Temperatura sagorevanja različitih vrsta drveta u peći u Celzijusima. Temperatura sagorevanja drva u peći: kako odabrati drva za ogrjev za efikasno i ekonomično grijanje kod kuće

Opasnost drveta od požara određena je zakonima njegovog termičkog raspadanja pod dejstvom spoljašnjih toplotnih tokova, koje počinje na temperaturi od 110˚S. Dalje zagrijavanje je praćeno uklanjanjem slobodne i vezane vlage iz drveta. Ovaj proces se završava na temperaturi od 180˚S, nakon čega počinje raspadanje najmanje toplotno otpornih komponenti sa oslobađanjem CO 2 i H 2 O. Na temperaturi od ~ 250˚S dolazi do pirolize drveta sa oslobađanjem gasovitih proizvoda: CO, CH 2, H 2, CO 2, H 2 O. Smjesa gasova koja izlazi je zapaljiva i može se zapaliti od izvora paljenja. Na višim temperaturama ubrzava se proces termičke razgradnje drveta. Glavna masa zapaljivih gasova, koja sadrži do 25% vodonika i do 40% zapaljivih ugljovodonika, oslobađa se u temperaturnom opsegu od 350 do 450˚S.

Jedan od važnih faktora koji određuju opasnost od požara drva je njegova sposobnost da se zapali i širi izgaranje kada se zagrije na zraku.

Gorenje drva se javlja u obliku vatrenog sagorijevanja i tinjanja. U uslovima požara, glavna količina toplote se oslobađa tokom perioda sagorevanja plamena (do 60%) i ~40% - tokom perioda tinjanja.

Indikatori opasnosti od požara za neke vrste drveta prikazani su u tabeli 4.

Tabela 4 - Indikatori opasnosti od požara različitih vrsta drveta

Temperaturni pokazatelji opasnosti od požara drveta – temperatura paljenja i samozapaljenja – određuju se zakonima njegovog termičkog razlaganja. Vrijednosti ovih pokazatelja za različite vrste drveta, kao što se može vidjeti iz tabele 2, nalaze se u prilično uskom temperaturnom rasponu.

Suvo drvo svih vrsta je zapaljiv (B3) lako zapaljiv (G4) materijal sa visokim kapacitetom stvaranja dima (D3). Po toksičnosti produkata sagorevanja drvo spada u grupu visoko opasnih materijala (T3). Linearna brzina širenja plamena po površini je 1-10 mm/s. Ova brzina značajno zavisi od niza faktora: vrste drveta, njegovog sadržaja vlage, veličine upadnog toplotnog fluksa i orijentacije goruće površine. Brzina tinjanja također nije konstantna vrijednost - za različite vrste drveta varira između 0,6 - 1,0 mm/min.

U građevinarstvu se široko koriste završni materijali na bazi drveta: iverica, ploča od vlakana, drvene ploče, letvice, šperploča. Svi ovi materijali su zapaljivi. Modificirani paneli, letvice, šperploča. Svi ovi materijali su zapaljivi. Modifikacija drveta polimerima, u pravilu, povećava njegovu opasnost od požara.

U tabeli 5 prikazane su karakteristike zapaljivosti nekih građevinskih materijala na bazi drveta.

Tabela 5 - Zapaljivost drvenih materijala

Širenje plamena po površini drveta

Eksperimentalna istraživanja širenja plamena po površini drvenih materijala različitim metodama ispitivanja pokazala su da na karakteristike širenja plamena utječu ne samo uvjeti vanjskog toplinskog izlaganja, već i vrsta drveta.

Uticaj vrste drveta može se donekle pratiti kada se sagledaju vrednosti takozvanog indeksa širenja plamena (FRI).

IRP prema GOST 12.1.044-89 je složen indikator, jer u svom proračunu, osim brzine širenja plamena u određenim područjima površine uzorka i maksimalne udaljenosti širenja, koristi i podatke o maksimalnoj temperaturi dimnjaka. gasova i vremena da se dođe do njega. Materijali sa FRI≤20 nazivaju se plamenom koji se sporo širi, a sa FRI˃20 plamenom koji se brzo širi. Sve vrste drveta spadaju u poslednju grupu materijala. Njihov indeks je preko 55.

