Что необходимо для процесса горения
Перейти к содержимому

Что необходимо для процесса горения

  • автор:

Что из перечисленного необходимо для процесса горения?

Архивня версия теста. В сервисе есть обновление, смотрите в соответствующем разделе. Правильнй ответ на вопрос мог измениться.

Также этот вопрос может встречаться в других версиях этого теста, как и в иных тестах.

Основные разделы:
Инструменты:
Обратная связь:

Напишите мне

Copyright © 2011-2024 Онлайн тестирование Тесты 24

Характеристика процесса горения

Всем нам практически ежедневно приходится сталкиваться с тем или иным проявлением процессом горения. В нашей статье мы хотим более подробно рассказать какие особенности включает в себя данный процесс с научной точки зрения.

Горение является основной составляющим процессом на пожаре. Пожар начинается с возникновения горения, его интенсивность развития как правило путь пройденный огнем, то есть скорость горения, а тушение заканчивается прекращением горения.

Под горением обычно понимают экзотермическую реакцию между горючим и окислителем, сопровождающуюся, по крайней мере, одним из трех следующих факторов: пламенем, свечением, дымообразованием. Из-за сложности процесса горения указанное определение не является исчерпывающим. В нем не учтены такие важнейшие особенности горения, как быстрое протекание лежащей в его основе экзотермической реакции, ее самоподдерживающийся характер и способность к самораспространению процесса по горючей смеси.

Различие между медленной экзотермической окислительно-восстановительной реакцией (коррозия железа, гниение) и горением заключается в том, что последняя протекает настолько быстро, что теплота производится быстрее, чем рассеивается. Это приводит к по­вышению температуры в зоне реакции на сотни и даже тысячи гра­дусов, к видимому свечению и образованию пламени. По сути так образуется пламенное горение.Если происходит выделение тепла но пламя при это отсутствует, то этот процесс называется тлением.И в том и в другом процессе происходит образование дыма – аэрозоля полного или неполного сгорания ве­ществ. Стоит отметить, что при горении некоторых веществ пламени не видно, а также отсутствует и выделение дыма, к таким веществам относится водород. Слишком быстрые реакции (взрывчатое пре­вращение) также не входят в понятие горения.

На эту тему ▼
Треугольник огня и пожарный тетраэдр

Необходимым условием для возникновения горения является на­личие горючего вещества, окислителя (при пожаре его роль выполняет кислород воздуха) и источника зажигания. Для непосредственно­го возгорания необходимо наличие критических условий по составу горючей смеси, геометрии и температуре горючего материала, давлению и др. После возникновения горения в качестве источника зажигания выступает уже само пламя или зона реакции.

Например, метан способен окисляться кислородом с выделением тепла до метилового спирта и муравьиной кислоты при 500-700 К. Однако, чтобы реакция продолжилась, необходимо пополнение теп­лоты за счет внешнего подогрева. Горением это не является. При на­гревании реакционной смеси до температуры выше 1000 К скорость окисления метана возрастает настолько, что выделяющегося тепла становится достаточно для дальнейшего продолжения реакции, необходимость в подводе теплоты извне исчезает, начинается горение. Та­ким образом, реакция горения, возникнув, способна сама себя поддерживать. Это главная отличительная особенность процесса горения. Другая, связанная с ней особенность — способность пламени, являю­щегося зоной химической реакции, самопроизвольно распространяться по горючей среде или горючему материалу со скоростью, оп­ределяемой природой и составом реакционной смеси, а также условиями процесса. Это основной механизм развития пожара.

На эту тему ▼
Горючая среда и источники зажигания

Типичная модель горения построена на реакции окисления органических веществ или углерода кислородом воздуха. Множество физических и химических процессов сопровождают горение. Физика это перенос тепла в систему. Окислительные и восстановительные реакции это составляющая природы горения со стороны химии. Отсюда из понятия горение вытекают самые разные химические превращения, включая разложение исходных соединений, диссоциации и ионизации продуктов.

Совокупность горючего вещества или материала с окислителем представляет собой горючую среду. В результате разложения горю­чих веществ под воздействием источника зажигания происходит об­разование газопаровоздушной реакционной смеси. Горючие смеси, которые по составу (соотношению компонентов горючего и окисли­теля) отвечают уравнению химической реакции, называются смесями стехиометрического состава. Они наиболее опасны в пожарном от­ношении: легче воспламеняются, интенсивнее горят, обеспечивая полное сгорание вещества, в результате чего выделяют максимальное количество теплоты.

