연소 과정은 다양한 조건에 따라 달라지며 그 중 가장 중요한 것은 다음과 같습니다.
· 가연성 혼합물의 조성;
· 연소 구역의 압력;
· 반응 온도;
· 기하학적 치수시스템;
· 연료와 산화제의 응집상태 등
에 따라 집합 상태연료 및 산화제의 경우 다음과 같은 연소 유형이 구별됩니다.
· 동종의;
· 이질적;
· 폭발물의 연소.
균질 연소는 가스 또는 증기 가연성 시스템에서 발생합니다(그림 1.1)(연료와 산화제는 서로 고르게 혼합됩니다).
연소 구역의 산소 분압은 (동일하게) 0에 가깝기 때문에 산소는 연소 구역으로 매우 자유롭게 침투하므로(실질적으로 연소 구역에 있음) 연소 속도는 주로 유량에 의해 결정됩니다. 화학 반응, 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 이러한 연소(또는 그러한 시스템의 연소)를 운동이라고 합니다.
그림 1.1. 증기 또는 가스의 연소 과정 계획
일반적인 경우 총 연소 시간은 공식에 의해 결정됩니다
t р = t Ф + t Х,
여기서 t Ф는 공정의 물리적 단계(층을 통해 소스로 O 2 의 확산)의 시간입니다. t X – 화학 단계(반응)의 시간.
균질 시스템(증기, 가스와 공기의 혼합물)을 연소할 때 공정의 물리적 단계 시간은 화학 반응 속도보다 불균형적으로 작으므로 t P » t X - 속도는 화학 반응 속도에 의해 결정됩니다. 반응과 연소를 말한다. 운동.
화학적으로 불균일한 시스템을 연소할 때 연소 생성물(확산)을 통해 가연성 물질에 O 2가 침투하는 시간은 화학 반응 시간보다 불균형적으로 길어서 공정의 전체 속도를 결정합니다. t P » t F. 이러한 연소를 확산.
확산 연소(그림 1.2)의 예는 석탄, 코크스의 연소입니다(연소 생성물은 산소가 연소 영역으로 확산되는 것을 방지합니다).
그림 1.2. 고체 물질의 연소 영역으로의 산소 확산 방식
(이종 연소)
공기 C1의 산소 농도는 연소 영역 C0 근처의 농도보다 훨씬 높습니다. 연소 영역에 충분한 양의 O 2가 없으면 화학 반응이 억제됩니다(확산 속도에 따라 결정됩니다).
화학 반응 기간과 공정의 물리적 단계가 비슷하다면 중간 영역에서 연소가 발생합니다(연소 속도는 물리적 및 화학적 요인 모두의 영향을 받습니다).
낮은 온도에서 반응 속도는 온도에 따라 약간 달라집니다(곡선은 천천히 위쪽으로 올라갑니다). ~에 고온아, 반응 속도가 크게 증가합니다(즉, 운동 영역의 반응 속도는 주로 반응물의 온도에 따라 달라집니다).
확산 영역의 산화(연소) 반응 속도는 확산 속도에 의해 결정되며 온도에 거의 의존하지 않습니다. 점 A는 동역학 영역에서 확산 영역으로의 전환입니다(그림 1.3).
응집 상태에 관계없이 모든 물질 및 물질의 연소 과정은 일반적으로 기체상에서 발생합니다(액체가 증발하고 고체 가연성 물질이 휘발성 생성물을 방출함). 그러나 고체의 연소는 다단계 특성을 가지고 있습니다. 열의 영향으로 - 고체상 가열 - 기체 생성물의 분해 및 방출(파괴, 휘발성 물질) - 연소 - 열이 고체 표면을 가열 - 가연성 가스의 새로운 부분(파괴 생성물) 유입 - 연소.
쌀. 1.3. 속도 V 운동의 의존성(1)
온도에 따른 확산(2). 포인트 A - 전환
운동 영역에서 확산 영역으로
많은 고체 가연성 물질(목재, 면, 짚, 폴리머)에는 산소가 포함되어 있습니다. 따라서 연소에는 공기 중 산소가 덜 필요합니다. 그리고 연소는 폭발물(BB)는 실질적으로 외부 산화제가 전혀 필요하지 않습니다.
따라서 폭발물의 연소는 분해의 발열 반응 영역의 자체 전파 또는 층에서 층으로 열을 전달하여 구성 요소의 상호 작용입니다.
모든 가연성(가연성) 물질에는 주성분인 탄소와 수소가 포함되어 있습니다. 가스-공기 혼합물, 연소 반응에 참여합니다. 가연성 물질 및 재료의 발화 온도는 다양하며 대부분 300°C를 초과하지 않습니다.
연소의 물리화학적 기초는 물질 또는 재료가 탄화수소 증기 및 가스로 열분해되어 고온의 영향을 받아 산화제(공기 중 산소)와 화학 반응을 일으키고 이산화탄소(이산화탄소), 일산화탄소(일산화탄소), 그을음(탄소) 및 물을 함유하며 열과 빛을 생성합니다.
점화는 가스-증기-공기 혼합물을 통한 화염 전파 과정입니다. 물질 표면에서 나오는 가연성 증기 및 가스의 흐름 속도가 이를 따라 화염 전파 속도와 같을 때 안정적인 화염 연소가 관찰됩니다. 화염 속도가 증기 및 가스의 유속보다 크면 가스-증기-공기 혼합물이 연소되고 화염이 자체 소멸됩니다. 플래시.
가스 흐름 속도와 이를 통과하는 화염 전파 속도에 따라 다음을 관찰할 수 있습니다.
물질 표면에서 가연성 혼합물이 방출되는 속도가 물질을 따라 화재가 전파되는 속도와 같을 때 물질 표면에서의 연소;
가연성 혼합물의 방출 속도가 화염 전파 속도보다 클 때 물질 표면에서 분리되어 연소됩니다.
가스-증기-공기 혼합물의 연소는 확산 연소와 동역학 연소로 구분됩니다.