U tabeli 4 prikazane su IRP vrijednosti neobrađenih uzoraka drveta debljine 19-25 mm.

Iako većina vrsta drveta spada u 3. najopasniju klasu po sposobnosti širenja plamena po površini stropnih konstrukcija u slučaju požara, neki uzorci četinara, kao što slijedi iz tabele 6, imaju niže RFI vrijednosti i spadaju u klasa 2.

Tabela 6 - RFI vrijednost i klasa širenja požara

Povećanje toplotnog toka na površinu drveta uzrokuje značajno povećanje brzine širenja plamena. Prekid procesa je moguć ako toplinski tok iz vlastitog plamena postane manje kritičan za ovaj materijal.

Ispitivanja završnih građevinskih materijala na bazi drveta u uvjetima koji simuliraju razvoj stvarnog požara pokazala su prilično visoke stope širenja plamena preko njih (tablica 7).

Tabela 7 – Brzina širenja plamena preko obloga na bazi drveta

Sposobnost stvaranja dima i toksičnost proizvoda sagorijevanja drveta

Emisija dima iz toksičnih gasova je dominantna opasnost od požara. Očituje se u toksičnom i iritirajućem djelovanju produkata sagorijevanja, kao iu pogoršanju vidljivosti u zadimljenom okruženju. Pogoršanje vidljivosti otežava evakuaciju ljudi iz opasne zone, što zauzvrat povećava rizik od trovanja produktima sagorijevanja. Situaciju u slučaju požara dodatno komplikuje činjenica da se dimni gasovi brzo šire u prostoru i prodiru u prostorije udaljene od izvora požara. Koncentracija emitovanog dima i njegova priroda zavise od strukturnih karakteristika i hemijskog sastava zapaljivog materijala, uslova sagorevanja.

Više od 200 jedinjenja, produkata nepotpunog sagorevanja, pronađeno je u dimnim gasovima koji nastaju pri sagorevanju drveta. Maksimalna vrijednost optičke gustoće pri sagorijevanju svake vrste drva na složen način ovisi o gustini vanjskog toplotnog toka. Koeficijent stvaranja dima prilikom raspadanja i tinjajućeg sagorijevanja drva različitih vrsta ovisi o gustoći vanjskog toplinskog toka (slika 14.).

1 - smreka; 2 - moskovski bor 3 - bor thongkaribe; 4 - Ilimski brijest; 5 - bagrem keolai; 6 - kesten; 7 - bagrem; 8- bačdan od eukaliptusa.

Slika 14 - Karakteristike stvaranja dima.

Sličan ekstremni karakter krivulje za ovisnost indeksa toksičnosti produkata izgaranja drva o gustoći vanjskog toplinskog toka (slika 15.). U režimu tinjajućeg sagorevanja drveta smreke, izlaz CO je 70-240 puta veći od izlaza CO tokom sagorevanja plamena.

U režimu tinjanja u temperaturnom opsegu od 450-550 ˚S, sve vrste drveta se manifestuju kao veoma opasne po toksičnosti produkata sagorevanja i pripadaju grupi T3. Sa povećanjem intenziteta toplotnog izlaganja na 60-65 kW / m 2 (što odgovara temperaturi od 700-750 ˚S), prema toksičnosti produkata sagorevanja, drvo različitih vrsta prelazi u grupu umereno opasnih. materijali T2.

1- lipa; 2 - breza; 3 - Ilimski brijest 4 - hrast; 5 - aspen; 6 - bor; 7 - smreka.

Slika 15 – Toksičnost produkata sagorevanja od temperature toplotnog izlaganja.

Prilikom sagorijevanja drva dolazi do prilično intenzivnog stvaranja dima. Najveća količina dima se emituje prilikom sagorevanja drvnog materijala u režimu tinjanja (tabela 8).

Tabela 8 - Mogućnost stvaranja dima drvenih materijala tokom ispitivanja u režimu tinjanja

4 Mjere zaštite od požara u izgradnji drvenih objekata

Proces sagorijevanja drva je izotermni proces koji je praćen oslobađanjem topline. Da bi se drvo zapalilo, prvo se mora zagrijati do temperature paljenja.

