Proces palenia

Proces palenia – jest to reakcja łączenia się substancji palnej z t1enem (utleniaczem), której towarzyszy wydzielanie się ciepła i światła.

1.Rodzaje palenia

1.1 Spalanie homogeniczne – proces palenia zachodzi nad powierzchnią substancji palnej w postaci płomienia, tak pali się większość substancji palnych zdolnych po ogrzaniu do wydzielania lotnych produktów palnych np.: drewno, produkty ropy naftowej, celuloid, kauczuk, parafina, wosk itp.

1.2 Spalanie heterogeniczne – proces palenia zachodzi na granicy rozdziału faz tj. na powierzchni palnego ciała stałego w postaci żaru, np. węgiel drzewny, koks, antracyt, sadza i inne ciała stałe niezdolne/aby podczas ogrzewania wydzielić lotne produkty palenia.

1.3 Spalanie kinetyczne(wybuchowe) – spalanie wybuchowe może wystąpić, kiedy stężenie palnych gazów lub par cieczy z powietrzem mieści się w granicach wybuchowości. Spalanie wybuchowe może nastąpić także w mieszaninie pyłów z powietrzem.

a)     dolna granica wybuchowości – jest to najniższe stężenie składnika palnego w mieszaninie z powietrzem (lub innym środkiem utleniającym) poniżej którego mieszanina przestaje być wybuchowa tzn. nie ulega gwałtownemu spalaniu pod wpływem czynnika inicjującego jej zapłon (iskra/płomień)

b)    górna granica wybuchowości – jest to najwyższe stężenie składnika palnego w mieszaninie z powietrzem (lub z innym środkiem utleniającym)powyżej którego mieszanina przestaje być wybuchowa tzn. nie ulega gwałtownemu spalaniu pod wpływem czynnika inicjującego (iskra/płomień)

2  Temperatury, które charakteryzują proces palenia

2.1 Temperatura zapłonu – jest to najniższa temperatura cieczy/w której pary tej cieczy z powietrzem tworzą mieszaninę zdolną zapalić się na krótką chwilę od płomyka przesuniętego tuż nad powierzchnią cieczy.

2.2 Temperatura zapalenia – najniższa temperatura, do której należy ogrzać substancję palną aby zapaliła się ona bez udziału otwartego źródła ognia.

2.3 Temperatura samozapalenia – jest to najniższa temperatura samo nagrzania materiału na skutek zjawiska chemicznego, procesu biologicznego lub reakcji chemicznej, przy której nastąpi samozapalenie się danego materiału.

2.4 Temperatura tlenia – jest to najniższa temperatura gorącej, poziomej powierzchni, na której pył osiadły swobodnie w warstwie grubości 5 mm ulega zapaleniu w określonym czasie.

3. Czynniki niezbędne do zaistnienia procesu palenia

3.1 Materiał palny – jest to materiał, którego próbki poddane badaniom w określonych warunkach w ciągu ustalonego czasu zapalają się, powodując wydzielanie palnych gazów mogących zapalić się za pomocą płomienia umieszczonego nad powierzchnią próbki oraz powodują wydzielanie ciepła w takich ilościach/by podnieść temperaturę do określonej wartości.

Ze względu na temperaturę zapalenia materiały palne dzielą się na:

a)     nie zapalne – których próbki poddane działaniu płomienia lub promieniowania cieplnego nie zapalają się próbki poddane

b)    trudno zapalne – których próbki poddane działaniu płomienia lub promieniowania cieplnego palą się w obszarze działania źródła ciepła, a po jego usunięciu gasną

c)     łatwo zapalne – których próbki poddane działaniu płomienia lub promieniowania cieplnego zapalają się płomieniem i po odjęciu źródła ciepła palą się dalej.

