосферу при окислении горючего, токсичны. Отравление продуктами горения - вполне реальная угроза не только при пожаре, но и в автомобиле. Кроме того, вдыхание или другой способ попадания некоторых из них не приводит к мгновенному негативному результату, а напомнит об этом через некоторое время. К примеру, так ведут себя канцерогены.
Естественно, каждому нужно знать правила, предотвращающие негативные последствия. В первую очередь, это правила противопожарной безопасности, то есть то, что каждому ребенку рассказывают с самого раннего детства. Но, почему-то, часто бывает, что и взрослые, и дети просто забывают их.
Правила оказания первой помощи при отравлении многим тоже, скорее всего, знакомы. Но на всякий случай: самое главное, вынести отравившегося человека на свежий воздух, то есть отгородить от дальнейшего попадания токсинов в его организм. Но и нужно помнить, что существуют методы защиты от продуктов горения органов дыхания, поверхности тела. Это защитный костюм пожарных, противогазы, кислородные маски.
Защита от токсичных продуктов горения очень важна.
Использование в личных целях человека
Тот момент, когда люди научились использовать огонь в своих целях, стал, несомненно, переломным в процессе развития всего человечества. К примеру, одни из самых главных его продуктов - тепло и свет - использовались (и используются до сих пор) человеком при приготовлении пищи, освещении и согревании в холодное время. Уголь в древности использовался как чертежный инструмент, а сейчас, например, как лекарство (активированный уголь). То, что оксид серы используется при приготовлении кислоты, также отмечалось, таким же образом используется и оксид фосфора.
Вывод
Стоит отметить, что все рассказанное здесь - лишь общие сведения, представленные для ознакомления с вопросами о продуктах горения.
Хочется сказать, что соблюдение правил безопасности и разумное обращение как с самим процессом горения, так и с его продуктами, позволит использовать их с пользой.
На многих семинарах, особенно на тех, где в основном были новички в области пенополиуретанов, практически все задавали вопрос о горючести пенополиуретана и его вредности. И каждый раз нам приходилось людям объяснять, что при возгорании жилого дома или другого объекта, начинает гореть не утеплитель, который находиться в стенах или снаружи, а одежда, бумага, линолеум, краска, бытовая техника и тд. После долгих размышлений, я решил написать статью, какие продукты наиболее опасны при горении дома.
Начнем, я думаю с материалов, из которых состоит одежда, шторы, ковры и тд. В большинстве случаев растительные (натуральные) волокна , к которым относятся хлопок, джут, пенька, лен и сизаль, состоят главным образом из целлюлозы. Хлопок и другие волокна горючи (температура самовоспламенения волокон хлопка 400°С). Их горение сопровождается выделением дыма и теплоты, двуокиси углерода, окиси углерода и воды. Растительные волокна не плавятся.
Синтетические текстильные материалы - это ткани, изготовленные полностью или в основном из синтетических волокон. К ним относятся вискоза, ацетат, нейлон, полиэстер, акрил. Пожарную опасность, связанную с синтетическими волокнами, часто трудно оценить, так как некоторые из них при нагревании дают усадку, плавятся и стекают. Основные газы, образующиеся при горении, это двуокись углерода, окись углерода и водяной пар.
Растительные волокна , например джут, выделяют при горении большое количество едкого плотного дыма.
При горении шерсти появляется густой серовато-коричневый дым, а также при этом образуется цианистый водород, который является весьма токсичным газом. При обугливании шерсти получается липкое черное вещество, напоминающее деготь.
Продуктом сгорания шелка является пористый уголь, смешанный с золой, который продолжает тлеть или гореть только в условиях сильной тяги. Тление сопровождается выделением светло-серого дыма, вызывающего раздражение дыхательных путей. В определенных условиях при горении шелка может выделяться цианистый водород.
Далее перейдем к пластмассам и резинам . Горящие пластмассы и резины выделяют газы, теплоту, пламя и дым, при этом образуются продукты сгорания, воздействие которых может привести к интоксикации или смерти. При горении пластмасс, содержащих хлор, например поливинилхлорида, который является изоляционным материалом кабелей, основным продуктом сгорания является хлористый водород, имеющий едкий раздражающий запах. Вдыхание хлористого водорода может вызвать смерть.
Горящая резина выделяет плотный черный жирный дым, содержащий два токсичных газа - сероводород и двуокись серы. Оба газа опасны, так как в определенных условиях вдыхание их может привести к смерти.