운동 연소는 미리 혼합된 가연성 가스와 산화제(공기 산소)의 연소입니다. 이러한 유형의 연소는 화재에서 극히 드뭅니다. 그러나 종종 다음과 같은 곳에서 발견됩니다. 기술 프로세스: V 가스 용접, 절단 등
확산 연소 중에 산화제는 외부에서 연소 영역으로 들어갑니다. 일반적으로 바닥에 생성되는 진공으로 인해 불꽃 아래에서 발생합니다. 화염의 상부에서는 연소 과정에서 방출되는 열이 압력을 생성합니다. 주요 연소 반응(산화)은 화염 경계에서 발생합니다. 물질 표면에서 흐르는 가스 혼합물이 산화제가 화염 속으로 깊숙이 침투하는 것을 방지하기 때문입니다(공기를 대체함). 산소와 산화 반응을 일으키지 않은 화염 중앙의 가연성 혼합물의 대부분은 불완전 연소의 산물(CO, CH4, 탄소 등)입니다.
확산 연소는 층류(평온) 및 난류(시간과 공간이 고르지 않음)일 수 있습니다. 층류 연소는 물질 표면에서 가연성 혼합물이 흐르는 속도가 물질을 따라 화염이 전파되는 속도와 같을 때 특징이 됩니다. 배기 속도가 빨라지면 난류 연소가 발생합니다.
가연성 혼합물은 화염 확산 속도를 크게 초과합니다. 이 경우, 연소 영역으로의 공기 확산으로 인해 화염 경계가 불안정해집니다. 불안정성은 처음에는 불꽃의 꼭대기에서 발생하고 그 다음에는 불꽃의 밑부분으로 이동합니다. 이러한 연소는 부피 증가와 함께 화재에서 발생합니다(아래 참조).
물질과 물질의 연소는 공기 중에 일정량의 산소가 있어야만 가능합니다. 연소 가능성이 배제된 산소 함량 다양한 물질그리고 재료는 실험적으로 확립되었습니다. 따라서 판지와 면의 경우 자체 소화는 14%(vol.) 산소에서 발생하고 폴리에스테르 울의 경우 16%(vol.)에서 발생합니다.
산화제(공기 산소)를 제거하는 것은 화재 예방 조치 중 하나입니다. 따라서 인화성 및 가연성 액체, 탄화칼슘, 알칼리 금속, 인은 단단히 밀폐된 용기에 담아서 운반해야 합니다.
7.3.2. 점화원
가연성 혼합물의 발화에 필요한 조건은 발화원입니다. 발화원은 모닥불, 열로 구분됩니다. 발열체및 장치, 전기 에너지, 기계적 스파크 에너지, 정전기 및 번개 방전, 물질 및 재료의 자체 가열 과정 에너지(자연 연소) 등 생산 시 이용 가능한 발화원을 식별하는 데 특별한 주의를 기울여야 합니다.
점화원의 특성 매개변수는 다음에 따라 결정됩니다.
번개 채널 온도는 30,000°C이고 전류 강도는 200,000A이고 작동 시간은 약 100μs입니다. 번개의 2차 충격으로 인한 스파크 방전 에너지는 250mJ를 초과하며 최대 0.25J의 최소 점화 에너지로 가연성 물질을 발화하는 데 충분합니다. 금속 통신을 통해 높은 전위가 건물로 전달될 때 스파크 방전 에너지는 다음과 같습니다. 100J 이상의 값은 모든 가연성 물질을 발화하기에 충분합니다.
폴리염화비닐 단열재 전기 케이블(전선)은 단락 전류 비율이 2.5보다 높을 때 점화됩니다.
백열등의 용접 입자와 니켈 입자의 온도는 2100°C에 이릅니다. 금속을 절단할 때의 액적 온도는 1500°C입니다. 용접 및 절단 중 아크 온도는 4000°C에 이릅니다.
와이어 높이 10m에서 단락 동안 입자의 산란 영역은 5(92% 타격 확률)~9(6% 타격 확률)m 범위입니다. 와이어가 3m 높이에 있을 때 - 4(96%)에서 8m(1%)까지; 1m 높이에 위치할 때 - 3(99%)에서 6m(6%)까지.
백열 전구의 최대 온도(°C)는 전력(W)에 따라 다릅니다. 25W - 100°C; 40W - 150°C; 75W - 250°C; 100W - 300°C; 150W - 340°C; 200W - 320°C; 750W - 370°C.
사람들이 움직이는 유전체 재료로 작업할 때 생성되는 정전기 스파크는 2.5~7.5mJ의 값에 도달합니다.
일부 저칼로리 열원의 화염 온도(연기) 및 연소 시간(연기), °C(분): 연기가 나는 담배 - 320-410 (2-2.5); 연기가 나는 담배 - 420-460 (26-30); 불타는 성냥 - 620-640 (0.33).
스파크용 굴뚝, 보일러 하우스, 증기 및 디젤 기관차 파이프뿐만 아니라
다른 기계, 화재, 온도가 약 1000°C, 직경이 3mm - 800°C, 직경이 5mm인 경우 직경 2mm의 불꽃이 화재 위험이 있다는 것이 입증되었습니다. - 600°C.
1.3.3. 자연 발화
자연 연소는 많은 가연성 물질과 재료에 내재되어 있습니다. 이것 구별되는 특징이 재료 그룹.
자연 연소에는 열적, 화학적, 미생물학적 유형이 있을 수 있습니다.
열적 자연 연소는 재료에 의한 열 축적으로 표현되며, 그 동안 재료의 자체 발열이 발생합니다. 물질이나 재료의 자체 발열 온도는 화재 위험을 나타내는 지표입니다. 대부분의 가연성 물질의 경우 이 표시기의 범위는 80~150°C입니다. 종이 - 100°C; 건축 펠트 - 80°C; 인조가죽 - 40°C; 목재: 소나무 - 80, 참나무 - 100, 가문비나무 - 120°C; 생면 - 60°C.
화염 연소가 시작되기 전에 장기간 연기가 나는 것은 독특한 특징열적 자연 연소 과정. 이러한 과정은 연기가 나는 물질의 오래 지속되는 냄새로 감지됩니다.
버너에 공급되는 경우 가스만, 연소는 주변 공기의 산소와 가스의 상호 작용으로 인해 발생합니다. 그 과정에서 연소가 일어나기 때문에 상호확산연료 및 산화제, 이러한 연소를 호출합니다. 확산 연소. 와 함께 연소율강도에 따라 결정 혼합 과정연료와 산화제. 혼합물의 성질에 따라 다음과 같은 것들이 있습니다. 층류의그리고 격동의확산 연소.
층류 확산 연소버너에서 흐르는 가스의 층류 흐름에서 발생합니다. 지속 가능한 연소 구역연료와 산화제가 있는 표면에 설치 화학량론적 비율. 결과적인 연소 생성물은 주변 공간과 토치 내부로 확산됩니다. 수소 연소 중 확산층 토치의 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 3.19. 연료 농도는 다음과 같이 감소합니다. 가장 높은 가치제트 축의 화염 전면에서 0으로 증가하고, 산소 농도는 화염 전면의 0에서 주변 흐름의 값까지 증가합니다. H 2 O 생성물의 농도와 온도 T는 화염 전면에서 최대입니다.
그림 3.19 - 수소 연소 중 확산 층류 화염의 구조
확산 층류 화염에서는 온도가 최대 값에 도달합니다. 연소 구역에서. 버너에서 빠져나오는 가스는 연소 영역에 들어가기 전에 전도와 확산에 의해 전달되는 열에 의해 가열됩니다.
탄화수소를 연소하는 경우 가열하면 열분해가 발생하여 다음과 같은 형성이 발생합니다. 그을음그리고 수소. 화염에 있는 미세한 그을음과 유리 탄소 입자가 가열되면 다음과 같은 현상을 유발합니다. 불꽃 글로우. 그을음 입자의 확산 연소는 상대적으로 느리게 진행되어 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. 연료의 부족 연소.
층류 높이 확산 불꽃공식을 사용하여 계산할 수 있습니다
어디 여– 가스 유량;
아르 자형– 노즐 구멍의 반경;
디– 분자 확산 계수.
확산 연소의 강도는 혼합물 형성의 강도에 따라 달라집니다.
산업 환경에서는 방법이 더 중요합니다. 난류 확산 연소, 화염 내 물질 전달이 더 강하기 때문입니다. 속도가 증가하면 토치의 크기가 증가하여 최대값에 도달합니다. 동시에 윤곽선의 정확성과 상단의 안정성이 상실됩니다. 화염 난류, 점점 더 많은 길이를 포착합니다. 난류 전선이 깃털 뿌리에 접근함에 따라 높이가 몇 배 높아집니다. 감소하고 있다, 더 이상 일정하게 유지됩니다. 도달 시 임계 속도가스 제트를 사용하면 토치 전체가 난류가 되고, 이후 속도가 증가해도 토치 높이가 변하지 않습니다. 난류 확산 기둥의 상대적 높이는 다음 공식으로 계산됩니다.
어디 시간– 토치 길이;
디– 버너 입구의 직경;
가연성 시스템은 화학적으로 균질할 수도 있고 이질적일 수도 있습니다. 에게 화학적으로 균질한여기에는 가연성 물질과 공기가 균일하게 혼합되는 시스템(가연성 가스, 증기 또는 먼지와 공기의 혼합물)이 포함됩니다. 에게 화학적으로 이질적여기에는 가연성 물질과 공기가 혼합되지 않고 경계면이 있는 시스템(공기 중 고체 가연성 물질 및 액체, 공기에 유입되는 가연성 가스 및 증기 제트 등)이 포함됩니다.
증기와 가스의 연소(균질 연소)의 예로는 액체의 자유 표면에서 상승하는 증기의 연소 또는 파이프를 떠나는 가스의 연소가 있습니다. 공기 중 산소 분압은 21.2kPa이고 연소 구역의 압력은 0이므로 공기 중 산소는 연소 생성물 층을 통해 연소 구역으로 확산됩니다. 결과적으로, 연소 반응 속도는 산소 확산 속도에 따라 달라집니다.
고체 표면에서의 연소(이종 연소)의 예로는 무연탄, 코크스, 숯. 이 경우 다이어그램에서 볼 수 있듯이 연소 영역으로의 산소 확산도 연소 생성물에 의해 방해를 받습니다. 공기량(C 1)의 산소 농도는 연소 영역 근처의 산소 농도(Co)보다 훨씬 높습니다. 연소 구역에 충분한 양의 산소가 없으면 화학 연소 반응이 억제됩니다.
따라서 화학적으로 불균일한 가연성 시스템의 총 연소 시간은 가연성 물질과 공기 산소 f 사이의 물리적 접촉이 발생하는 데 필요한 시간으로 구성되며,
화학반응 자체에 소비된 시간 x
균질 연소의 경우 값 ψ을 혼합물 형성 시간이라고 하며, 균질 연소의 경우 불균일 연소- 공기에서 고체 연소 표면으로 산소가 이동하는 시간.
Φ와 x의 비율에 따라 연소를 확산 또는 운동이라고 합니다. 화학적으로 불균일한 가연성 시스템을 연소할 때, 가연성 물질로 산소가 확산되는 시간은 화학 반응이 발생하는 데 필요한 시간(예: Φ >> x, 실질적으로 Φ x)보다 불균형적으로 길어집니다. 이는 연소율이 가연성 물질로의 산소 확산 속도에 의해 결정됨을 의미합니다. 이 경우, 확산 영역에서 프로세스가 발생한다고 합니다. 이런 종류의 연소를 연소라고 한다. 확산. 모든 화재는 확산 연소이다.
