Температура самовоспламенения дерева

Какова температура воспламенения дерева?

Сложно встретить такого человека, который не сталкивался в жизни с горением древесины. Многие люди хоть раз ходили в походы, которые не обходятся без разведения костра. Некоторые имеют опыт в растопке домовых и банных печей. Большинство хотя бы раз в жизни пробовало выжигать по дереву специальным прибором или увеличительным стеклом.

Но не многие люди задавались вопросом о том, при какой температуре воспламенение дерева становится возможным. Существует ли разница между температурой воспламенения разных пород деревьев? Читателю представляется прекрасная возможность углубиться в эти вопросы и получить много полезной информации.

Как человек освоил огонь?

Огонь был известен еще людям, жившим в каменном веке. Люди далеко не всегда умели самостоятельно добывать огонь. Первое знакомство человека с процессом горения, по мнению ученых, произошло эмпирическим путем. Огонь, добытый из лесного пожара или отвоеванный у соседнего племени, оберегался как самое дорогое, что было у людей.

Со временем человек заметил, что некоторые материалы обладают наиболее располагающими к горению свойствами. Например, сухие трава или мох могут воспламениться всего от нескольких искр.

Через многие годы, опять же эмпирическим путем, люди научились извлекать огонь с помощью подручных средств. Первой «зажигалкой» человека историки называют трут и кремень, которые при ударе друг о друга давали искры. Позднее человечество научилось извлекать огонь при помощи прутика, помещаемого в специальное углубление в древесине. Температура воспламенения дерева достигалась за счет интенсивного вращения конца прутика в углублении. Многие ортодоксальные сообщества продолжают пользоваться этими методами и сегодня.

Намного позже, в 1805 году, французский химик Жан Шансель изобрел первые спички. Изобретение получило колоссальное распространение, и человек уже уверенно мог извлекать огонь при необходимости.

Освоение процесса горения считается основным фактором, давшим толчок к развитию цивилизации. Более того, в ближайшее время горение таким фактором и останется.

Что такое процесс горения?

Горение – это процесс на рубеже физики и химии, заключающийся в преобразовании вещества в остаточный продукт. При этом в больших количествах выделяется тепловая энергия. Процесс горения, как правило, сопровождается излучением света, которое называют пламенем. Также в процессе горения выделяется углекислый газ – СО₂, избыток которого в непроветриваемом помещении может привести к головной боли, удушью и даже смерти.

Для нормального протекания процесса необходимо выполнение ряда обязательных условий.

Во-первых, горение возможно только при наличии воздуха. В вакууме процесс возгорания невозможен.

Во-вторых, если область, в которой происходит горение, не нагрета до температуры воспламенения материала, то процесс горения прекратится. Например, пламя погаснет, если в только что растопленную печь сразу бросить большое полено, не дав ей прогреться на мелких дровах.

В-третьих, если субъекты горения сырые и выделяют пары жидкости, а скорость горения еще низкая, процесс также прекратится.

При какой температуре происходит воспламенение древесины?

Пиролиз – процесс разложения древесины при высокой температуре на СО₂ и остатки горения – происходит в три фазы.

Начальная протекает при 160-260 градусах. В дереве начинают происходить необратимые изменения, заканчивающиеся возгоранием. Температура воспламенения древесины колеблется в районе 200-250 градусов.

Вторая фаза пиролиза – 270-430 градусов. Начинается разложение древесины под действием высокой температуры.

Третья фаза характерна для разведенного костра, растопленной печи. Температура воспламенения дерева по Цельсию в третьей фазе составляет 440-610 градусов. При таких условиях загорится дерево почти в любом состоянии и оставит после себя древесный уголь.

Разные породы древесины имеют разную температуру возгорания. Температура воспламенения сосны – дерева не самого горючего – составляет 250 градусов. Дуб загорится при температуре 235 градусов.

Какие дрова горят лучше, а какие – хуже?

Лучше всего горят сухие дрова. Древесина, пропитанная влагой, тоже горит, но для вывода и испарения влаги требуется большая температура и некоторое время. Этот процесс обычно сопровождается характерным шипением. Не многие знают, что при горении «сырой» древесины выделяется уксусная кислота. Этот факт крайне негативно сказывается на печном оборудовании и на общем КПД горения. Крайне рекомендуется пользоваться сухими дровами, а также закупать дрова весной, чтобы они успели просохнуть до наступления холодов.

От чего зависит эффективность горения?

Эффективность горения – показатель, который определяется тепловой энергией, которая не «улетает в трубу», а передается печи, нагревает ее. На этот показатель влияют несколько факторов.

Прежде всего это целостность печной конструкции. Щели, трещины, избыток золы, грязный дымоход и прочие неполадки делают горение неэффективным.

Второй важный фактор – плотность дерева. Самой высокой плотностью обладают дуб, ясень, груша, лиственница и береза. Наименьшей – ель, осина, сосна, липа. Чем выше плотность, тем дольше будет гореть кусок древесины, а следовательно, дольше выделять тепло.

Рекомендации по розжигу древесины

Большие куски древесины сразу не загорятся. Необходимо разжигать огонь, начиная с небольших веток. Они дадут угли, которые обеспечат необходимую температуру для воспламенения дерева, загружаемого в печь уже более крупными порциями.

Средства для розжига, особенно в мангале, использовать не рекомендуется, так как они при сгорании выделяют вредные для человека вещества. Избыток средства для розжига в закрытой топке может привести к взрыву.

Может ли случиться пожар в бане при высокой температуре воздуха?

Это теоретически возможно, но практически исключено. Для того чтобы началось самопроизвольное воспламенение дерева в бане, температура воздуха должна быть около 200 градусов. На такое не способна ни одна баня, и тем более ни один человек.

Рекорд по пребыванию в сауне принадлежит шведу, который при температуре 110 градусов смог продержаться 17 минут. Для большинства людей температура в 90 градусов является максимально допустимой. При таком прогреве воздуха резко возрастает нагрузка на сердце и появляется шанс упасть в обморок.

Баню или сауну все-таки рекомендуют не оставлять прогретой свыше 100 градусов долгое время из соображений пожарной безопасности. Хотя температура воспламенения дерева и начинается с 200 градусов, но осторожность никогда не повредит.

Требования по пожарной безопасности при обращении с огнем

Не следует забывать, что при обращении с огнем залогом успешных действий является соблюдение правил пожарной безопасности. Выполните несколько условий и обезопасьте себя и других от пожара.

1. Запрет на разведение костров в лесу в летний период введен не просто так. Летом шансы возгорания лесной подстилки и быстрого распространения пожара гораздо выше, нежели в другое время года.

2. При разведении костра на природе обязательно выкопать небольшое кострище, сняв лопатой верхний слой дерна. В дальнейшем дерн желательно вернуть на место.

3. В целях локализации огня рекомендуется обнести костер ограждением из камней или кирпича.

4. Всегда в зоне шаговой доступности должно быть средство пожаротушения: огнетушитель, песок или емкость с водой.

5. При тушении костра обязательно удостовериться в том, что все угли погасли, и костер не разгорится вновь. Для этого рекомендуется обильно залить очаг водой, присыпать сверху землей или заложить дерном.

6. Ни в коем случае нельзя оставлять детей наедине с источником огня. Это может привести к плачевным последствиям.

7. При пользовании печью или камином не следует хранить в непосредственной близости от топки легковоспламеняющиеся предметы, средства для розжига. Желательно выполнить напольное покрытие рядом с топкой из негорючего материала (стальной лист).

8. Необходимо поддерживать печь в исправном состоянии: своевременно заделывать все образовавшиеся щели, периодически выгребать золу.

9. Фундамент для печи необходимо выполнять из кирпича. Не рекомендуется использовать в этих целях деревянные подмостки. Это чревато обрушением всей конструкции.

10. Печную трубу на чердаке необходимо изолировать негорючим материалом, не хранить на чердаке легковоспламеняющиеся материалы.

11. Нельзя полностью закрывать заслонку печи, не удостоверившись, что процесс горения в топке прекратился. В противном случае возможно удушье от избытка углекислого газа.