Grijanje na drva

Zagrijavanje je zagrijavanje komada drveta iz vanjskog izvora topline do temperature paljenja. Izvor topline može biti podignuta šibica, obližnji zapaljeni komad cjepanice ili sječke ili nešto drugo što može zagrijati i zagrijati do potrebne temperature. Kada temperatura grijanog prostora dostigne 120-150°C, počinje vrlo sporo i postupno ugljenisanje drva sa stvaranjem samozapaljivog uglja. Kada temperatura dostigne 250-350°C, počinje aktivna termička razgradnja drveta na komponente. Na površini drveta pojavljuje se vidljivi ugljenični sloj, koji počinje da tinja (gori bez plamena). Istovremeno, bijeli (smeđi) dim počinje da se izdvaja iz ugljenisanog sloja. Još ne postoji pravi proces sagorevanja. Ako prestanete sa grijanjem, neće doći do paljenja. Prisustvo dima samo ukazuje da se površina drveta već dovoljno zagrijala i da je počelo njegovo termičko razlaganje u plinovite komponente. Bijeli dim nije ništa drugo do produkti termičke razgradnje drveta, aromatizirani pristojnim dijelom vodene pare.

Bljesak piroliznih plinova

Daljnjim zagrijavanjem i povećanjem temperature povećava se termička razgradnja drveta na plinovite komponente. Proces termičke dekompozicije (pirolize) ide duboko u drvnu pulpu. Koncentracija plinova pirolize u zoni grijanja dostići će kritični nivo i oni će se zapaliti (bljesnuti). Bljesak će se odvijati na ivici bijelog dima i proširit će se cijelom zapreminom. Pojavit će se svijetložuti plamen. Temperatura zone grijanja može se dramatično povećati zbog topline izgaranja plinova pirolize.
Tačka paljenja zapaljivih plinova pirolize je u rasponu od 250-300°C. To je temperatura na kojoj proces paljenja i sagorijevanja samog drva postaje teoretski moguć.

Paljenje drva

Ako nastavite zagrijavati drvo, ono će se zapaliti. Ovo je početna faza sagorevanja, tokom koje energija koja se dovodi u sistem iz spoljašnjeg izvora dovodi do oštrog ubrzanja termohemijske reakcije. Praksa pokazuje da se u prirodnim uslovima paljenje drveta primećuje na temperaturama od 450 do 620°C.

Zapaljivost drveta povezana je sa njegovom zapreminskom težinom, vlažnošću, snagom vanjskog izvora grijanja, oblikom poprečnog presjeka drvenog elementa, brzinom strujanja zraka (potiskom), položajem elementa u toplotnom toku (horizontalno, vertikalno), itd. Odlučujuća za proces sagorevanja je gustina materijala. Lagano, porozno drvo johe ili topole brže se pali od gustog drveta (hrast, itd.). Mokro drvo je teže zapaliti, jer je prije paljenja potrebno potrošiti dodatnu količinu topline za isparavanje vode. Faktor usporavanja je i povećana toplotna provodljivost mokrog drveta; njegov zapaljeni površinski sloj je prilično ohlađen. Okrugli i masivni elementi gore gore od onih pravokutnog profila i malog poprečnog presjeka, oštrih rebara i relativno razvijene bočne površine. Nebrušena površina elemenata, poput rastresitog drveta, pali se brže od glatke.

Temeljno važan i neophodan uvjet za paljenje i sagorijevanje bilo koje tvari je dovoljna opskrba kisikom i koncentracija topline izgaranja, koja se ne raspršuje, već ide na zagrijavanje novih susjednih dijelova goriva do temperature paljenja.

gori drva

Ako je gore navedeni uslov ispunjen, tada plamen koji je nastao tokom bljeska više ne ugasi, već pokriva cijeli ugljenisani dio drveta. To znači da se drvo zapalilo, a proces paljenja se pretvorio u proces sagorijevanja. Balvan (iver), ako se izvadi iz ognjišta, sam će izgorjeti u zraku.

Zauzvrat, sagorijevanje drveta se sastoji od dvije faze - faze vatre i faze tinjanja.

U režimu tinjanja, dominantan proces je sagorevanje čvrstih produkata pirolize (ugljeva). U isto vrijeme, plinovi pirolize se sporo oslobađaju i ne mogu se zapaliti zbog niske koncentracije. Gasoviti proizvodi se hlade, kondenzuju i ispuštaju obilan bijeli dim. Kada gori u režimu tinjanja, zrak se kreće u debljinu drva koje gori

U režimu sagorevanja plamenom, vodeći proces je sagorevanje gasovitih produkata pirolize, koje karakteriše kretanje vrućih gasova prema van.