Также дома у нас есть много изделий из дерева : паркет, столы, стулья, кухонные гарнитуры и тд. При горении древесины и древесных материалов образуется водяной пар, теплота, двуокись и окись углерода. Основную опасность для людей представляют недостаток кислорода и присутствие окиси углерода. Кроме того, при горении древесины образуются альдегиды, кислоты и различные газы. Эти вещества сами по себе или в сочетании с водяным паром могут, как минимум, оказывать сильное раздражающее воздействие.
В итоге после того как практически все сгорело мы дошли до утеплителя. Чем мы в основном утепляем дома? Как правило, 50% домов утеплены минеральной ватой, 30% пенополистиролом, 10% пенополиуретаном и 10% иными утеплителями или ничем.
Минеральная вата
Потенциальная опасность минераловатных теплоизоляционных изделий как источника канцерогенных факторов - пыли и фенолформальдегидных смол - послужила основанием для многих исследований воздействия её на человека и животных. Так, например, в декабре 1997 года Европейским союзом была опубликована директива, классифицирующая различные сорта минеральной ваты по степени опасности. Согласно этой директиве, минеральная вата рассматривалась, как раздражающее вещество (ирритант); к 2-й группе (потенциально опасно) или 3-й группе (недостаточно данных для надёжной оценки) группе канцерогенной опасности её относили в зависимости от содержания оксидов щелочных и щелочноземельных металлов и размера волокон. Весьма жёсткий подход по оценке опасности искусственных минеральных волокон принят в Германии; здесь запрещены многие виды минеральных волокон, в других странах рассматриваются как безопасные; что вызывает серьёзное беспокойство производителей.
Международное агентство по изучению рака (МАИР) в 2001 году подготовило доклад об оценке канцерогенности искусственных минеральных волокон, согласно которому стеклянная (из непрерывного стекловолокна), каменная и шлаковая вата отнесены к группе 3 по степени опасности (для МВ из этих материалов отсутствуют достаточные доказательства канцерогенности для человека, а свидетельства в пользу канцерогенности для животных ограничены). В то же время МВ, изготовленная из огнеупорных керамических волокон и из некоторых видов прерывного стекловолокна, отнесена к группе 2B по степени опасности (для этих типов минеральной ваты существуют обоснованные данные, подтверждающие канцерогенность для животных).
Чтобы понять, из чего же состоит минеральная вата и стекловата, рассмотрим усредненный состав:
Усредненный состав для производства минеральной ваты и стекловаты
Минеральная вата, конечно, не горит, но при высоких температурах, имеет свойство тлеть и выделять те продукты, из которых она состоит. Может минеральная вата не так опасна при горении по сравнению с другими материалами, зато она вредна при долговременной эксплуатации.
Пенополистирол
Высокотемпературная фаза деструкции пенополистирола начинается при температуре +160°С (механохимическая деструкция). С повышением температуры до +200°С начинается фаза термоокислительной деструкции. Свыше +260оС преобладают процессы термической деструкции и деполимеризации. В связи с тем, что теплота полимеризации полистирола и поли-"""α"""-метилстирола одни из самых низких среди всех полимеров (71 и 39 кДж/моль соответственно), в процессах их деструкции преобладает деполимеризация до исходного мономера - стирола. А как известно стирол как мономер, очень вреден для человеческого здоровья. Также как и при горении любого полимера будет выделяться углекислый газ и угарный газ. В принципе по сравнению с многими полимерами, пенополистирол не так вреден. Но согласно исследованиям пенополистирол выделяет очень много дыма.
А если учитывать что теплопроводность пенополистирола к примеру с пенополиуретаном выше на 25%, значит его нужно на 25% толще, чтобы достигнуть нужных нормативов при строительстве. Значит он будет выделять еще на 25% больше дыма.
Пенополиуретан
При горении пенополиуретана выделяется вода, углекислый и угарный газы, окись азота, также в зависимости от марки пенополиуретана возможно образование синильной кислоты. Из результатов исследований следует, что основной токсический компонент продуктов сгорания пенополиуретана на всех этапах пожара, и при низких, и при высоких температурах, это угарный газ.
Замечено, что синильная кислота и окись азота, как правило, образуются при сгорании органических соединений, которые содержат азот, таких, как шерсть, кожа, синтетические ткани. Помимо этого, при горении любых органических материалов, выделяется угарный газ. Пенополиуретан, если сравнивать с другими материалами органического происхождения, выделяет токсичные продукты при воздействии более высокой температуры.