Ze względu na stan skupienia materiały palne dzielą się na:

a)     ciała stałe

b)    ciecze

– palne – ciecze, których temperatura zapłonu wynosi powyżej 1OO °C

– łatwo zapalne – dzielą się na 3 klasy niebezpieczeństwa pożarowego:

1 – obejmuje ciecze łatwo zapalne o temperaturze zapłonu do 21°C

2 – obejmuje ciecze łatwo zapalne o temperaturze zapłonu od 21-55°C

3 – obejmuje ciecze łatwo zapalne o temperaturze zapłonu od 55-1OO°C

c)     gazy palne

3.2 Utleniacz – substancja podtrzymująca proces palenia. Najczęściej jest to tlen zawarty w powietrzu. Mogą to być również związki zawierające grupy bogate w tlen np. :azotanowe, azotynowe, nitrowe, chloranowe i inne, a także chlorowce (fluor, chlor, brom) i siarka. Aby mógł zaistnieć proces palenia minimalne stężenie tlenu w otoczeniu nie może być niższe niż i 16%.

3.3 Ciepło (bodziec energetyczny) – jest to jedna z postaci energii zawartej w materiale. Jest to ilość energii wewnętrznej szczególnie łatwa do wymiany w danych warunkach, która przechodzi miedzy układem a otoczeniem.

Ciepło rozchodzi się i wymieniane jest z otoczeniem za pomocą:

a) przewodzenia (kondukcji) – jest to wymiana energii przy bezpośredniej styczności dwu ciał o różnych temperaturach. Za pomocą kondukcji wymieniane jest ok.10-20% ciepła.

b) unoszenia (konwekcji) – jest to przemieszczanie się masy cieczy lub gazów w wyniku ogrzania tych ciał i spowodowania zmian w gęstości oraz ciężarze. Tym sposobem wymieniane jest ok.60% ciepła.

c) promieniowania cieplnego (radiacji) – jest to przenoszenie się energii cieplnej w postaci fal elektromagnetycznych, rozchodzących się prostoliniowo we wszystkich kierunkach. Tym sposobem wymieniane jest ok.20-30% ciepła.

4. Zjawiska towarzyszące procesowi palenia

4.1 Płomień – stanowią go palące się gazy wydzielające się pod wpływem ciepła z materiału palnego

a) płomień świecący -powstaje przy spalaniu substancji bogatych w węgiel np.: drewno, węgiel, papier, produkty ropopochodne

b) płomień nie świecący – powstaje przy spalaniu wodoru, siarki, tlenku węgla, alkoholu metylowego i innych substancji ubogich w węgiel lub nie zawierających węgla. Płomień ten jest blady, siny w świetle dziennym.

4.2.Dym – jest to mieszanina drobnych, nie spalonych cząstek materiału palnego z powietrzem. W mieszaninie tej występują cząsteczki w postaci sadzy, popiołu, drobinek palącego się materiału oraz par i gazów.

4.3 Lotne produkty spalania

a)     dwutlenek węgla

b)    tlenek węgla

c)     metan

d)    wodór

e)     siarkowodór

f)      dwutlenek siarki

g)     akroleina

h)     cyjanowodór

4.4 Stałe produkty spalania

a)     sadza – są to cząsteczki nie spalonego węgla

b)    popiół – są to niepalne mineralne zanieczyszczenia. W węglu stanowią one ok.1-2% masy

c)     żużel – są to stopione zanieczyszczenia mineralne wchodzące w skład popiołu

5. Sposoby przerywania procesu palenia

5.1 Usunięcie materiału palnego

5.2 Odcięcie dopływu tlenu

5.3 Rozcieńczenie substancji palnej

5.4 Odbieranie ciepła

5.5 Przerywanie reakcji łańcuchowej

6. Parametry charakteryzujące prędkość palenia

6.1 Masowa szybkość spalania – odnosi się do stałych materiałów i określa szybkość z jaką ów materiał spala się na określonej jednostce powierzchni w jednostce czasu. Wyrażona jest w kg/m2/min

6.2 Liniowa szybkość spalania – odnosi się do cieczy spalającej się w zbiorniku i określa o ile obniży się poziom cieczy w zbiorniku w określonym czasie. Wyrażona jest w mm/min.