Формы диффузионных пламен

Рис. 1. Формы диффузионных пламен

а – горение реактивной струи, б – горение разлитой жидкости, в – горение лесной подстилки

По соотношению количества горючего материала и объема окислителя различают бедные и богатые смеси: бедные содержат в изобилии окислитель, богатые — горючий материал. Минимальное количество окислителя, необходимое для полного сгорания единицы массы (объема) того или иного горю­чего вещества, определяется по уравнению химической реакции. При горении с участием кислорода требуемый (удельный) расход воздуха для большинства горючих веществ находится в пределах 4-15 м 3 /кг. Горение веществ и материалов возможно только при обусловленном содержании в воздухе их паров или газообразных продуктов, а также при концентрации кислорода не ниже заданного предела.

Так, для картона и хлопка самопотухание наступает уже при 14 об. % кислорода, а полиэфирной ваты — при 16 об. %. В процессе горения, как и в других химических процессах, обязательны два этапа: создание молекулярного контакта между реагентами и само взаимодействие молекул горючего с окислителем с об­разованием продуктов реакции. Если скорость превращения исход­ных реагентов определяется диффузионными процессами, т.е. скоростью переноса (пары горючих газов и кислорода переносятся в зону реакции за счет градиента концентраций в соответствии с зако­нами диффузии Фика), то такой режим горения называется диффузионным. На рис. 1 приведены различные формы диффузионных пламен. При диффузионном режиме зона горения размыта, и в ней образуется значительное количество продуктов неполного сгорания. Если же скорость горения зависит только от скорости химической реакции, которая значительно выше скорости диффузии, то режим горения называется кинетическим. Ему свойственны более высокие скорости и полнота сгорания и как следствие высокие ско­рости тепловыделения и температура пламени. Этот режим имеет место в предварительно перемешанных смесях горючего и окисли­теля. Отсюда, если реагенты в зоне химической реакции находятся в одинаковой (обычно газовой) фазе, то такое горение называют гомогенным, при нахождении горючего и окислителя в зоне реакции в разных фазах — гетерогенным. Гомогенным является горение не только газов, но и жидкостей, а также большинства твердых ве­ществ и материалов. Объясняется это тем, что в зоне реакции горят не сами материалы, а их пары и газообразные продукты разложе­ния. Наличие пламени является отличительным признаком гомоген­ного горения.

Примерами гетерогенного горения служат горение углерода, углистых остатков древесины, нелетучих металлов, которые даже при высоких температурах остаются в твердом состоянии. Химическая реакция горения в этом случае будет происходить на поверхности раздела фаз (твердой и газообразной). Отметим, что конечными про­дуктами горения могут быть не только оксиды, но и фториды, хлориды, нитриды, сульфиды, карбиды и др.

Характеристики процесса горения разнообразны. Их можно подразделить на следующие группы: форма, размер и структура пламени; температура пламени, его излучательная способность; тепловыделение и теплота сгорания; скорость горения и концентрационные пределы устойчивого горения и др.

Всем известно, что при горении образуется свечение которое сопровождает пламя продукта горения.

Рассмотрим две системы:

  • газообразная система
  • конденсированная система

В первом случае при возникновении горения весь процесс будет происходить в пламени, во втором же случае часть реакций будет происходить в самом материале, либо его поверхности. Как упоминалось выше существуют газы которые могут гореть без пламени, но если рассматривать твердые вещества существуют также группы металлов которые также способны гореть без проявления пламени.

Часть пламени с максимальным значением, где происходят интенсивные превращения, называется фронтом пламени.

Теплообменные процессы и диффузия активных частиц из зоны горения которые являются ключевыми механизмами движения фронта пламени по горючей смеси.

Скорость распространения пламени принято разделять на:

  • дефлаграционное (нормальное), протекаю­щее с дозвуковыми скоростями (0,05-50 м/с)
  • детонационное, когда скорости достигают 500-3000 м/с.

