1.2. Полное и неполное горение

При горении веществ и материалов образуются продукты сгора­ ния. Состав продуктов сгорания зависит от состава горючего вещест­

ва и условий протекания горения.

Горение может быть полным и неполным. В том случае, когда в

зону горения окислительная среда поступает в количестве, достаточ­

ном для полного окисления компонентов горючего вещества, образу­

ются продукты полного сгорания. При полном сгорании веществ об­ разуются продукты, не способные к дальнейшему горению: диоксид

углерода, вода, азот, сернистый ангидрид.

В условиях пожара окислительной средой является воздух. По­ этому в состав продуктов сгорания будет входить азот, поступающий в зону горения вместе с кислородом воздуха. В том случае когда в зону горения поступает воздуха больше, чем требуется по стехиомет­ рии реакции, в состав продуктов сгорания будет входить и избыток кислорода. Полное сгорание на практике происходит при избытке ки­ слорода. В табл. 5 (прил. 111) представлены количество и состав про­ дуктов сгорания некоторых горючих углеводородов.

Если в зону горения поступает воздуха меньше, чем требуется по стехиометрии реакции горения, или когда горение осуществляется при низкой температуре, кроме продуктов полного сгорания, образу­ ются продукты неполного сгорания. При неполном сгорании горю­ чих веществ образующиеся продукты способны к дальнейшему горе­ нию. Продуктами неполного сгорания являются оксид углерода (угар­

ный газ), сажа, продукты термоокислительной деструкции спиртов,

кетоновов и других органических соединений. Неполное сгорание горю­

чих веществ, происходит при недостатке кислорода.

Состав продуктов термоокислительной деструкции зависит от природы горючего вещества, температуры и условий взаимодействия горючей смеси с окислителем. Если в состав горючего вещества вхо­ дят С, Н , О, Cl, N, то ими являются углеводороды, диоксины, (хлор­ содержащие органические соединения), синильная кислота, спирты, альдегиды, кислоты, оксиды азота и т. п. При сгорании древесины, например, образуется более 200 компонентов продуктов сгорания, а при сгорании поливинилхлорида (полимер П ВХ) образуется более 75 различных компонентов.

Если сгорают неорганические вещества, в составе которых есть Р (фосфор), Na (натрий), К (калий), Са (кальций), А\ (алюминий), M g (магний), то продуктами сгорания будут оксиды этих веществ, нахо-

Продукты неполного сгорания, как при термической, так и при термаокислительной деструкции, являются токсичными.

Под токсичностью обычно понимают степень вредного воздей­ ствия химического вещества на живой организм. К числу наиболее опасных соединений, в составе продуктов сгорания которых образу­

ются вещества, характеризующиеся высокой токсичностью, отно­

сятся полимерные материалы, строительные материалы (линоллиум,

пенопласты), резинатехнические изделия. При сгорании этих мате­

риалов образуются монооксид угрерода (угарный газ), циановодо­ род, хрористый водород, оксиды азота, акролеин, фосген и другие опасные вещества. Угарный газ является наиболее распростране­ нымм продуктом неполного сгорания. Это бесцветный газ без запа­ ха и вкуса, с плотностью 1 ,25 кгjм3, слабо растворимый в воде, ко­

торый горит синим пламенем с образованием со2.

1.2.1. Расход воздуха при горении

Для полного сгорания необходимо определенное количество ки­ слорода. Однако на воздухе процесс горения идет несколько иначе, чем в чистом кислороде. Поэтому для сжигания того или иного топ­ лива рассчитывают теоретически необходимое количество воздуха.

Под теоретически необходимым количеством воздуха понимается

минимальное количество воздуха, необходимое для полного сгорания еди­ ницы массы (кг) или обr,ема (м3) горючего вещества. Теоретически не­

обходимое количество воздуха обозначается V8°.

В табл. 1 .3 и табл. 6 (прил. 1 1 1) приведены значения теоретически необходимых количеств воздуха для полного сгорания различных ве­ ществ при О ·с и 760 мм рт. ст. Значения величин, приведеиных для древесины, торфа, бензина, керосина, нефти и водяного пара, явля­ ются средними, так как состав этих горючих материалов непосто­ янен.

Расход кислорода и количество образующихся продуктов сгора­ ния определяют из уравнения горения, записанного для одного моля горючего вещества.

На примере сгорания углерода рассмотрим, какое количество ки­ слорода необходимо для его полного сгорания.

Для одного моля углерода уравнение горения имеет вид:

* Объем воздуха приведен к нормальным условиям: 760 мм рт. ст. и О ·с.

Выразим мольные значения составляющих уравнения через коли­ чественные (кг); атомные веса элементов берем из табл. 7 (прил. 111):

12.01 кг с + з2,06 кг о2 = 44,07 кг со2•

Отнесем это уравнение к 1 кг горючего, а газообразные состав­ ляющие уравнения выразим в объемных единицах: массовые количе­ ства кислорода и диоксида углерода делим на их плотности, взятые из табл. 4 (прил. I I I). Отсюда имеем:

1 кг С + 1 ,866 м3 02 = 1 ,866 м3 СО2•

Следовательно, для полного сгорания 1 кг углерода требуется 1 ,866 м3 кислорода.

В случае если горючее вещество содержит в своем составе, кроме углерода, также серу, водород и кислород, то теоретически необходи­ мое количество кислорода для сжигания 1 кг такого твердого или жидкого горючего вещества будет определяться следующим образом: суммируются затраты кислорода на сжигание горючих элементов в 1 кг горючего вещества, а затем вычитается количество кислорода, со­ держащегося в этом горючем веществе.

где СР, SP, НР, QP - соответственно массовое содержание углерода,

серы, водорода и кислорода в горючем веществе (в %); р - плотность кислорода (в кг/м\

В воздухе содержится кислорода примерно 2 1 % по объему, по­ этому теоретически необходимое количество воздуха V0 (м3/кг) для горения веществ, топлив и др. рассчитывают по формуле:

При горении, особенно во время пожара, расходуется воздуха значительно больше теоретически необходимого.

Разность между количеством воздуха, практически расходуемым

при горении и теоретически необходимым, называется избытком воз­ духа:

дVв = Vв -Vво·

Отношение же количества воздуха, практически расходуемого при

горении ( Vв.np), к теоретически необходимому называется коэффициен­

том избытка воздуха и обозначается а:

Используя выражение ( 1 .4), имеем:

L\V8 = V8°( a - 1).

В случае если известно содержание кислорода в продуктах горе­

где q>02 - концентрация кислорода в продуктах горения, % об.