Зажигание, как условие возникновения горения

Государственное автономное учреждение

среднего профессионального образования

Калининградской области

«Колледж Сервиса и туризма»

 

 

 

 

Курсовая работа

 

На тему:

«Зажигание, как условие возникновения горения»

 

 

 

 

Выполнила студентка 2 курса

Клементьева А.С.

Преподаватель:

Гущина Ю.И.

Калининград 2013

Содержание

Введение

Понятие горения

Особые режимы горения 

Виды горения

Горение твёрдых топлив

Зажигание

Свечи зажигания

Заключение

  Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар - это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.

Для процесса горения необходимо:

1) наличие горючей среды, состоящей ив горючего вещества и окислителя;

2) источника воспламенения.

Чтобы возник процесс горения, горючая среда должна быть нагрета до определенной температуры при помощи источника воспламенения (пламя, искра электрического или механического происхождения, накаленные тела, тепловое проявление химической, электрической или механической энергий).

После возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения. Возникновение и продолжение горения возможно при определенном количественном соотношении горючего вещества и кислорода, а также при определенных температурах и запасе тепловой энергии источника воспламенения. Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая - при содержании в воздухе 14 - 15% кислорода. При меньшем содержании кислорода в воздухе горение большей части веществ прекращается.

Особые режимы горения

Тление -- это особый вид медленного горения, которое поддерживается за счёт тепла, выделяющегося в реакции кислорода и горячего конденсированного вещества непосредственно на поверхности вещества и аккумулируемого в конденсированной фазе. Типичным примером тления является зажжённая сигарета. При тлении зона реакции медленно распространяется по материалу. Газофазное пламя не образуется из-за недостаточной температуры газообразных продуктов или потухает из-за больших теплопотерь из газовой фазы. Тление обычно наблюдается в пористых или волокнистых материалах. Тление может представлять большую опасность во время пожара, так как при неполном сгорании выделяются токсичные для человека вещества.

В смесях неорганических и органических порошков могут протекать автоволновые экзотермические процессы, не сопровождающиеся заметным газовыделением и образующие только конденсированные продукты. На промежуточных стадиях могут образовываться газовые и жидкие фазы, не покидающие, однако, горящую систему. Известны примеры реагирующих порошков, в которых образование таких фаз не доказано (тантал-углерод). Такие режимы называются твердофазным горением, используются также термины безгазовое горение и твердопламенное горение. Горение в пористой среде.

Если исходная горючая смесь проходит через пористую среду, например, керамическую матрицу, то при её горении часть тепла расходуется на подогрев матрицы. Горячая матрица, в свою очередь, подогревает исходную смесь. Тем самым часть тепла продуктов сгорания рекуперируется, что позволяет использовать бедные смеси (с малым коэффициентом избытка топлива), которые без рециркуляции тепла не горят. Технологии пористого горения (в отечественной литературе также -- фильтрационное горение) позволяют уменьшить выбросы вредных веществ и используются в газовых инфракрасных печках, обогревателях и многих других устройствах^.

Нормальное горение.

В зависимости от скорости распространения пламени при кинетическом горении может реализоваться либо нормальное горение (в пределах нескольких м/с), либо взрывное дефлаграционное (десятки м/с), либо детонационное (тысячи м/с). Эти виды горения могут переходить друг в друга. Нормальное горение - это горение, при котором распространение пламени происходит при отсутствии внешних возмущений (турбулентности или изменения давления газов). Оно зависит только от природы горючего вещества, т.е. теплового эффекта, коэффициентов теплопроводности и диффузии. Поэтому является физической константой смеси определенного состава. В этом случае обычно скорость горения составляет 0,33,0 м/с. Нормальным горение названо потому, что вектор скорости его распространения перпендикулярен фронту пламени.

Беспламенное горение

В отличие от обычного горения, когда наблюдается светящаяся зона пламени, возможно создание условий для беспламенного горения. Примером может служить каталитическое окисление органических веществ на поверхности подходящего катализатора, например, окисление этанола на платиновой черни. Однако термин «беспламенное горение» не сводится только к случаю поверхностно-каталитического окисления, а обозначает ситуации, в которых пламя не видимо невооруженным глазом. Поэтому беспламенными также называют режимы горения в радиационных горелках или некоторые режимы экзотермического разложения баллиститных порохов при низком давлении^.

 

 

 Основные явления при горении 
В природе и технике большое значение имеют быстропротекающие экзотермические процессы, сопровождающиеся выделением огромного количества тепла - процессы горения. При возникновении и развитии лесных пожаров, при сжигании каменного угля, дров, нефтепродуктов, при работе двигателей внутреннего сгорания протекают процессы горения. Эти же процессы сопровождают пожары в зданиях и сооружениях. 
 
Имея одинаковую физико-химическую природу, процессы горения внутри топочных устройств и при пожарах различаются масштабами, условиями тепло- и массообмена. 
 
Поэтому, рассматривая закономерности возникновения и развития горения, мы будем учитывать, что описываемые явления относятся прежде всего к пожарам в зданиях и сооружениях. 
 