Ламинарное диффузионное пламя

Рис. 2. Ламинарное диффузионное пламя

В зависимости от характера скорости движения газового потока, создающего пламя, различают ламинар­ные и турбулентные пламена. В ламинарном пламени движение газов происходит в разных слоях, все процессы тепло-, массообмена происходят путем мо­лекулярной диффузии и конвекции. В турбулентных пламенах про­цессы тепло-, массообмена осуществляются в основном за счет макроскопического вихревого движения. Пламя свечи — пример лами­нарного диффузионного пламени (рис. 2). Любое пламя высотой более 30 см будет уже обладать случайной газовой механической не­устойчивостью, которая проявляется видимыми завихрениями дыма и пламени.

Переход ламинарного потока в турбулентный

Рис. 3. Переход ламинарного потока в турбулентный

Очень наглядным примером перехода ламинарного потока в турбулентный является струйка сигаретного дыма (рис. 3), которая, поднявшись на высоту около 30 см, приобретает турбулентность.

При пожарах пламена имеют диффузионный турбулентный ха­рактер. Присутствие турбулентности в пламени усиливает перенос тепла, а смешивание влияет на химические процессы. В турбулентном пламени выше также скорости горения. Это явление делает затруднительным перенос поведения мелкомасштабных пламен на крупномасштабные, имеющих большую глубину и высоту.

Экспериментально доказано, что температура горения веществ в воздухе гораздо ниже температуры горения в атмосферной кислородной среде

В воздухе температура будет колебаться от 650 до 3100 °С, а в кислородной показатели температуры возрастут на 500-800 °С.

Условия возникновения горения как основа пожарной безопасности

Условия возникновения горения необходимо изучать и знать как самим пожарным так и обычному человеку. Ведь знание основ возникновения и распространение огня дает большое преимущество во время тушения различных классов пожара.

Огонь и человек

Огонь это неотъемлемая часть жизнедеятельности человека, огонь сопровождает человека на всем пути его развития. Умение человека пользоваться огнем, добывать его, стремительно увеличило возможности человечества в много раз. Возможность человека добывать и контролировать огонь дало ему возможности обеспечить хранение продуктов питания от порчи, осуществлять обогрев жилища, добычу метала.

Огонь сделал возможным расселение рода людского по всем уголкам планеты Земля, дал возможность запустить пароходы, железную дорогу и отправить человека в космос. Овладение огнем было необходимым фактором для возникновения и жизни семьи. Умение пользоваться огнем дало человеку чувства независимости от циклического изменения тепла и холода, света и темноты.

В то же время всем известный пагубное влияние природного действия огня на человека и среду его обитания Не контролируемое горение способно вызвать значительные разрушительные, а также смертоносные последствия к таким не посредственным проявлениям огненной стихии принадлежат пожары.

Что такое пожар?

Пожар – это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Более детальная информация в материале:

Жизнедеятельность человека всегда будет сопровождаться не контролируемым горением – то есть пожарами. Развитие пожара за своими масштабами может зацепить не только национальные интересы страны, но и международные интересы.

Как пример таких пожаров которые вылились в глобальные чрезвычайные происшествия может служить катастрофа на Чернобыльской АЭС, длительные пожары нефтедобывающих комплексов Ирака и как результат войны в Персидском заливе, пожары больших лесных массивов в США, Греции и др. странах Земного шара.

Каждый год на нашей планете возникает приблизительно 7 миллионов пожаров!

Условия возникновения пожара

Основной задачей при обеспечении пожарной безопасности является устранение условий возникновения пожара (горения) и минимизация его последствий. Пожар возникает при одновременном наличии трех основных условий:

Условия возникновения пожара

Рис. 1. Необходимые условия возникновения пожара.

Горючее вещество вместе с окислителем образуют горючую смесь которой для зажигание не хватает только источника зажигания которым может служить как маленькая искорка так и обычное пламя.

Стоит запомнить вышеприведенный “треугольник огня”, потому что на нем базируются основные направления предупреждения пожаров и способы пожаротушения. Исходя из рис.1. удаление одного из элементов сделает невозможным последующие возникновение горение и как следствие последующие развитие пожара.

Профилактика возникновения пожара

Профилактика предотвращение пожара осуществляется за счет предотвращения образования горючей среды как в технологических процессах так и в хозяйственной деятельности человека в целом.