Синильная кислота же, при 700°С определяется лишь следами, но, уже при 850°С её концентрация в воздухе возрастает примерно в 28 раз, а при 1000°С – в 50 раз, достигая заметного уровня лишь в этих условиях.
Оценивая пожароопасность пенополиуретана, можно отметить, что этот материал имеет известные преимущества, по сравнению с другими горючими материалами, которые применяются в строительстве.
Первое – из-за небольшой плотности, количество горящего материала объёмом соответственно меньше. Второе – низкая теплопроводность и присущая ему мелкоячеистая структура будет препятствовать прогреву материала во внутренних слоях, поэтому термическое разложение пенополиуретана происходит лишь в поверхностном слое. Третье – время самостоятельного горения этого материала, весьма мало (менее 10 сек.), а процесса тления после попадания, например, кусочков раскалившегося шлака, капель расплавленного металла, искры и т.д. попросту не происходит.
Выводы:
Итак, практически все горит, плавится, а если нет, тогда деструктирует и выделяет различные токсичные вещества. Человечество еще не придумало идеального утеплителя или материала, который не приносит ни какого вреда человеку. Поэтому при выборе утеплителя, надо для себя решить каким основным критериям он должен соответствовать: низкий коэффициент теплопроводности, класс горючести, низкий уровень дымовыделения, приемлемый уровень токсичности и т.д. Критериев множество. Можно вообще не утеплять, тогда придется разориться и сделать очень толстые стены и то это может не помочь. Но, как известно, гореть начинает не утеплитель, а то, что находиться внутри дома, поэтому эта мера не принесет ожидаемой пользы. Вы даже можете посмотреть пожарную статистику и вы не найдете не одного пожара связанного с возгоранием утеплителя. По моему мнению, нужно утепляться, а какими материалами это уже должен определить каждый сам для себя. Если люди так переживают за свой дом, тогда нужно делать хорошую пожарную сигнализацию, а еще лучше устанавливать автоматические системы пожаротушения, которые смогут потушить или задержать пожар до приезда пожарных.
Вконтакте
В процессе горения древесины образуется дым - смесь газообразных продуктов сгорания с твердыми частицами.
Состав продуктов горения зависит от состава древесины и условий ее горения. Древесина состоит, главным образом, из соединений углерода, водорода, кислорода и азота. Следовательно, обычными продуктами горения древесины являются: углекислый газ, азот, пары воды, окись углерода, сернистый газ. При сгорании 1 кг древесины выделяется 7,5-8,0 м 3 газообразных продуктов сгорания. Продукты горения, за исключением окиси углерода, в дальнейшем гореть больше не способны. При горении древесины твердыми частицами в дыме является сажа (углерод). На состав продуктов сгорания влияют условия, при которых происходит процесс горения. Горение может быть неполное и полное.
При недостаточном доступе воздуха получаются продукты неполного сгорания, образующие едкий дым, который часто выделяется вовремя пожара. Продукты неполного сгорания могут быть чрезвычайно разнообразными и зависят, прежде всего, от состава и свойства горящей древесины, а также от условий ее сгорания. При недостаточном доступе воздуха образуются продукты сухой перегонки, которые не успевают сгореть. Эти продукты чрезвычайно разнообразны и относятся к различным классам органических соединений. В состав их, кроме продуктов полного горения, входят: окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и другие сложные органические соединения. При пожаре пары этих соединений могут присутствовать в дыме, увеличивая его ядовитые свойства. Продукты неполного горения способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Взрывы таких смесей переходили при тушении пожаров в сушилках, подвалах и закрытых помещениях с большим количеством горючего материала. Неполное горение наблюдается при пожарах в сушильных камерах, где сосредоточено большое количество древесины. В результате сгорания древесины выделяются окись углерода и другие углеводороды, раздражающе действующие на слизистые оболочки глаз, носа и затрудняющие действия пожарных подразделений по тушению пожара.
Вдыхание дыма, содержащего 0,4% окиси углерода, смертельно. Противогазы БН от окиси углерода не защищают. На пожарах применяются специальные кислородные изолирующие приборы (КИП-5, КИП-7 и др.).
Итак, неполным называется горение, в результате которого получаются продукты, еще способные гореть (окись углерода, сажа и различные углеводороды).