공정의 물리적 단계 시간이 화학 반응이 발생하는 데 필요한 시간보다 불균형적으로 짧은 경우, 즉<< х, то можно принять г х. Скорость процесса практически определяется только скоростью химической реакции. Такое горение называется 운동. 이것은 산소 분자가 가연성 물질의 분자와 잘 혼합되고 혼합물 형성에 시간이 소요되지 않는 화학적으로 균질한 가연성 시스템이 연소되는 방식입니다. 고온에서 화학 반응 속도가 높기 때문에 이러한 혼합물의 연소는 즉시 발생하며 다음과 같은 특성을 갖습니다. 폭발.
확산 불꽃
증기와 가스가 타는 공간을 불린다. 불꽃아니면 횃불. 화염은 미리 준비된 증기 또는 가스와 공기의 혼합물이 연소되는지 여부 또는 그러한 혼합물이 연소 과정 중 화염에 형성되는지 여부에 따라 운동성 또는 확산성일 수 있습니다. 화재 상황에서 가스, 액체 및 고체는 확산 화염에 의해 연소됩니다.
확산 화염의 구조는 가연성 증기 및 가스 흐름의 단면적과 속도에 따라 크게 달라집니다. 흐름의 특성에 따라 층류 확산 화염과 난류 확산 화염이 구별됩니다. 층류 불꽃은 낮은 속도로 이동하는 증기 또는 가스 흐름의 작은 부분(양초, 성냥, 소구경 버너의 가스 등)에서 발생합니다. 화재가 발생하면 난류 화염이 형성됩니다. 이에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았으며, 이러한 현상을 설명하기 위해 층류 화염 이론의 원리가 사용됩니다.
화염은 연소 구역과 증기 구역으로 구성되며 후자는
화염의 거의 전체 부피를 차지합니다. 가스와 증기의 이동 속도가 층류 체제에 해당하는 경우 가스와 고체의 연소 중에 유사한 구조의 화염도 형성됩니다.
확산 화염의 연소 영역은 연소 반응이 일어나는 매우 얇은 층입니다. 이 층에서 물질의 변형과 열 방출로 인해 인접한 공기 및 연료 층에서 분자 확산이 발생합니다. 분자확산의 원인은 연소에 관련된 가스의 분압과 온도의 차이입니다.
층류 확산 화염과 그 주변 환경의 가스 및 증기 농도 분포는 화염에서 발생하는 확산 과정을 반영합니다. 신흥
연소 구역에서 연소 생성물은 공기 중으로, 그리고 가연성 증기 및 가스로 확산됩니다. 소형 화염에서는 연소 생성물이 증기 및 가스 구역의 전체 부피에서 발견되고, 대형 화염에서는 연소 구역에 인접한 층에서만 발견됩니다. 연소 구역의 산소 농도는 완전히 반응하므로 0입니다. 때문에
그러나 산소는 증기 구역으로 확산될 수 없으며 연소가 발생하지 않습니다.
난류 화염은 명확한 윤곽이 없고 화염 전면의 일정한 위치가 없다는 점에서 층류 화염과 다릅니다. 석유 제품을 연소할 때의 온도는 휘발유의 경우 1200°C, 트랙터 등유, 경유, 원유의 경우 1100°C, 연료유의 경우 1000°C입니다. 나무를 쌓아서 태울 때 난류의 온도는 1200-1300 °C입니다.
연소 공기 소비량
가연성 물질의 질량(kg) 또는 부피(m 3) 단위를 완전 연소하는 데 필요한 최소 공기량을 이론적으로 필요하다고 하며 V o c로 지정합니다.
인화성 물질 -
이러한 가연성 물질의 경우 응집 상태에 관계없이 이론적으로 필요한 공기량은 연소 반응식에 의해 결정됩니다. ~에 중가연성 물질의 kmol이 차지함 피연소 반응 방정식으로부터 산소와 질소의 kmol. 가연성 물질의 질량(kg)을 분자 질량과 수치적으로 동일하게 지정하는 방법은 다음과 같습니다. 중,비율을 구성하다
TM킬로그램- 피 22.4m 3
1kg - Vo(m3),
여기서 22.4는 1kmol의 가스 부피(0°C 및 101325Pa)입니다.
이론적으로 물질 1kg을 연소하는 데 필요한 공기량은 (비율에 따라) 동일합니다.
공식 (1)에 따라 얻은 공기의 양을 다른 조건으로 가져와야 하는 경우 다음 공식을 사용하십시오.
어디 티- 가스 온도 K를 설정합니다.
아르 자형- 설정 압력, Pa.
1m 3의 가연성 가스를 연소하는 데 이론적으로 필요한 공기량은 공식에 의해 결정됩니다.
인화성 물질 -
이러한 물질은 목재, 이탄, 석탄 등입니다. 이론적으로 필요한 공기량을 결정하려면 질량 백분율로 표시되는 가연성 물질의 원소 조성, 즉 C, H, O, S의 함량을 알아야 합니다. N, 재(A), 수분(W). 물질의 원소 조성은 분석 실험실에서 결정됩니다. Vo를 계산하려면 , 탄소, 수소, 황의 연소반응식과 반응물의 질량비를 적어보자
C + O 2 = CO 2 2H 2 + O 2 = 2H 2 O S + O 2 = SO 2
12 + 32 = 44 4 + 32 = 36 32 + 32 = 64
12kg의 탄소를 연소하려면 32kg의 산소가 필요하며, 0.01kg의 탄소, 즉 1%(wt.)에는 산소가 필요합니다. 0.01 32/12 = 0.01 8/3kg, 수소의 경우 0.01 ·32/4 = 0.01·8 kg이 필요하며 황의 경우 0.01·32/32 = 0.01·1 kg의 산소가 필요합니다.
가연성 물질 1kg을 완전 연소하려면 산소가 필요합니다(kg).
[C] + 8 0.01 [N] + 0.01 [S] - 0.01 [O]
여기서 [C], [H], [S], [O]는 가연성 물질의 탄소, 수소, 황 및 산소 함량, %(wt)입니다.
계산된 공기 중의 산소량에 비해 질소는 77/23배 더 많습니다. 질소와 산소의 합은 물질 1kg을 연소하는 데 필요한 공기의 질량 L o in(kg)입니다.