Основными причинами пожаров является:

  1. Неосторожное обращение с огнем.
  2. Нарушение правил монтажа и эксплуатации электрооборудования и бытовых электроприборов.
  3. Нарушение правил монтажа и эксплуатации приборов отопления и тепло генерирующих установок.
  4. Поджоги.
  5. Баловство детей с огнем.
  6. Техническая неисправность промышленного оборудования.

В следствии вышеизложенных причин ежегодно возникают приблизительно 92% от общего количества пожаров в государстве. Давно известная истина, что пожар легче предупредить, чем потом ее тушить, является актуальной постоянно.

Исходя из этого обеспечение пожарной безопасности является неотъемлемой частью предпринимательской, промышленной деятельности работников предприятий, должностных лиц учебных учреждений, правительственных организаций и частных предпринимателей.

Не достаточное обеспечение пожарной безопасности, а именно обеспечении ее на низком уровне повышает вероятность возникновения пожара, это вызывает соответствующие действия со стороны органов государственного пожарного надзора, действие которых могут достаточно негативно повлиять, в частности, на ведение малого бизнеса.

Со стороны государственного пожарного надзора могут последовать следующие правомерные действия такие как: отказать в выдаче разрешения на начало работы или аренду помещений, штрафы за нарушение правил пожарной безопасности, приостановка эксплуатации помещений, сооружений, оборудования, объектов, и т. д.

Поэтому необходимо знать хотя бы основные требования, организационно-инженерно-технические мероприятия, по обеспечению пожарной безопасности на объектах, в частности те, от которых непосредственно зависит безопасность людей, собственности и личного имущества.

Обращаясь к основному документу любого пожарного инспектора, а именно Правилам пожарной безопасности можно сказать что основными организационными мероприятиями по обеспечению пожарной безопасности являются:

  • четкие обязанностей должностных лиц касающеюся обеспечения пожарной безопасности;
  • назначение приказом начальника (директора) ответственных за пожарную безопасность зданий, сооружений, участков, помещений, и т. д., технологического и инженерного оборудования, а также за эксплуатацию и содержание имеющихся технических средств противопожарной защиты;
  • установление на каждом предприятии (учреждении, организации) определенного противопожарного режима;
  • разработка и утверждение общей объектовой инструкции о мерах пожарной безопасности и соответствующих инструкций для всех взрывоопасных и пожароопасных помещений, организация ознакомления, изучения этих инструкций работниками;
  • разработка схем (планов) эвакуации личного состава (людей) и ценного имущества (музеи, библиотеки) на случай возникновения пожара;
  • установление порядка (системы) оповещения людей о пожаре, ознакомление с ним всех работников учреждения;
  • определение категорий зданий и помещений за взрывоопасностью и пожарной опасностью в соответствии с требованиями действующих нормативных документов, установления классов зон, за Правилами электроустановок (ПУЭ);
  • обеспечение территорий, зданий и помещений, табличками с указанием номера телефона и порядка вызова пожарной охраны, соответствующими знаками пожарной безопасности ;
  • создание и организация работы пожарно-технических комиссий и для больших предприятий добровольных пожарных команд.

Регулирование процесса горения (Основные принципы горения)

Для оптимального горения необходимо использовать большее количество воздуха, чем следует из теоретического расчёта химической реакции (стехиометрический воздух).

Это вызвано необходимостью окислить всё имеющееся в наличии топливо.

Разница между реальным количеством воздуха и стехиометрическим количеством воздуха называется избытком воздуха. Как правило, избыток воздуха находится в пределах от 5% до 50% в зависимости от типа топлива и горелки.

Обычно, чем труднее окислить топливо, тем большее количество избыточного воздуха требуется.

Избыточное количество воздуха не должно быть чрезмерным. Чрезмерное количество подаваемого воздуха для горения снижает температуру дымовых газов и увеличивает тепловые потери теплогенератора. Кроме того, при определённом предельном количестве избыточного воздуха, факел слишком сильно охлаждается и начинают образовываться CO и сажа. И наоборот, недостаточное количество воздуха вызывает неполное сгорание и те же самые проблемы, указанные выше. Поэтому, чтобы обеспечить полное сгорание топлива и высокую эффективность горения количество избыточного воздуха должно быть очень точно отрегулировано.