Основная особенность явлений горения заключается в возможности их самоподдерживания и саморазвития. Реализуясь при высокой температуре, реакции горения сами и создают эту температуру. Под горением мы будем понимать процесс протекания экзотермических химических реакций в условиях прогрессивного самоускорения, обусловленного накоплением в горючей системе тепла или катализирующих продуктов реакции. При этом мы будем разделять тепловые и цепные (автокаталитические) процессы при горении. Во втором случае решающее значение для реализации процессов горения имеют реакции с разветвляющимися цепями. 
 
Особенности явлений горения заключаются в наличии критических условий их возникновения и в способности распространения по горючей смеси. При тепловом горении распространение пламени происходит посредством передачи тепла из зоны реакции в свежую смесь, при цепном -посредством передачи активных веществ.

Окислителями могут быть хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и другие вещества. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха.

Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) - молния, пламя, искры, накалённые предметы, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) - тепло химических реакций, микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п. Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания должен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим веществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддерживается тепловым излучением из его зоны.

Условно источники зажигания можно разделить на 4 вида:

открытый огонь в виде тлеющей сигареты, зажженной спички, конфорки газовой плиты, керосинового фонаря, лампы;

теплоэлектронагревательных приборов;

искры от сварочных аппаратов;

самовозгорание веществ и материалов.

В общем случае условия возникновения горения могут быть разделены на две группы: необходимые и достаточные.                Необходимые условия -- это наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Однако соблюдение этих условий еще не означает, что горение возникнет. Например, в жилой квартире имеется горючее вещество (мебель, одежда ч т. п.), окислитель (кислород воздуха) и источник зажигания (огонь газовой плиты, огонь сигареты и т.п.), однако, как правило, горение не возникает.                     Достаточные условия -- это одновременное совмещение горючего вещества, источника зажигания и окислителя, а также непрерывное поступление окислителя в зону горения и удаление из нее продуктов горения. Роль и значение этих условий зависят от физико-химических характеристик горючих веществ, энергетических характеристик источника зажигания, природы окислителя и других факторов. 
Как правило, процесс возникновения пожара является результатом последовательно связанных между собой действий людей. Почему возникновение пожара обязательно нужно связывать с деятельностью людей? Дело в том, что, с одной стороны, человек в состоянии предотвратить возникновение пожара, а с другой, -- практически все пожары связаны с его деятельностью. Практика свидетельствует, что к пожарам приводят: технические, организационные и иные действия, которые в рамках добросовестного заблуждения не учитывают требований пожарной безопасности, что устанавливается лишь в ходе последующего расследования; 
халатное отношение к выполнению известных и понятных правил пожарной безопасности. 
Создание условий для возникновения пожара в рамках добросовестного заблуждения происходит, как правило, при: 
отсутствии сведений о пожарной опасности технологических процессов, агрегатов, операций, веществ и материалов и т. п.; 
некомпетентности лица, которому поручено выполнение работ, в вопросах пожарной безопасности. 
Халатное отношение к выполнению известных и понятных правил пожарной безопасности, приводящее к созданию условий для возникновения пожара, выражается чаще всего в виде: 
отсутствия или низкого уровня трудовой и производственной дисциплины; 
уклонения под тем или иным предлогом от выполнения требований государственного пожарного надзора; 
низкой требовательности лиц, непосредственно отвечающих за пожарную безопасность объекта. 
Приведенное разделение причин, создающих условия для возникновения пожаров, не претендует на абсолютную точность, но позволяет разграничить добросовестное заблуждение от преднамеренности, техническую неграмотность от недисциплинированности, беспринципность и слабоволие от неосторожности и т. п. 
В чем выражается конкретно деятельность людей, приводящая к созданию условий для возникновения пожара? Ответ на этот вопрос следует искать в приведенном определении пожара, поскольку возникновение неуправляемого горения является последней стадией процесса создания условий для возникновения пожара, в ходе которого происходит совмещение горючего и источника зажигания. Следовательно, ответ на поставленный вопрос может быть один: всякая деятельность, приводящая к накоплению, размещению и применению горючего такого вида, количества и качества, когда случайное занесение источника зажигания ведет к возникновению неуправляемого горения, или использование с нарушением правил эксплуатации технически неисправных или запрещенных источников тепловой энергии обязательно ведет к возникновению загорания (пожара).

Горючее вещество - это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.         

Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему, которая может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёрдые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воздух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Такое горение называется диффузионным. Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. Если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджигания его), то такая горючая система является однородной и процесс её горения зависит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и называется кинетическим.

Горение может быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве. Если кислорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, происходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сернистый газы, пары воды, азот, которые не способны к дальнейшему окислению и горению. Продукты неполного горения - окись углерода, сажа и продукты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается возникновением интенсивного светового излучения - пламенем.

Различат ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Вспышка - это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, которое образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.

Возгорание - это возникновение горения под воздействием источника зажигания.

Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.

Самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. В зависимости от внутренних причин процессы самовозгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. Если образуется тепла больше, чем теплопотери в окружающую среду, то возможно возникновение горения без всякого подвода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций загорается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может воспламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некоторые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некоторыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная кислота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древесной стружки, соломы, хлопка.