변환 후에 우리는 얻는다
L o in = 0.3478 
(4)
공기의 양을 체적 단위로 표현하려면 식 (4)의 우변을 정상 조건에서 공기 1m3의 질량, 즉 1.293kg/m3으로 나누어야 합니다. 결과적으로 우리는
V o v = 0.269 
(5)
인화성 물질 - 가스 혼합물.
이 물질 그룹에는 천연 가스, 용광로, 코크스 등과 같은 가연성 가스가 포함되며 모두 CO, CH 4, H 2, H 2 S, C 2 H 4 등을 다양한 양으로 포함합니다. 가스는 일반적으로 부피 백분율로 표시됩니다. V o in을 계산하는 공식을 도출하기 위해 방정식을 작성합니다.
가장 일반적인 가스의 연소 반응:
CH 4 + 2O 2 = C0 2 + 2H 2 O H 2 S + 1.5O 2 = H 2 O + S0 2
2CO + 0 2 = 2CO 2 2H 2 + O 2 = 2H 2 O
방정식에서 알 수 있듯이 1m 3의 메탄을 연소하려면 2m 3의 산소가 필요하며, 0.01m 3의 메탄, 즉 1%(vol.)의 연소에는 0.01·2m 3의 산소가 필요합니다. 산소. 일산화탄소 1m 3 연소에는 0.01/2m 3 의 산소가 필요하고, 수소 1m 3 연소에는 같은 양의 산소가 필요하며, 황화수소 연소에는 0.01·1.5m 가 필요하다. 3개의 산소가 필요합니다.
1m 3의 가연성 가스를 완전 연소하려면 산소가 필요합니다 (m 3 단위)
0.01 2[CH4] +
여기서 [CH 4 ], [H 2 ], [CO], [H 2 S]는 메탄, 수소,
일산화탄소, 황화수소 및 산소, %(vol.).
공기 중에서 이 산소량은 질소의 79/21배를 차지합니다. 질소와 산소의 합은 가스 1m3을 연소하는 데 필요한 공기의 부피(m3)입니다.
변환 후에 우리는 얻는다
방정식 (6)에서 볼 수 있듯이 분자의 숫자는 연소 반응 방정식의 산소 계수입니다. 따라서 가스에 다른 가연성 성분이 포함되어 있으면 연소 방정식에서 가져온 계수를 사용하여 방정식 (6)에 넣을 수 있습니다.
실제로 화재 중 연소는 이론적으로 필요한 것보다 훨씬 더 많은 공기를 소비합니다. 연소에 실제로 소비되는 공기량과 이론적으로 필요한 공기량의 차이를 과잉공기량이라고 합니다. 연소에 실제로 소비되는 공기량(V inc)과 이론적으로 필요한 공기량의 비율을 과잉 공기 계수라고 하며 다음과 같이 표시됩니다.
공기 중의 산소 농도가 21%(vol.)이고, 분석을 통해 연소 생성물의 유리 산소 비율이 결정된다는 점을 고려하면 잉여 계수를 쉽게 찾을 수 있습니다.
공기
연소 제품. 연기
연소 생성물은 연소 과정에서 가연성 물질과 산소가 결합하여 형성된 기체, 액체 및 고체 물질입니다. 그 구성은 연소 물질의 구성과 연소 조건에 따라 달라집니다. 충분한 양의 공기와 고온에서 연소되면 완전 연소 생성물인 CO 2, H 2 0, N 2가 형성됩니다. 불충분한 양의 공기 또는 저온에서 연소할 때 완전 연소 생성물 외에도 불완전 연소 생성물인 CO, C(그을음)가 형성됩니다.
연소 생성물은 황, 인, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘 등과 같은 무기 물질입니다.
대부분의 경우 P 2 O 5, Na 2 O 2, CaO, MgO와 같은 고체 물질이며 분산된 상태로 형성되므로 짙은 연기 형태로 공기 중으로 올라갑니다. 알루미늄, 티타늄 및 기타 금속의 연소 생성물은 연소 과정에서 용융 상태입니다.
연기는 연소 생성물과 공기의 혼합물에 부유하는 작은 고체 입자로 구성된 분산 시스템입니다. 연기 입자의 직경은 1~0.01 마이크론입니다.
연기에는 가연성 물질의 열산화 분해 생성물이 포함되어 있습니다. 아직 타지 않고 산소를 함유한 공기나 연기 환경에 있는 가연성 물질을 가열할 때 형성됩니다.
불완전 연소 및 열산화 분해 생성물은 대부분 독성 물질이므로 구내 화재 진압은 산소 절연 가스 마스크에서만 수행됩니다.
인화성 물질 - 개별 화합물.
이 경우, 연소 반응식을 토대로 계산이 수행됩니다. 정상적인 조건에서 가연성 물질의 단위 질량(kg)당 습식 연소 생성물의 양은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
V p.s. = 
(9)
여기서 V p..s. - 습식 연소 생성물의 양, m 3 /kg; m co2, m n2o, m N 2, m 산 - 연소 반응 방정식에서 이산화탄소, 수증기, 질소 및 가연성 물질의 킬로몰 수; 중- 인화성 물질의 질량, 수치적으로 분자량, kg과 동일.
인화성 물질 - 화합물의 복잡한 혼합물.
복잡한 가연성 물질의 원소 조성이 알려진 경우, 개별 원소의 연소 반응 방정식을 통해 물질 1kg의 연소 생성물의 조성과 양을 결정할 수 있습니다. 이를 위해
탄소, 수소, 황의 연소 반응 방정식을 작성하고 가연성 물질 1kg 당 연소 생성물의 양을 결정합니다. 탄소의 연소 반응 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
C + O 2 + 3.76 = CO 2 + 3.76 N 2
1kg의 탄소가 연소되면 결과는 22.4/12 = 1.86m3입니다.
CO 2 및 22.4 · 3.76/12 = 7.0m 3 N 2.