Полнота и эффективность сгорания проверяются измерениями концентрации угарного газа CO в дымовых газах. Если угарного газа нет, значит сгорание произошло полностью.

Косвенно уровень избыточного воздуха можно рассчитать, измеряя концентрацию свободного кислорода O2 и/или двуокиси углерода СO2 в дымовых газах.

Количество воздуха будет примерно в 5 раз больше, чем измеренное количество углерода в объёмных процентах.

Что касается СO2, то его количество в дымовых газах зависит только от количества углерода в топливе, а не от количества избыточного воздуха. Его абсолютное количество будет постоянным, а процент от объёма будет изменяться в зависимости от количества избыточного воздуха, находящегося в дымовых газах. При отсутствии избыточного воздуха количество СO2 будет максимальным, при увеличении количества избыточного воздуха, объёмный процент СO2 в дымовых газах понижается. Меньшее количество избыточного воздуха соответствует большему количеству СO2 и наоборот, поэтому горение идет более эффективно, когда количество СO2 близко к своему максимальному значению.

Состав дымовых газов можно отобразить на простом графике с помощью «треугольника горения» или треугольника Оствальда, который строится для каждого типа топлива.

С помощью этого графика, зная процентное содержание СO2 и O2, мы можем определить содержание CO и количество избыточного воздуха.

В качестве примера на рис. 10 приведен треугольник горения для метана.

Рисунок 10. Треугольник горения для метана

По оси X указано процентное содержание O2, по оси Y указано процентное содержание СO2. гипотенуза идет от точки А, соответствующей максимальному содержанию СO2 (в зависимости от топлива) при нулевом содержании O2, до точки В, соответствующей нулевому содержанию СO2 и максимальному содержанию O2 (21%). Точка А соответствует условиям стехиометрического горения, точка В -отсутствию горения. Гипотенуза — это множество точек, соответствующих идеальному горению без CO.

Прямые линии, параллельные гипотенузе, соответствуют различному процентному содержанию CO.

Предположим, что наша система работает на метане и анализ дымовых газов показал, что содержание СO2 составляет 10%, а содержание O2 составляет 3%. Из треугольника для газа метана мы находим, то содержание CO равно 0, а содержание избыточного воздуха равно 15%.

В таблице 5 показано максимальное содержание СO2 для разных видов топлива и значение, которое соответствует оптимальному горению. Это значение рекомендованное и рассчитано на основе опыта. Следует отметить, что когда из центральной колонки берётся максимальное значение необходимо произвести измерение выбросов, по процедуре описанной в главе 4.3.

Таблица 5. Максимальное рекомендуемое содержание CO2 для разных видов топлива

Топливо Макс. СO2 в % от объёма Рекомендуемый СO2, % Избыточный воздух, %
Метан 11,65 9,8-11 20-8
Сжиженный нефтяной газ 13,74 11,5-.12,8 20- 10
Городской газ 10,03 8,2 — 9 20 — 10
Дизельное топливо 15,25 12- 14 30- 12
Мазут 15,6 11,8-13 35-20

Для систем, работающих на жидком топливе, необходимо измерить сажевое число по методу Бахараха. Этот метод состоит в том, что некоторый объём дымовых газов, отбираемый маленьким насосом, пропускается через фильтр в виде абсорбирующей бумаги. Та сторона фильтра, что обращена к газам, сереет или чернеет Цвет зависит от количества сажи. Цвет сравнивается с опытной шкалой, состоящей из 10 закрашенных дисков, оттенок которых меняется от 0 (белый цвет) до 9 (чёрный цвет). Номер шкалы, который совпадает с цветом фильтра и является сажевым числом по Бахараху.

Предельно допустимое значение этого параметра определяется государственным законодательством и зависит от типа жидкого топлива.

Для того, чтобы определить, какие или сколько частиц, входят в состав дымовых газов, используют два основных метода измерений:

  • гравиметрический;
  • измерение коэффициента отражения.

При гравиметрическом методе взвешенные в дымовых газах частицы собираются на специальных фильтрах, а затем взвешиваются. Берётся разница между весом фильтра до анализа и после.

При измерении коэффициента отражения определяется условный коэффициент (чёрный эквивалентный дым), на основании измеряемой рефлектометром светопоглощающей способности частичек, собранных на фильтре.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *