Особенности горения твердых веществ. Стадии горения и процессы, протекающие при горении твердых веществ (горение металлов и древесины, пиролиз полимеров)

Горение — сложный физико-химический процесс превращения
компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового
излучения, света и лучистой энергии. Приближенно можно описать природу
горения как бурно идущее окисление.
Дозвуковое горение (дефлаграция) в отличие от взрыва и детонации
протекает с низкими скоростями и не связано с образованием ударной волны. К
дозвуковому горению относят нормальное ламинарное и турбулентное
распространения пламени, к сверхзвуковому — детонацию.
Горение подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового горения
лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим
самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение
встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях.
Условия термического самоускорения могут быть обеспечены для всех
реакций с достаточно большими тепловыми эффектами и энергиями активации.
Горение может начаться самопроизвольно в результате
самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием. При
фиксированных внешних условиях непрерывное горение может протекать
в стационарном режиме, когда основные характеристики процесса — скорость
реакции, мощность тепловыделения, температура и состав продуктов — не
изменяются во времени, либо в периодическом режиме, когда эти
характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной
нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается
высокой чувствительностью к внешним условиям. Это же свойство горения
обусловливает существование нескольких стационарных режимов при одних и
тех же условиях (гистерезисный эффект).
1.Горение твердых веществ
1.1.Особенности горения твердых веществ

4

Особенность горения твердых горючих веществ состоит в том, что при
нагреве они частично разлагаются, образуя парогазовую горючую систему. Эту
часть горючих веществ называют летучей. Для объяснения процессов горения
летучих веществ применимы закономерности, используемые при горении газов
и паров.
Под действием тепла, передаваемого от зоны горения на поверхность
твердых веществ, происходит не только их выгорание, но и распространение
пламени по еще не горящей поверхности. Горение твердых веществ в
простейшем случае не сопровождается разложением вещества с выделением
летучих компонентов (например, горение металлов).
В технике большое значение имеет горение твердого топлива, главным
образом углей, содержащих углерод и некоторое количество органических
веществ, которые при нагревании топлива разлагаются и выделяются в виде
паров и газов. При быстром нагревании частиц топлива (для частиц малого
диаметра) летучие компоненты могут не успеть выделиться и сгорают вместе с
углеродом. При медленном нагревании наблюдается четкая стадийность
начального этапа горения – сначала выход летучих компонентов и их
воспламенение, затем воспламенение и горение твердого, так называемого
коксового остатка, который кроме углерода содержит минеральную часть
топлива – золу.
Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется их
склонностью к возгоранию и самовозгоранию. К возгоранию относятся случаи
возникновения горения при воздействии внешних источников зажигания с
температурой выше температуры самовозгорания. К самовозгоранию относятся
случаи горения, возникающие при температуре окружающей среды.
Химический состав твердых горючих веществ очень разнообразен.
Большинство из них относится к классу органических веществ, состоящих в
основном из углерода, водорода, кислорода и азота. В состав многих

органических веществ входят также хлор, фтор, кремний и другие химические
элементы. Значительно меньшее количество твердых горючих веществ
относится к классу неорганических веществ. Среди них металлы (калий, натрий,
магний, алюминий, титан и др.), металлоиды (сера, фосфор, кремний), а также
их соединения друг с другом.