Obe faze sagorevanja su neraskidivo povezane i trajaće sve dok se u zoni sagorevanja ne ispune tri uslova: prisustvo goriva, prisustvo kiseonika i koncentracija potrebne temperature.

U principu, sagorijevanje TGM-a je slično sagorijevanju plinova i tekućina i predstavlja homogeni, difuzijski proces transformacije zapaljivih tvari u produkte izgaranja uz oslobađanje topline i svjetlosti. Sagorijevanje se zasniva na redoks reakciji.

U sagorevanju tečnosti i TGM-a postoji dodatna sličnost: potreba pripreme supstance za sagorevanje (isparavanje, topljenje, razlaganje) i oslobađanje zapaljivih para; do paljenja dolazi kada se postigne koncentracija zapaljivih para i gasova NKPRP-a.

Razmotrimo na primjeru pojavu TGM sagorijevanja drvo, koji je jedan od najrasprostranjenijih čvrstih zapaljivih građevinskih materijala. Mogu se razlikovati sljedeće faze paljenja i sagorijevanja drva:

1) zagrevanje vlažne materije (temperatura drveta - do 50 0 C);

2) sušenje drveta (uklanjanje fizički vezane vode) - temperatura do 120-150 0 C. Prve dve faze su najduže i traju oko 55% od ukupnog trajanja paljenja. Mora se dodati da u ovim fazama uništavanje supstance još ne dolazi;

3) uklanjanje intrakapilarne i hemijski vezane vode - temperatura 150-180 0 C. U istoj fazi dolazi do raspadanja najmanje stabilnih komponenti drveta (lumininske kiseline). Emituju se uglavnom negorivi gasovi i pare - CO 2 i H 2 O, ali postoji relativno mala količina zapaljivih gasova i para, kao što je ugljen monoksid CO.

Da bismo potkrijepili njegov izgled, podsjećamo da se razlikuju dva stupnja sagorijevanja ugljika. U prvoj fazi, ugljik se oksidira u ugljični monoksid: C + 0,5O 2 = CO. Stoga se u produktima sagorijevanja uvijek nalazi otrovan i zapaljiv plin - CO (ugljični monoksid). Zbog činjenice da proizvodi raspadanja sadrže određenu količinu zapaljivih gasova i para, u ovoj fazi postoji mogućnost spontanog sagorevanja drveta.

4) Grejanje suho materijal i termička razgradnja (piroliza) drveta:

početak pirolize (temperatura 180-250 0 C). Drvo se na ovoj temperaturi uglavnom pretvara u ugalj (60-70%). Generalno, ispušta se malo para i gasova, većina njih je negoriva - ugljen dioksid CO 2, vodena para H 2 O, kao i mala količina ugljen monoksida CO, metana CH 4 itd. povećava se količina zapaljivih gasova i para. Do kraja ove faze, HPVA je spremna za paljenje iz izvora paljenja. Dakle, temperatura paljenja borovog drveta je 255 0 C, hrasta - 238 0 C. Imajte na umu da se s mljevenjem tvari smanjuje temperatura paljenja (na primjer, temperatura paljenja borove piljevine je 196 0 C) u odsustvu IZ, neće doći do paljenja pare, a tek daljim zagrevanjem, na višim temperaturama (370-400 0 C), doći će do njihovog samozapaljenja;

· intenzivno raspadanje drveta (temperatura 280-400 0 C). U ovoj fazi, celuloza se uglavnom pretvara u gasovite zapaljive proizvode i oslobađa se glavna količina zapaljivih gasova - oko 40% njihove ukupne količine. Pored navedenih gasova oslobađaju se vodonik H 2 i etilen C 2 H 4 . Pored njih mogu se uočiti i parovi alkohola, aldehida, etara, ketona itd. Generalno, postoji više od 350 vrsta proizvoda termičkog razlaganja i sagorevanja drveta.

