3. Уравнение материального и теплового баланса процесса горения. Чем отличается значение теоретического и действительного количества воздуха, участвовавшего в горении?

При горении протекают химические реакции, в результате которых горючие вещества и материалы превращаются в продукты горения и при этом выделяется тепло. Для того, чтобы происходил процесс горения, необходимо определенное количество воздуха. Как и любой другой химический процесс, горение подчиняется основным законам природы, таким как законы сохранения массы и энергии. Это позволяет расчетными методами определить количество воздуха или другой окислительной среды, необходимое для горения веществ и материалов, объем и состав продуктов полного горения, теплоту горения, температуру горения.

Уравнение материального и теплового баланса процессов горения.

Сущность материального баланса процесса горения заключается в том, что масса веществ и материалов, присутствующих до горения, должна равняться массе веществ и материалов, получившейся после горения.

В общем виде уравнение материального и теплового баланса выглядит так:

nг [Г] + nо [О] = m i [ПГ]i + Qх.р.,

где [Г] - химическая формула горючего вещества;

[О] - химическая формула окислителя;

[ПГ]i - химическая формула вещества, образовавшегося в результате реакции горения;

nг, nо, mi - стехиометрические коэффициенты при соответствующих веществах;

Qх.р. - тепловой эффект реакции горения.

Уравнение можно использовать для расчета количества воздуха, необходимого для полного сгорания веществ и материалов, количества выделившихся продуктов сгорания веществ и материалов, что необходимо для решения некоторых практических задач противопожарной защиты (например, для определения количества вещества, которое может выгореть до момента самопроизвольного потухания в замкнутом помещении, содержащем заданный объем воздуха, или для определения количества того или иного продукта сгорания, которое может выделиться при сгорании определенного количества горючего вещества).

Чем отличается значение теоретического и действительного количества воздуха, участвовавшего в горении?

Воздух, необходимый для горения веществ и материалов.

Минимальное количество воздуха (кмоль, м³), необходимое для полного сгорания единицы количества горючего вещества (кмоль, кг, м³), называется удельным теоретическим количеством воздуха (V°в).

Допускается, что при горении веществ в теоретически необходимом количестве воздуха происходит образование продуктов только полного сгорания.

Для удобства расчетов теоретически необходимого количества воздуха все горючие вещества разделяют на три группы, для которых существуют свои методики расчетов:

- индивидуальные химические вещества, состав которых выражается химической формулой (СН4 - Мета́н, СО - оксид углерода, С3Н8 - пропан, С6Н5NО2 – нитробензол и т.д.);

- сложные смеси веществ, состав которых задается весовым процентным содержанием в них различных элементов (Содержащиеся в топливе хим. элементы обозначаются принятыми символами – С (це - углерод), H (аш - водород) , О (о - кислород), N (эн - азот), S (эс – серы), а зола и вода-символами А (альфа) и W (дабл-ю) - соответственно;

- смеси газов (природный газ, коксовый газ, а также различные смеси других газов).

Избыток воздуха.

На пожарах в реальных условиях количество воздуха, присутствующего при горении, отличается от теоретически необходимого количества воздуха. Обычно в зоне горения воздуха меньше, чем необходимо. Хотя в целом при горении на пожаре присутствует воздуха больше чем теоретически необходимо.

Разность между количеством воздуха, присутствующим при горении, и теоретически необходимым количеством воздуха называется избытком воздуха:

  V_в^о (ви) = V_в^о_(пр) - V_в^о.   

Отношение количества воздуха, практически участвующего в процессе горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха:

_в (альфа) = V_в^о_(пр)/V_в^о.

Если известно количество кислорода, которое содержится в продуктах горения после сгорания горючего вещества, _в можно определить следующим образом: _в = 21/(21- о₂ ^пг),    где о₂ ^пг - количество О₂, содержащееся в продуктах горения (%).

В случае кинетического горения при: V_в^о_(пр) = V_в^о  _в = 1

Смесь горючего с воздухом является стехиометрической.

При _в  1 смесь богатая. Характерной чертой процесса горения является образование продуктов неполного горения.

При _в  1 смесь бедная. Часть воздуха не расходуется на горение (избыток воздуха) и переходит в продукты горения.