탄소, 수소, 황이 연소되면 공기 중에서 산소가 나옵니다. 그러나 가연성 물질에는 연소에도 참여하는 산소가 포함될 수 있습니다. 이 경우 물질 연소에 필요한 공기의 양이 줄어듭니다.
가연성 물질에는 연소 과정에서 연소 생성물이 되는 질소와 수분이 포함될 수 있습니다. 이를 설명하려면 정상적인 조건에서 1kg의 질소와 수증기의 양을 알아야 합니다. 질소 1kg의 부피는 0.8m3이고 수증기의 부피는 1.24m3입니다.
0°C, 101325 Pa의 압력에서 산소 1kg당 질소는 3.76 · 22.4/32 = 2.63m 3 입니다.
주어진 데이터를 바탕으로 가연성 물질 1kg의 연소 생성물의 조성과 부피를 결정하십시오.
가연성 물질 - 가스 혼합물.
가스 혼합물의 연소 생성물의 양과 구성은 구성 요소의 연소 반응 방정식에 의해 결정됩니다.
혼합물. 그런 다음 가스 혼합물의 연소 생성물의 조성과 양이 결정됩니다.
여러 방의 화재로 인해 발생한 연소 생성물을 분석한 결과, 항상 상당한 양의 산소가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 창문, 문 또는 기타 개구부가 닫힌 방에서 화재가 발생하는 경우 연료가 있는 상태에서 화재는 실내의 연소 생성물과 공기 혼합물의 산소 함량이 14~16%(vol. ). 결과적으로 밀폐된 공간에서 화재가 발생하는 동안 연소 생성물의 산소 함량은 21~14%(vol.) 범위일 수 있습니다.
연소열
열 흡수를 수반하는 반응과 이 과정에서 형성된 화합물을 흡열 반응이라고 합니다. 외부 가열이 없으면 흡열 반응이 중지됩니다.
열 방출을 수반하는 반응과 이 과정에서 형성된 화합물을 발열 반응이라고 합니다. 모든 연소 반응은 발열 반응입니다. 열 방출로 인해 한 지점에서 발생하여 반응 물질의 전체 질량으로 퍼질 수 있습니다.
헤스의 법칙다음과 같습니다: 화학적 변환의 열 효과는 반응이 진행되는 경로에 의존하지 않고 시스템의 초기 및 최종 상태에만 의존합니다. 단, 시작 시 온도와 압력(또는 부피)과 반응의 끝은 동일합니다.
메탄은 탄소 1몰과 수소 2몰로 생성될 수 있습니다. 메탄이 연소되면 물 2몰과 이산화탄소 1몰이 생성됩니다.
C + 2H 2 = CH 4 + 74.8 kJ (Q)
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q 산
동일한 생성물이 수소와 탄소의 연소에 의해 형성됩니다. 이러한 반응 동안 방출되는 총 열량은 963.5kJ입니다.
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 570.6 kJ
C+ O 2 = CO 2 + 392.9kJ
963.5kJ(Q)
두 경우 모두 초기 생성물과 최종 생성물이 동일하므로 총 열 효과는 헤스의 법칙에 따라 동일해야 합니다.
Q 1 + Q 산 = Q
Q 산 = Q - Q 1
따라서 메탄의 연소열은 다음과 같습니다.
Q 산 = 963.5 - 74.8 = 888.7 kJ/mol
따라서 화합물(또는 그 혼합물)의 연소열은 연소 생성물 생성 열의 합과 연소된 화합물(또는 가연성 혼합물을 구성하는 물질)의 형성 열의 차이와 같습니다. ). 따라서 화합물의 연소열을 결정하려면 화합물의 형성열과 연소 후 얻은 생성물의 형성열을 알아야합니다.
연소열은 폭탄 열량계와 가스 열량계에서 실험적으로 결정됩니다. 발열량에는 더 높은 것과 낮은 것이 있습니다. 더 높은 발열량 Q in은 가연성 물질 1kg 또는 1m 3이 완전히 연소되는 동안 방출되는 열량입니다. 단, 그 안에 포함된 수소가 연소되어 액체 물을 형성합니다.
낮은 발열량 Qn은 수증기가 형성되고 가연성 물질의 수분이 증발할 때까지 수소가 연소되는 경우 가연성 물질 1kg 또는 1m 3이 완전 연소되는 동안 방출되는 열량입니다.
고체 및 액체 가연성 물질의 더 높고 낮은 연소열은 D. I. Mendeleev의 공식을 사용하여 결정될 수 있습니다.
Q in = 339.4 + 1257 - 108.9 (12)
Qn = 339.4 + 1257 - 108.9 - 25.1(9 + W), (13)
여기서 Q in, Q n - 높거나 낮은 발열량, kJ/kg; [에스], [엔],
[O], [S], W - 탄소, 수소 함량,
산소, 가연성 유황 및 수분, %.
발열량의 하한선이 있는데, 그 하한선 이하에서는 물질이 대기 중에서 연소할 수 없게 됩니다. 실험에 따르면 물질은 다음과 같이 분류되지 않는 한 불연성인 것으로 나타났습니다.
폭발성이 있고 공기 중 낮은 발열량이 2100kJ/kg을 초과하지 않는 경우. 결과적으로 연소열은 물질의 인화성에 대한 대략적인 추정치 역할을 할 수 있습니다. 그러나 고체와 물질의 가연성은 주로 그 상태에 따라 달라진다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 성냥불에 쉽게 불이 붙는 종이를 금속판이나 콘크리트 벽의 매끈한 표면에 붙이면 불이 붙기 어려워진다. 결과적으로 물질의 가연성은 연소 영역에서 열이 제거되는 속도에 따라 달라집니다.
연소 중에 그을음이 형성되면 결과적으로 가연성 물질은 표에 표시된 양보다 적은 열을 방출합니다. 탄소가 풍부한 물질의 경우 저연소 계수는 0.8 -0.9입니다. 결과적으로 1kg의 고무를 태울 때 화재가 발생하면 33520kJ가 방출되지 않고 33520 0.8 = 26816kJ만 방출됩니다.