–>Реферати з ЦО, БЖД, охорони праці –>

ТЕМПЕРАТУРА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Низшая температура, до которой нужно нагреть древесину, чтобы она загорелась, называется температурой самовоспламенения. Температура самовоспламенения древесины 250—300°. Это объясняется тем, что при нагревании из древесины выделяются легковоспламеняющиеся горючие газы (летучие продукты), а также большое количество кислорода.
В результате окислительного процесса летучих веществ с кислородом воздуха наступает самовоспламенение древесины при температурах сравнительно низких, чем у других твердых веществ (уГОЛЬ, KOKC И Др.). Температуря ГЯМПВПгппямрнрния древесины зависит также от степени ее измельчения. Чем больше измельчена древесина, тем ниже ее температура самовоспламенения. Так, например, температура самовоспламенения древесной стружки значительно ниже, чем древесных брусков. Объясняется что тем, что поверхность 1 кг стружки больше, чем I кг брусков. А с большей древесной поверхности, выделяется при нагревании больше летучих веществ, способных к окислению и самовоспламенению.

При нагревании до 130—150° древесина начинает самонагреваться Если создать условия, необходимые для накопления тепла, то древесина самовозгорается. При температурах производственных помещений древесина не представляет опасности самовозгорания. Эта опасность появляется только при нагревании ее до температуры выше 130°. Самовозгорание древесины в открытых деревянных конструкциях или штабелях не происходит из-за отсутствия соответствующих условий для накопления тепла. Обычно самовозгорание древесины происходит в скрытых деревянных конструкциях или в скопившихся древесных отходах, долгое время подвергавшихся нагреву.
Нагрев древесины до 110° безопасен и вполне допустим в процессе сушки или обработки ее. При этой температуре происходит высушивание древесины и частичное выделение летучих веществ. Разложение древесины не происходит, и химический состав ее остается без изменения. При температуре 150° наблюдается разложение нестойких соединений древесины. Цвет ее становится желтым. При температуре 230° разложение ее усиливается, и начинают протекать процессы с выделением газообразных продуктов. Причем большой процент занимают Н20 и С02. Древесина приобретает коричневый цвет с поверхностным обугливанием. В результате этого процесса химический состав древесины изменяется, т. е. происходит увеличение процента углерода и уменьшение водорода и кислорода. Уменьшается объемный вес древесины, но ее объем остается постоянным. Пористость древесины увеличивается, следовательно, увеличивается и ее поверхность соприкосновения с воздухом. При температуре 230—270° в древесине происходит образование пирофорного угля, который способен энергично поглощать (адсорбировать) кислород. Последний, окисляя уголь, поднимает температуру настолько, что уголь воспламеняется, и дерево начинает гореть. Самовозгорание древесины может происходить при более низких температурах и по другой причине.
Процесс разложения древесины является экзотермическим и при определенных условиях может служить причиной ее самовозгорания. Но для этого необходимо, чтобы количество тепла, выделяющегося за счет реакции разложения древесины, превысило бы теплоотдачу в окружающую среду. Такие условия могут создаться, когда древесные отходы в сушилке скапливаются на калорифере или балка уложена в кладку кирпичной стены рядом с источником тепла. Иной процесс протекает в опилках или других древесных отходах, сложенных в кучу. В практике имели место случаи разогревания древесных опилок и их самовозгорание. Некоторые авторы (проф. Б. Г. Тидеман и инж. П. Г. Демидов) считают, что основной причиной самовозгорания опилок являются биологические процессы. Во влажных опилках зарождаются микроорганизмы, которые при концентрации теплоты быстро размножаются. Микроорганизмы разлагают клетчатку. Происходит брожение образовавшихся продуктов. Весь этот процесс сопровождается выделением тепла, которое нагревает опилки до 60—70°. При этом образуется уголь, способный поглощать пары и газы. Поглощение паров и газов углем вызывает окислительный процесс, который ведет к дальнейшему нагреву массы. За счет тепла адсорбции температура повышается и достигает 100—130°. Затем образуется пористый уголь, который также поглощает пары и газы и повышает температуру опилок. При достижении температуры 200° начинается разлагаться клетчатка. входящая в состав опилок. Разлагаясь, клетчатка образует уголь, способный интенсивно окисляться. За счет окисления угля температура поднимается до 250—300°, и опилки самовозгораются.

ГОРЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

В процессе горения древесины наблюдаются следующие явления. При поднесении пламени древесина воспринимает теплоту и нагревается, а при температуре 110° происходит высушивание ее и незначительное выделение летучих веществ. Около 130° начинается разложение древесины. Интенсивное разложение ее с изменением цвета происходит при температуре более 150°. При 200° и более начинает разлагаться главная составная часть древесины— клетчатка. Образующиеся при этом газы являются горючими, так как они содержат большое количество окиси углерода, углеводороды, водород и пары органических веществ. Если нагрев производится пламенем, то получающиеся газообразные продукты разложения воспламеняются при соприкосновении с ним, и с этого момента начинается процесс горения древесины. Таким образом, при нагревании древесины пламенем горение начинается с воспламенения газообразных продуктов разложения.
Температуры воспламенения наиболее распространенных пород древесины даны в табл. 2

Горение древесины состоит из двух стадий: пламенное горение газообразных продуктов разложения и беспламенное горение угля. Решающей в развитии пожара является стадия пламенного горения древесины. Она занимает более короткий промежуток времени и связана с выделением большого количества тепла. Температура продуктов горения при ней более высокая, чем в стадии горения угля. Уголь, образующийся на поверхности древесины в период.пламенного горения, не горит, хотя и находится в накаленном состоянии, так как его горению в этот период препятствует горение газообразных продуктов разложения, в результате чего кислород не имеет доступа к поверхности угля. Последний горит тогда, когда завершается пламенное горение при значительном выделении газообразных продуктов.
Небольшой период времени оба вида горения древесины протекают одновременно. Затем выделение газообразных продуктов прекращается, и горит только уголь. Скорость выгорания древесины зависит от объемного веса, влажности, температуры среды, количества кислорода и отношения поверхности древесины к ее объему. Более плотная древесина (дуб) горит медленнее, чем менее плотная (осина). Объясняется это тем, что более плотная древесина имеет большую теплопроводность и, следовательно, больше теплопотерь от нагреваемого слоя древесины. При горении влажной древесины значительное количество тепла расходуется на испарение влаги, поэтому на разложение древесины идет меньше тепла. Таким образом, скорость выгорания влажной древесины меньше, чем сухой.
Скорость горения древесины значительно изменяется от величины отношения поверхности к объему. Чем больше это отношение, тем больше скорость горения. Например, древесный брус сечением 10 см2, длиной 5 м имеет поверхность (без учета торцовых поверхностей) 0,1X5X4 = 2 м2, а объем 0,1X0,1X5 = 0,05 мг. На 1 м3 древесины приходится поверхность горения, равная 2:0,05 = 40 м2. Если этот брус распилить на 4 части сечением
5×5 см, то их общий объем останется прежним, а поверхность будет 0,05x5x4 = 4 м2. Теперь поверхность горения 1 м3 древесины будет 4 : 0,05 = 80 м2, т. е. она возросла в 2 раза, следовательно, и скорость сгорания четырех брусков сечением 5×5 см будет больше, чем одного бруска сечением 10X10 см.
По данным ЦНИИПО*, скорость выгорания древесины равна 45—50 кг на 1 м2 в час. Такая скорость в сушильной камере может наблюдаться при полном горении, т. е. при открытых дверных проемах и открытых каналах вентиляционной системы.
При относительной герметичности камеры (плотно закрытые ворота, перекрытые каналы вентиляционной сети) горение будет затухать, а скорость выгорания древесины резко снижаться. Температура, получаемая при проведении процесса горения в адиабатических условиях, т. е. при полном отсутствии потерь тепла, называется теоретической температурой горения, до которой нагреваются продукты горения, когда все тепло, выделившееся при горении, идет на их нагревание. Действительно же достигаемые при горении древесины температуры всегда ниже теоретических, так как часть выделяемого тепла теряется в окружающую среду. Разница между действительной и теоретической температурами горения зависит от скорости сгорания и условий теплоотдачи.
В табл. 3 приведены теоретическая и практическая температуры горения различных пород древесины.