Полным называется такое горение, в результате которого получаются продукты, не способные больше гореть (углекислый газ, пары воды, сернистый газ).
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Горение древесины представляет собою окисление составных частей ее до углекислого газа СO 2 и воды Н 2 О.
Для осуществления этого процесса необходимо достаточное количество окислителя (кислорода) и нагревание древесины до определенной температуры.
При нагревании без доступа кислорода происходит термическое разложение древесины (пиролиз), в результате чего образуются уголь, газы, вода и летучие органические вещества.
В соответствии с теорией, развитой Г. Ф. Кнорре и другими учеными, горение древесины можно представить следующим образом.
В начале нагревания из древесины испаряется влага. В дальнейшем происходит термическое разложение составных частей ее. Составные части древесины в значительной степени окислены, поэтому они распадаются при невысокой температуре. Образование летучих веществ, достигает максимума (до 85% к весу начинается около 160° и сухой древесины) при 300°.
Продукты первичного распада древесины в результате сложных окислительных и восстановительных процессов переходят, в газообразное состояние, в котором они могут легко перемешиваться с молекулами кислорода, образуя горючую смесь, воспламеняющуюся при определенных условиях (избыток кислорода, достаточно высокая температура). В зависимости от качественного состояния древесина воспламеняется при 250-350°.
Газифицированные продукты горят во внешней кромке пламени, внутри же пламени летучие продукты пиролиза древесины превращаются в газообразное состояние.
Свечение пламени вызывается раскаленными частицами углерода, сгорающими в СО 2 во внешней его кромке при избытке кислорода. Наоборот, при недостатке кислорода, когда температура сравнительно невелика, пламя имеет красноватый цвет, при этом за счет несгоревших частиц углерода выделяется значительное количество копоти.
Чем больше подача кислорода, тем выше температура, больше и ярче пламя.
Внешний вид пламени также зависит от состава древесины и в первую очередь от содержания углеводородов и смол. Больше всего смол в сосновых деревьях, и березе, при горении которых образуется густое, яркое пламя. Пламя осины, летучие вещества которой содержат больше окиси углерода и меньше углеводородов, невелико, прозрачно, имеет синеватый оттенок. При горении ольхи, содержащей мало смол, также образуется более короткое и прозрачное пламя.
Последовательность термического разложения опилок при образовании коптильного дыма можно условно представить следующими этапами.
На первом этапе очередная «свежая» частица древесных опилок под воздействием горячей смеси паров и газов и теплового излучения соседних горящих частиц прогревается до 150-160°. В этот период в основном испаряется влага, заметного уменьшения объема частицы не наблюдается.
В последующие этапы температура частицы также повышается, вследствие чего происходит термическое разложение органической массы древесной частицы и воспламенение части газифицированных продуктов пиролиза с выделением тепла; часть же летучих веществ вместе с некоторым количеством несгоревшего углерода (сажи) увлекается конвекционными токами вверх, образуя дым. В конце процесса разложения древесины и выделения летучих соединений заметно уменьшаются размеры частицы.
Уголь (твердый углерод), образовавшийся в процессе термического разложения древесных опилок, нагревается теплом, выделяемым при окислении части летучих соединений и начинает реагировать с углекислотой и кислородом:
C + CO 2 → 2CO
2CO + O 2 → 2CO 2
При этом образуется небольшое, полупрозрачное синеватое пламя горения окиси углерода.
Объем частицы продолжает сокращаться; на заключительном этапе образуется зола. Под действием выделяющегося тепла начинает прогреваться следующая «свежая» частица древесных опилок.
Механизм и химизм сгорания древесины в виде поленьев дров, щепок или кучи опилок одинаков. Имеются отличия в количественной и качественной сторонах процесса собственно горения, т. е. окисления органических соединений кислородом при использовании дров или опилок.
Здесь мы сталкиваемся с понятиями так называемого полного и неполного горения. При полном горении летучие, паро- и газообразные вещества полностью окисляются (или сгорают) до углекислого газа и паров воды.
Примером полного горения может служить реакция окисления одного из компонентов коптильного дыма - метилового спирта СН 3 ОН:
СН 3 ОН + O 2 → CO 2 + 2H 2 O
Аналогично могут протекать реакции, окисления и других органических соединений, возникающих при термическом разложении древесины.
В результате полного горения образуется парогазовая смесь, которая состоит из углекислого газа и паров воды, не содержит коптильных компонентов и не представляет ценности для копчения.
