Механизм медленного терморазложения древесины
при постоянном и равномерном прогреве массы образца
При нагревании до температуры 120 — 150°С происходит выделение физически связанной воды (сушка).
При температуре 150 — 180°С происходит выделение внутрикапиллярной и химически связанной воды, разложение наименее термически стойких компонентов (луминовой кислоты) с выделением СО2, Н2О.
При температуре 250°С происходит пиролиз древесины (в основном гемицеллюлозы) с выделением СО, СН4, Н2, СО2, Н2О. Образующаяся газовая смесь способна воспламеняться от источника зажигания.
При температуре 350 — 450°С происходит интенсивный пиролиз древесины и выделяется основная масса горючих газов, до 40% от максимально возможного количества. Выделяющаяся в этой температурной области газообразная смесь состоит из 25% Н2 и 40% предельных и непредельных углеводородов. При температуре 500 — 550°С скорость термического разложения древесины резко снижается и уменьшается выход летучих продуктов.
При температуре 600°С разложение древесины на газообразные продукты и углеродный остаток прекращается.
Таким образом, процесс горения древесины состоит из двух стадий.
1. Пламенное горение (гомогенный режим). Стадия заканчивается исчезновением пламени.
Нагрев → Термическое разложение → Газификация летучих компонентов → Воспламенение → Горение
2. Беспламенное горение угля (тление, гетерогенный режим):
2С + О2 → 2 СО – при недостатке кислорода;
2СО + О2 → 2СО2 – при достаточном количестве кислорода.
Между этими фазами наблюдается промежуточная фаза, характеризуемая одновременным протеканием указанных фаз.
7.2 Механизм распространения пламени по поверхности твёрдых веществ и факторы, на него влияющие
Рис. 7.1. Схема распространения пламени по поверхности твердого материала.
1 — исходный образец; 2 — зона диффузионного горения; 3 — зона кинетического пламени (носик); 4 — зона газификации твердого материала; 5 — зона газообразных продуктов разложения; 6 — зона разложения твердого материала перед фронтом пламени; 7 — продукты горения.
Распространение пламени можно представить как процесс непрерывного последовательного поджигания все новых и новых участков поверхности материала теплом, выделяющимся в зоне горения.
Скорость распространения пламени по поверхности твердых горючих материалов зависит от многих факторов.
1. Вид материала его физико-химические свойства материала (теплопроводность, теплоемкость, критическая температура терморазложения, тепловой эффект пиролиза и др.).
2. Влажность материала. С увеличением влажности горючего материала скорость распространения пламени снижается, и при достижении влажности 14% горение прекращается.
3. Ориентация образца в пространстве. При отрицательных углах наклона (направление движения пламени сверху вниз) скорость распространения пламени не изменяется или же слабо уменьшается. При увеличении положительного угла наклона (направление движения пламени снизу вверх) свыше 10 — 15° скорость распространения пламени резко возрастает, так как направление скорости распространения пламени совпадает с конвективными потоками и, следовательно, горючий материал прогревается более интенсивно. При этом имеет место эффект дополнительного наклона факела пламени к поверхности горючего вещества.
4. Скорость и направление воздушных потоков (ветра). При увеличении скорости ветра в направлении распространения пламени скорость возрастает линейно. Механизм влияния ветра аналогичен механизму влияния угла наклона образца.
5. Состав атмосферы. С увеличением в атмосфере концентрации кислорода горючие материалы легче зажигаются, пламя распространяется быстрее, процесс горения протекает энергичнее.
6. Температура горючего. Увеличение температуры горючего приводит к увеличению скорости распространения пламени. меньше тепла потребуется для подъема температуры свежего горючего до температуры воспламенения.
7. Геометрические размеры горючего образца. Основное влияние на скорость распространения пламени оказывает толщина образца. Различают термически толстые и термически тонкие образцы. Такое деление основано на сравнении геометрической или физической толщины с термической толщиной. Под этой величиной понимают толщину слоя твердого материала, прогретого перед фронтом пламени выше начальной температуры к моменту распространения пламени на данный участок поверхности. Если физическая толщина превышает термическую, такой образец называют термически толстым, если наоборот — термически тонким. При увеличении толщины в пределах термически тонких образцов снижение скорости распространения пламени происходит за счёт увеличения теплопотерь от поверхности горения, связанных с прогревом материала вглубь. Для термически толстых образцов скорость распространения пламени не зависит от их толщины.