Ističemo činjenicu da su prilikom raspadanja drva moguća dva načina: a) na temperaturama od 180-250 0 C prelazi uglavnom u ugalj; b) na temperaturama od 280-400 0 C oslobađaju se pretežno isparljivi proizvodi. Ovo je od velike važnosti u zaštiti drveta od požara. Poznavanje faktora koji utiču na brzinu sagorevanja omogućava vam da je kontrolišete.

5) Prestanak oslobađanja isparljivih jedinjenja i početak sagorevanja ugljičnog ostatka – drvenog uglja (temperatura 500-600 0 C). Ostatak ugljika nastaje u prethodnim fazama, ali njegovo sagorijevanje otežava činjenica da do njega ne prodire kisik iz atmosfere, jer izgara u zoni plamenih reakcija. Na temperaturama iznad 500 0 C oslobađanje "hlapljivih tvari" praktički prestaje i kisik dobiva pristup površini ugljičnog ostatka (uglja). Od ovog trenutka, istovremeno heterogeno sagorevanje (tinjanje) uglja i homogeno sagorevanje produkata raspadanja nastavljaju da izbijaju kroz pukotine iz donjih slojeva drveta. Debljina uglja varira unutar 2,5 cm.Kada se svi slojevi drveta pretvore u ugalj, oslobađanje gasovitih produkata raspadanja prestaje, a nastavlja se samo sagorijevanje uglja.

Termička razgradnja uglja, treseta i niza drugih materijala odvija se slično kao i drvo. Međutim, svaki slučaj ima svoje karakteristike. Dakle, u tresetu je ukupna količina isparljivih tvari manja i njihovo oslobađanje počinje na nižim temperaturama nego u drvu (vidi sliku 5.6). Ugalj se sastoji od komponenti otpornijih na toplinu nego drvo, pa se njegovo raspadanje odvija na višim temperaturama i manje intenzivno.

Rice. 5.6. Zavisnost relativnog prinosa isparljivih proizvoda pirolize čvrstih materija od temperature 1 – drvo; 2 - treset; 3 - ugalj

Poznato je da drvo kao građevinski materijal ima brojne prednosti. Međutim, on je zapaljiv i zapaljiv. Za smanjenje zapaljivosti drveta koriste se brojne metode (sredstva) zaštite od požara.

Drvo je najčešći zapaljivi materijal u uslovima požara. Po strukturi je porozan materijal sa mnogo ćelija ispunjenih vazduhom. Ćelijski zidovi se sastoje od celuloze i lignita. Zapremina šupljina u drvu je veća od zapremine čvrstih materija, što se vidi iz podataka datih u tabeli. 7.6.

Tabela 7.6

Zapremina čvrste materije i šupljina drveta

Priroda strukture drveta određuje njegovu vrlo nisku toplotnu provodljivost i povezanu brzu zapaljivost i sporo zagrijavanje unutrašnjih slojeva. Kada drvo dođe u kontakt sa izvorom paljenja, kao što je plamen, njegov tanak površinski sloj se brzo zagreva, vlaga isparava i zatim se raspada. Proizvodi raspadanja drva dobiveni na temperaturama ispod 250 0 C sadrže uglavnom vodenu paru, ugljični dioksid CO 2 i neke zapaljive plinove, stoga nisu sposobni za gorenje.

Kao i kod tečnosti, najniža temperatura drveta pri kojoj se proizvodi raspadanja mogu zapaliti od izvora paljenja naziva se tačka paljenja drvo.

Temperatura paljenja drveta zavisi od stepena njegovog mlevenja. Tako je temperatura paljenja borovog drveta 255 0 C, a borove piljevine 230 0 C.

Nakon paljenja, temperatura gornjeg sloja drveta raste zbog toplote koju zrači plamen i dostiže 290 - 300 0 C. Na ovoj temperaturi izlaz gasovitih proizvoda je maksimalan (vidi sliku 7.1) i visina plamena je na najvišem nivou.