Чтобы получить дым, пригодный для коптильного производства, необходимо создать условия неполного горения древесины. Для этого, например, сверху на дрова помещают слой увлажненных опилок, в результате чего зона и интенсивность горения значительно уменьшаются. При неполном горении летучие органические вещества окисляются лишь частично, а дым насыщается коптильными компонентами.
Глубина окисления продуктов пиролиза древесины зависит от количества кислорода, а также от температуры горения и скорости отвода летучих веществ из зоны горения.
При недостатке кислорода окисление летучих веществ, на пример метилового спирта, протекает по следующей реакции:
2СН 3 ОН + O 2 → 2C + 4H 2 O
Несгоревшие частички углерода, выйдя из зоны пламени, быстро охлаждаются и образуют вместе с другими, не окисленными до конца продуктами разложения древесины дым. Часть их оседает на стенках коптильных камер в виде копоти (сажи). При недостаточно хорошей изоляции коптильных камер на стенках их оседают также сконденсированные парообразные летучие вещества дыма (смола, деготь).
При более глубоком, но также неполном окислении горючих веществ образуется окись углерода:
СН 3 ОН + O 2 → CO + 2H 2 O
Таким образом, количество кислорода - один из самых существенных факторов, влияющих на химический состав дыма, в частности на изменение содержания в нем метилового спирта, формальдегида и муравьиной кислоты. Так, при ограниченном доступе воздуха в зону горения из метилового спирта образуется муравьиный альдегид:
СН 3 ОН + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O
При поступлении большего количества воздуха, а, следовательно, и кислорода образовавшийся формальдегид окисляется до муравьиной кислоты:
2СН 2 О + O 2 → 2CHOOH
При избытке воздуха муравьиная кислота полностью окисляется до углекислого газа и воды:
2СНOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
При горении других продуктов пиролиза в зависимости от степени окисления аналогично образуются органические вещества, влияющие на состав дыма.
От количества кислорода, поступающего в сгорающий слой, зависит также температура горения. В обычных условиях древесина в виде поленьев не может сгорать без пламени, а, следовательно, без выделения тепла. В этом случае окисляется значительно большее количество веществ, образующихся из органической массы древесины, чем при сгорании (тлении) опилок. Поэтому значительная часть летучих веществ при сжигании дров не используется для копчения, а коптильный дым по составу уступает дыму, полученному при медленном сгорании опилок. При засыпке горящих дров влажными опилками увеличивается количество дыма, но и в этом случае дрова расходуются неэкономично.
Температурный режим естественного сгорания (тления) опилок значительно мягче по сравнению со сгоранием дров. При горении угля, оставшегося после выделения летучих веществ, образуется небольшое пламя. Полученное тепло расходуется главным образом на нагревание соседних слоев опилок, которые подвергаются термическому разложению без доступа кислорода, так как воздух оттесняется парами и газами горящего слоя.
Сгорание протекает медленно. Значительная часть продуктов термического разложения не окисляется в пламени, поэтому конвекционными потоками отводится сравнительно много летучих веществ.
Примером неполного сгорания опилок может служить сжигание их при нефорсированной нижней подаче воздуха. В этом случае сгорает полностью только нижний слой опилок. Горячие газы и пары вытесняют воздух и нагревают верхние слои опилок, что приводит к сухой перегонке древесины, в результате которой образуются уголь, газы, вода и органические соединения. При равномерном поступлении свежих опилок сверху горит только нижний слой угля, образующегося в результате сухой перегонки вышележащего слоя. При этом получается дым более насыщенный летучими органическими соединениями.
Лучшим способом получения дыма, богатого коптильными компонентами, является образование его в дымогенераторах, работающих на опилках с подогревом коптильной среды газом, глухим паром или электричеством, и во фрикционных дымогенераторах. В этом случае получается дым с повышенным содержанием летучих органических соединений, что обусловлено низкими температурами образования дыма и незначительным окислением первичных продуктов распада древесины.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Природный газ — это самое распространенное топливо на сегодняшний день. Природный газ так и называется природным, потому что он добывается из самых недр Земли.
Процесс горения газа является химической реакцией, при которой происходит взаимодействия природного газа с кислородом, который содержится в воздухе.
В газообразном топливе присутствует горючая часть и негорючая.
