Материальный и тепловой балансы процессов горения.

Горение, как и любой другой химический процесс, подчиняется законам сохранения вещества и энергии. Это позволяет расчётным путем определить количество воздуха, или другой окислительной среды, необходимое для горения веществ и материалов, объём и состав продуктов горения, температуру горения и другие параметры.

Обобщённое уравнение материального и теплового баланса химической реакции горения можно записать в виде:

(5)

где [Г] – химическая формула горючего вещества;

[O] – химическая формула окислителя;

[ПГ]_i – химическая формула i-го вещества, образовавшегося в результате реакции горения (продукты горения);

n_г, n_o, m_i – стехиометрические коэффициенты при соответствующих веществах;

k – количество веществ (продуктов горения), образовавшихся в результате реакции горения;

Q_х.р. – тепловой эффект химической реакции горения, кДж.

Уравнение (5) отражает лишь исходное и конечное состояние реагирующей системы и не отражает промежуточные этапы процесса, поэтому оно называется уравнением суммарной реакции или брутто-реакцией. Для практических расчётов использование этого уравнения, как правило, является достаточным.

Тепловой баланс процесса горения на единицу количества горючего вещества можно записать в виде уравнения:

Q_н + Q_исх – Q_недож = Q_ПГ + Q_пот (6)

гдеQ_н = Q_х.р/n_г – низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/кг;

Q_исх – количество тепла, поступающего в зону горения с горючим веществом и окислителем, кДж/кг;

Q_недож – количество тепла, нереализуемое в зоне горения вследствие химического и механического (физического) недожога, кДж/кг;

Q_ПГ – количество тепла, затрачиваемого на нагрев продуктов горения, кДж/кг;

Q_пот – количество тепла, теряемого из зоны горения, кДж/кг.

Слагаемые правой части уравнения (6) создают специфическую обстановку пожара. За счёт Q_ПГ, например, продукты горения нагреваются до высоких температур (> 1000 °С), что способствует прогреванию горящих и ещё не горящих горючих веществ и материалов, строительных конструкций и других объектов до предела их огнестойкости. Нагретые до высокой температуры продукты горения создают конвективные потоки, способствующие притоку воздуха к очагу горения и интенсифицирующие процесс распространения пожара на большие расстояния.

Потери тепла из зоны горения путём электромагнитного излучения также способствуют прогреву горючих веществ и строительных конструкций, создают опасность перехода огня через противопожарные разрывы между зданиями и сооружениями. При этом потери тепла могут достигать 0,4Q_н.

Количество тепла, нереализуемое вследствие химического и физического недожога, зависит от вида горючего материала и условий горения, например, эта величина растёт с увеличением количества воздуха, необходимого для полного сгорания единицы количества горючего вещества, и изменяется в пределах (0,05 – 0,25)Q_н.