화재 규모는 일반적으로 화재 영역에 따라 결정됩니다. 단위 시간당 화재의 단위 면적당 방출되는 열량을 화재열 Qp라고 합니다.
여기서 v m은 질량 연소율, kg/(m 2 s)입니다.
연소온도
연소 과정에서 연소 생성물이 가열되는 온도를 연소 온도라고 합니다. 열량 측정, 이론 및 실제 연소 온도가 있습니다. 화재 조건에 대한 실제 연소 온도를 호출합니다. 화재 온도.
열량 연소 온도는 다음 조건에서 완전 연소 생성물이 가열되는 온도로 이해됩니다.
I) 연소 중에 방출되는 모든 열은 가열에 소비됩니다.
연소 생성물 감소(열 손실이 0임);
2) 공기 및 가연성 물질의 초기 온도
0°C와 동일함;
3) 공기의 양은 이론적으로 필요한 양과 같습니다(=1).
4) 완전 연소가 발생합니다.
열량 연소 온도는 가연성 물질의 구성에만 의존하며 그 양에는 의존하지 않습니다.
화재 상태를 평가하려면 열량 측정 온도만 사용됩니다.
연소 온도 및 화재 온도. 내부 화재 온도와 외부 화재 온도에는 차이가 있습니다.
화재 내부 온도는 화재가 발생한 실내 연기의 평균 온도입니다.
외부 화재 온도 - 화염 온도.
열량 연소 온도와 내부 화재 온도를 계산할 때 가연성 물질의 낮은 연소열 Qn은 연소 생성물을 0°C에서 열량 연소 온도까지 가열하는 데 필요한 에너지 qg와 같다고 가정합니다.
수량 q g는 일반적으로 연소 생성물의 열 함량이라고 불립니다.
q g = С' pm ·t g
여기서 V p.s. - 연소 생성물의 양, m 3 /kg; С´ 오후 - 평균 볼륨 -
연소 생성물의 열용량, kJ/(m 3 K); t g - 연소 온도, °C.
연소 생성물은 열용량이 다른 여러 기체 물질로 구성되므로 총 열량은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
q g =q RO2 + q H2O + q N2 = V RO2 C' CO2 t g + V H2O C' H2O t g + V N2 C' N2 t g
여기서 V RO2, V H2O, V N2는 연소 생성물 구성 요소의 부피입니다.
(RO2=CO2+SO2); С'СО2, С'Н2О, С'N2 - 연소 생성물 구성 요소의 열용량 (CO 2의 열용량은 혼합물에 사용됩니다) CO 2
및 S0 2).
t g를 결정하기 위해 연소 생성물의 열 함량을 여러 온도에서 계산하고 두 값을 선택하며 그 사이에 물질의 낮은 연소열 값이 위치합니다. 원하는 온도는 보간을 통해 결정됩니다.
다양한 연소 조건에 따른 화재 중 온도 변화의 성격을 판단하기 위해 평균 비체적 화재 온도 개념이 도입되었습니다.
내부 화재 내의 다양한 지점에서 열전대로 측정한 온도.
가연성 액체 표면 위의 확산 화염의 구조와 전파 메커니즘 및 속도.
가연성 액체 거울 위의 확산 화염의 구조는 거의 동일합니다. 유일한 차이점은 액체 표면에서 나오는 가연성 증기는 가스 흐름과 같은 초기 운동 에너지 보유량이 없으며 점화 전에 들어오는 가스의 운동 에너지로 인해 주변 가스 매체와 혼합된다는 것입니다. 그러나 대류 및 분자 확산 메커니즘을 통해 더 천천히 흐릅니다. 그러나 점화원이 생성된 증기-공기 혼합물에 연결되면 불꽃 토치가 나타나 액체 표면 위의 가스와 열 흐름의 비율을 변경합니다. 뜨거운 연소 생성물은 더 가벼운 생성물처럼 위쪽으로 돌진하고 그 자리에서 신선한 차가운 공기가 주변 공간에서 나오며 이로 인해 가연성 액체 증기가 희석됩니다. 열 에너지의 복사 흐름은 불꽃에서 액체 거울로 흘러 액체의 표면층을 가열하고 따뜻해지면 증발 과정을 강화합니다.
점화 전 액체의 온도가 점화 온도보다 상당히 높은 경우 탱크 위의 액체 또는 유출된 액체의 연소가 강화되고 진행되며 화염의 크기가 증가합니다. 따라서 액체 표면으로의 복사열 흐름 강도가 증가하고 증발 과정이 강화되며 화염 주변의 대류 가스 흐름 강도가 증가하고 원뿔 모양을 취하면서 측면에서 더 강하게 눌려집니다. , 크기가 증가합니다. 추가 연소로 화염은 난류 연소 모드로 들어가고 열 및 가스 역학적 평형 체계가 확립될 때까지 성장합니다. 대부분의 가연성 액체의 난류 확산 화염의 최대 온도는 1250-1350°C를 초과하지 않습니다.
액체 표면 표면에 대한 연소의 전파는 분자 및 대류 확산 메커니즘을 통한 가연성 혼합물의 형성 속도에 따라 달라집니다. 따라서 발화 온도보다 낮은 온도의 액체의 경우 이 속도는 0.05m/s 미만이고 발화 온도 이상으로 가열된 액체의 경우 0.5m/s 이상에 도달합니다.
따라서 가연성 액체 표면 위로 화염이 전파되는 속도는 주로 온도에 따라 달라집니다.
액체온도가 발화온도 이상일 경우 연소가 일어날 수 있습니다. 처음에는 액체 표면 위에 작은 불꽃이 생기고, 그 후 높이가 빠르게 증가하고 짧은 시간 후에 최대값에 도달합니다. 이는 연소 영역과 액체 표면 사이에 특정 열 및 물질 전달이 이루어졌음을 의미합니다. 열은 용기 벽을 통한 복사 및 열 전도에 의해 연소 구역에서 액체 표면층으로 전달됩니다. 연기 기둥의 증기 흐름이 위쪽을 향하기 때문에 대류 흐름이 없습니다. 덜 가열된 표면에서 더 가열된 표면으로. 연소 영역에서 액체로 전달되는 열의 양은 일정하지 않으며 토치의 온도, 불꽃의 투명도, 모양 등에 따라 달라집니다.