veliki. Kao rezultat raspadanja, gornji sloj drveta se pretvara u drveni ugalj, koji u ovim uvjetima ne može izgorjeti, jer kisik koji dolazi iz zraka reagira u zoni sagorijevanja plamena. Temperatura uglja na površini do tog vremena dostiže 500 - 700 0 C. Kako gornji sloj drveta sagorijeva i pretvara se u ugalj, donji sloj drveta se zagrijava do 300 0 C i raspada. Dakle, vatreno sagorijevanje drva kada se na njegovoj površini formira mali sloj uglja još ne prestaje, ali brzina oslobađanja produkata raspadanja počinje opadati. Daljnji rast sloja uglja i smanjenje prinosa produkata raspadanja dovode do toga da plamen ostaje samo na pukotinama ugljena, a kisik može doći do površine uglja. Od ovog trenutka počinje sagorijevanje uglja, a istovremeno se nastavlja sagorijevanje produkata raspadanja. Debljina sloja uglja, koja do tog trenutka dostiže 2-2,5 cm, ostaje konstantna, jer se javlja ravnoteža između linearne brzine sagorijevanja uglja i brzine zagrijavanja i raspadanja drva. Istovremeno sagorijevanje uglja i produkata raspadanja drva nastavlja se sve dok se svo drvo ne pretvori u ugalj. Nakon toga prestaje oslobađanje plinovitih produkata raspadanja drva, a nastavlja se samo sagorijevanje uglja.

Dakle, proces sagorevanja drveta se sastoji od dve faze: sagorevanja plamena i sagorevanja uglja. Između njih postoji prelazna faza, koju karakteriše istovremeni tok dve faze.

U uslovima požara, prva faza igra glavnu ulogu, jer je praćena oslobađanjem velike količine produkata sagorevanja zagrejanih na visoku temperaturu i intenzivnog zračenja (plamena). Sve to doprinosi brzom širenju izgaranja i povećanju površine požara. Stoga se pri gašenju požara, prije svega, nastoje eliminirati centri u kojima se javlja prva faza sagorijevanja.

Drvo je i danas jedan od najpopularnijih građevinskih materijala. Ali s lakoćom obrade, čvrstoćom, relativno malom masom materijala, odličnom otpornošću na vlagu, toplinskom zaštitom i ekološkim svojstvima, drvo, kao materijal organskog porijekla, treba dodatnu zaštitu od požara i biološkog okruženja, koje pruža vatra. -retardantni materijali. Danas se zaštita drveta pruža brojnim sredstvima koja omogućavaju ne samo produženje vijeka trajanja drvenih konstrukcija, očuvanje njihovog izgleda, već i značajno povećanje sigurnosti njihove upotrebe.

Svojstva drveta u pogledu izloženosti vatri.

Drvo u vazdušno suvom stanju je zapaljiv materijal – pali i širi vatru. Međutim, zbog činjenice da se prilikom sagorijevanja na površini drveta formira ugalj, koji gori sporije i sa toplotnom provodljivošću 4 puta manjom od one samog drveta, stopa gubitka radnog dijela drvene konstrukcije (DC) ne prelazi 0,8 mm u minuti. Stoga, DC otporan na kolaps tijekom požara duže vrijeme od čelika, koji možda neće izdržati opterećenja zbog smanjenja čvrstoće kada se zagrijava. Uz to, otpornost na vatru čeličnih konstrukcija također se smanjuje zbog činjenice da se pri zagrijavanju jako izdužuju. Dakle, ako se čelična greda dužine 15 m zagrije na 500°C, ona se produžuje za 90 mm, što dovodi do pojave razornih naprezanja u građevinskim konstrukcijama. Kada se zagrije, drvo se deformiše 3-4 puta manje.

Paljenje drva iz otvorene vatre može se dogoditi na temperaturi od oko 210 °C i praćeno je povećanjem temperature.

U nedostatku otvorenog izvora toplote (plamen, varnice) može doći do paljenja kada se drvo brzo zagreje (1-2 minuta) na temperaturu iznad 330°C. Uz produženo izlaganje toplini, temperatura paljenja drva opada na 150-170°C. Ovu okolnost treba uzeti u obzir pri postavljanju drvenih konstrukcija u blizini objekata za grijanje (grijalice, dimnjaci). U tim slučajevima potrebno je osigurati takve uvjete za kontakt drveta s njima da njegova stalna temperatura ne prelazi 150 °C.

Glavni uvjet za nastavak i razvoj samostalnog sagorijevanja upaljenog drvenog proizvoda je višak količine topline akumulirane u njegovim površinskim slojevima nad količinom topline koja se odaje u svemir. Drugim riječima, za održavanje i širenje sagorijevanja potrebno je da se temperatura susjednih dijelova konstrukcija održava iznad tačke paljenja drva.