Основным горючим компонентом природного газа является метан — CH4. Его содержание в природном газе достигает 98 %. Метан не имеет запаха, не имеет вкуса и является нетоксичным. Предел его воспламеняемости находится от 5 до 15 %. Именно эти качества позволили использовать природный газ, как один из основных видов топлива. Опасно для жизни концентрация метана более 10 %, так может наступить удушье, вследствие нехватки кислорода.
Для обнаружения утечки газа, газ подвергают одоризации, иначе говоря добавляют сильнопахнущее вещество (этилмеркаптан). При этом газ можно обнаружить уже при концентрации 1 %.
Кроме метана в природном газе могут присутствовать горючие газы — пропан, бутан и этан.
Для обеспечения качественного горения газа необходимо в достаточном количестве подвести воздух в зону горения и добиться хорошего перемешивания газа с воздухом. Оптимальным считается соотношение 1: 10. То есть на одну часть газа приходится десять частей воздуха. Кроме этого необходимо создание нужного температурного режима. Чтобы газ воспламенился необходимо его нагреть до температуры его воспламенения и в дальнейшем температура не должна опускаться ниже температуры воспламенения.
Необходимо организовать отвод продуктов сгорания в атмосферу.
Полное горение достигается в том случае, если в продуктах сгорания выходящих в атмосферу отсутствуют горючие вещества. При этом углерод и водород соединяются вместе и образуют углекислый газ и пары воды.
Визуально при полном сгорании пламя светло-голубое или голубовато-фиолетовое.
Полное сгорание газа.
метан + кислород = углекислый газ + вода
СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О
Кроме этих газов в атмесферу с горючими газами выходит азот и оставшийся кислород. N 2 + O 2
Если сгорание газа происходит не полностью, то в атмосферу выбрасываются горючие вещества – угарный газ, водород, сажа.
Неполное сгорание газа происходит вследствие недостаточного количества воздуха. При этом визуально в пламени появляются языки копоти.
Опасность неполного сгорания газа состоит в том, что угарный газ может стать причиной отравления персонала котельной. Содержание СО в воздухе 0,01-0,02% может вызвать легкое отравление. Более высокая концентрация может привести к тяжелому отравлению и смерти.
Образующаяся сажа оседает на стенках котлов ухудшая тем самым передачу тепла теплоносителю снижает эффективность работы котельной. Сажа проводит тепло хуже метана в 200 раз.
Теоретически для сжигания 1м3 газа необходимо 9м3 воздуха. В реальных условиях воздуха требуется больше.
То есть необходимо избыточное количество воздуха. Эта величина обозначаемая альфа показывает во сколько раз воздуха расходуется больше, чем необходимо теоретически.
Коэффициент альфа зависит от типа конкретной горелки и обычно прописывается в паспорте горелки или в соответствие с рекомендациями организации производимой пусконаладочные работы.
С увеличением количества избыточного воздуха выше рекомендуемого, растут потери тепла. При значительном увеличение количества воздуха может произойти отрыв пламени, создав аварийную ситуацию. Если количество воздуха меньше рекомендуемого то горение будет неполным, создавая тем самым угрозу отравления персонала котельной.
Для более точного контроля качества сгорания топлива существуют приборы — газоанализаторы, которые измеряют содержание определенных веществ в составе уходящих газов.
Газоанализаторы могут поступать в комплекте с котлами. В случае если их нет, соответствующие измерения проводит пусконаладочная организация при помощи переносных газоанализаторов. Составляется режимная карта в которой прописываются необходимые контрольные параметры. Придерживаясь их можно обеспечить нормальное полное сгорание топлива.
Основными параметрами регулирования горения топлива являются:
- соотношение газа и воздуха подаваемых на горелки.
- коэфициент избытка воздуха.
- разряжение в топке.
- Кэфициент полезного действия котла.
При этом под коэфициентом полезного действия котла подразумевают соотношение полезного тепла к величине всего затраченного тепла.
Состав воздуха
| Название газа | Химический элемент | Содержание в воздухе |
| Азот | N2 | 78 % |
| Кислород | O2 | 21 % |
| Аргон | Ar | 1 % |
| Углекислый газ | CO2 | 0.03 % |
| Гелий | He | менее 0,001 % |
| Водород | H2 | менее 0,001 % |
| Неон | Ne | менее 0,001 % |
| Метан | CH4 | менее 0,001 % |
| Криптон | Kr | менее 0,001 % |
| Ксенон | Xe | менее 0,001 % |