액체는 탱크 벽으로부터 일부 열을 받습니다. 열의 이 부분은 탱크의 액체 수위가 낮을 때나 화염이 탱크의 외벽 주위로 흐를 때 중요할 수 있습니다. 액체에 의해 감지된 열은 대부분 증발 및 가열에 소비되며 일부 열은 액체에 의해 환경으로 손실됩니다.
Q = q1 + q2 + q3
여기서 Q는 화염으로부터 액체가 받는 열의 양, kJ/(m 2 -s)입니다.
q 1 - 액체가 환경으로 손실한 열량, kJ/ (m 2 -s);
q 2 - 액체 증발에 소비되는 열량, kJ/ (m 2 s);
qз -액체 가열에 소비되는 열량, kJ/ (m 2 -s).
탱크의 직경이 충분히 크면 q2 및 q3에 비해 q1의 값을 무시할 수 있습니다.
Q = q 2 + q 3 = rlс + cpс (T-T 0) u.
r은 액체의 증발열(kJ/kg)입니다.
Ср - 액체의 열용량, kJ/ (kg K);
p - 액체 밀도, mg/m3;
T는 액체 표면의 온도 K입니다.
T 0 - 초기 액체 온도 K;
u는 가열된 액체층의 성장 속도, m/s입니다.
l - 액체 연소의 선형 속도, m/s.
개별 액체가 연소되면 증기상의 조성은 액체상의 조성과 다르지 않습니다. 복잡한 조성의 액체 (혼합물)가 연소되면 상층에서 분별 증류가 일어나고 구형상의 조성이 액상의 조성과 다릅니다. 이러한 혼합물에는 석유와 모든 석유 제품이 포함됩니다. 연소되면 대부분 저비점 분획이 증발하여 액체상의 조성이 바뀌고 동시에 증기압, 비중, 점도 및 기타 특성이 변경됩니다. 표 3.1은 직경 1.4m의 저수지에서 Karachukhur 기름이 연소될 때 표층의 Karachukhur 기름 특성 변화를 보여줍니다.
표 1.11.1
연소 중 Karachukhur 오일의 특성 변화
|
물리화학적 특성 |
실험 전 샘플 |
연소 후 샘플, h |
|||
|
밀도 3 293K, kg/m 3 |
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|
373. K, m 2 / s에서의 동점도 |
|||||
|
Brenken, K에 따른 인화점 |
|||||
|
끓는 시작, K |
표 1.11.1에 따르면, 저비점 분획의 연소로 인해 나머지 제품의 밀도가 증가합니다. 점도, 인화점, 수지 함량 및 끓는점에서도 동일한 현상이 발생합니다. 오일이 연소됨에 따라 수분 함량만 감소합니다. 직경이 다른 탱크에서 연소하는 동안 이러한 특성의 변화 강도는 동일하지 않습니다. 대구경 탱크에서는 대류의 증가와 혼합에 관련된 액체층의 두께로 인해 이러한 특성의 변화율이 감소합니다. 상부층에서 발생하는 석유제품의 분율조성의 변화는 점차적으로 가열된 석유제품의 두께에 대한 층의 변화로 이어진다.
D.P.의 제1법칙을 사용하면 Konovalov의 혼합물 연소에 대한 결론은 다음과 같이 공식화될 수 있습니다. 두 액체의 혼합물은 연소 중에 해당 구성 요소로 농축되며, 액체에 추가하면 그 위의 증기압이 낮아지거나 끓는점이 높아집니다. 이 결론은 성분 수가 2개 이상인 혼합물에도 유효합니다.
분별 증류의 결과로 인화성 및 일부 인화성 액체의 혼합물을 물과 함께 연소할 때, 액상 내 물의 비율이 항상 증가하여 연소 혼합물의 비중이 증가합니다. 이 현상은 가연성 성분의 끓는점이 물의 끓는점보다 낮은 혼합물(메틸, 에틸 알코올, 디에틸 에테르, 아세톤 등)에서 일반적입니다. 이러한 액체 혼합물이 오랫동안 연소되면 물의 증가로 인해 혼합물이 모두 연소되지는 않았지만 연소가 멈추는 순간이 옵니다.
가연성 액체와 물의 혼합물은 액체의 끓는점이 물의 끓는점보다 높을 때 연소 과정에서 다소 다르게 거동합니다. 액상에서 물의 비율은 증가하지 않고 감소합니다. 결과적으로 혼합물이 완전히 연소됩니다. 이것이 아세트산과 물의 혼합물이 타는 방식입니다.
석유 제품이 연소되면 발생하는 분별 증류로 인해 끓는점(표 1.11.1 참조)이 점차 증가하고 이에 따라 상층의 온도도 증가합니다. 그림 1.11.1은 표면 온도 변화를 보여줍니다.
그림 1.11.1
낮은 액체 온도에서는 화염에서 액체로의 열 전달이 화염 전파에 중요한 역할을 합니다. 화염은 인접한 액체의 표면을 가열하고 그 위의 증기압이 증가하며 가연성 혼합물이 형성되어 점화되면 연소됩니다.
움직이는 화염은 액체 표면의 다음 부분을 가열합니다.
온도에 따른 액체 표면의 화염 이동 속도의 의존성은 그림 1.11.2에 나와 있습니다.
액체 온도가 인화점보다 낮으면 화염 이동 속도가 느려집니다.
이는 액체의 온도가 증가함에 따라 증가하고 인화점 이상의 액체 온도에서 증기-공기 혼합물을 통한 화염 전파 속도와 동일해집니다.
그림 1.11.2 온도에 따라 액체 표면을 따라 화염 이동 속도 변화: 1-이소아밀 알코올, 2-부틸 알코올, 3-에틸 알코올, 4-톨루엔
