Почему в процессе горения дерево чернеет

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Пиломатериалы часто покупают заранее и укладывают на хранение до того момента, как будет строиться дом. Хранение должно быть правильно организовано, чтобы избежать порчи. Материал должен оставаться сухим. Однако бывают ситуации, когда, несмотря на все предпринятые меры, доски синеют и чернеют. Почему это происходит, поговорим подробнее.

Грибковые организмы

Грибкам подвержены все мягкие породы деревьев, которые считаются пористыми. Это, например, сосна и ель. Страдают от них и плотные породы, такие как бук или пихта.

Дело в том, что споры грибков переносятся по воздуху и ни один штабель, сложенный на свежем воздухе для естественной просушки и вентиляции, не уберечь от их воздействия. На активность и быстрое распространение грибковых спор влияет теплая температура и влажность. Поэтому стоит понимать, что не всегда есть возможность создать правильные условия для хранения пиломатериалов.

Обработка пиломатериалов

Если вы заметили синий или зеленоватый налет на досках, знайте, что сам процесс гниения еще не прошел, поэтому есть время провести обработку материала и остановить процесс распространения бактерий.

Грибки, поражающие древесину, бывают двух видов:

Споры, окрашивающие доски в синий или черный цвета, но не разрушающие ее и не влияющие на прочность;
Споры, вырабатывающие влагу для собственного развития и напрямую влияющие на прочность дерева (древесина становится рыхлой и спустя некоторое время разваливается, споры также опасны для здоровья человека, поэтому избавляться от них следует обязательно).

Как понять, какие бактерии поселились на материале? Нужно провести проверку с помощью гвоздя. Если он войдет в дерево без усилий на 0,5 см, то можете быть уверены, что начался гнилостный процесс. Если есть сопротивление и гвоздь невозможно ввести в дерево, то сверху лишь налет (грибок синевы), который можно убрать.

Особенно тщательно нужно осматривать пиломатериалы, которые будут использоваться для внутренней отделки. Дело в том, что если пропустить грибок, покрыть материалы лаком или другим составом, грибок будет разрушать дерево изнутри и внешний слой также распадется. Поэтому очень важно лишить грибок возможности размножаться и распространяться, и для этого используются различные средства.

Как обеззаразить пиломатериалы?

Можно использовать антисептики пред тем, как положить доски на хранение. Это будет хорошая профилактика. Если же доски уже нужно спасать, так как они покрыты налетом или явной плесенью, действия будут следующие:

Обработка специальным отбеливателем для древесины (на поперечном срезе всегда видно, на сколько сантиметров вглубь ушел грибок, где потемнения, поэтому и отбеливатель должен иметь соответствующую глубину проникновения);
Обработка антисептическим составом, который не даст бактериям развиваться внутри досок.

Таким образом, доски будут защищены изнутри. В качестве дополнения можно использовать укрывные составы, которые создают на поверхности специальный защитный слой.

Как правильно наносить антисептик на дерево?

Можно использовать разные приспособления – кисти, валики, пульверизаторы. Самый действенный способ – погрузить доски в состав полностью.

Стоит помнить, что при применении нескольких составов не допускается их смешивание. Нужно дать каждому слою тщательно просохнуть. Либо вы используете концентрированные средства, либо наносите продукты в несколько слоев, чтобы добиться высокой концентрации.

Обработка должна проходить на сухой и чистой древесине. Нет смысла пропитывать мерзлую или мокрую древесину. Поэтому нанесение составов должно проводиться в теплое время года.

Также важно обработать дерево со всех сторон, поэтому все составы наносятся до строительных работ или отделки.

Несмотря на то, что огонь уже с древних времён является помощником человека, он сохраняет множество тайн. Например, температура горения дров колеблется от 235 до 1050 градусов по Цельсию. Чтобы понять, почему разница в цифрах так велика, необходимо узнать, как происходит весь процесс, от растопки до затухания. И понять, какие факторы влияют на силу огня.

Характеристики и свойства пламени

Пламя является раскалённой газообразной средой и распространяется снизу-вверх. Это происходит потому, что тёплый воздух становится менее плотным. Нагреваясь, он устремляется вверх и увлекает за собой огонь. Поэтому растопку костра (печи) начинают снизу. Потому что подожжённая на самой вершине лучина не будет распространять огонь вниз, и он затухнет.

На земле высота пламени будет зависеть от того, насколько высока температура пламени костра из дров. Это напрямую связано с интенсивностью горения. А фазы растягиваются: от медленного тления до взрыва. Но чем больше сила огня, тем быстрее прогорает костёр.

Пламя умеет изменять свой цвет, и на это также влияет мощность. В процессе горения костёр проходит от красных спектров до фиолетовых и обратно. Но также палитра зависит от примесей в горючем. Если в горящий очаг бросить обычную поваренную соль, то пламя окрасится жёлтым. В этом виноват натрий. А борная кислота вызывает бирюзовый оттенок.

Поэтому, когда дрова горят ярким оранжевым цветом, то это значит, что в них много натриевых солей. А синий цвет у костра получается при неполном сгорании топлива. При этом выделяется угарный газ. Вот он и даёт подобный спектр.

Но бывает так, что пламя почти нельзя разглядеть. Бесцветность огня происходит при полном сгорании горючего. Когда оно выделяет только водяные пары и углекислоту. А эти вещества невидимы даже при нагревании.

Любое горение сопровождается дымом, поскольку образуется мелкодисперсный аэрозоль. Его частицы настолько мелкие, что не успевают оседать на землю и увлекаются нагретыми воздушными массами. А количество выделений зависит от кислорода. При его очень большой концентрации костёр горит, практически, бездымно. А если он еле тлеет, распространяя клубы смога, то это говорит о его нехватке.

Цвет у выделений напрямую связан с содержанием в топливе воды. Если в растопку положить мокрые дрова или свежескошенную траву, то из трубы повалит густой и белый дым. Но когда он окрашивается в чёрный спектр, то это говорит о большом количестве сажи в составе горючего. Ярким примером выступает плотный чёрный смог при полыхании автомобильной покрышки.

Процесс горения древесины

Для того, чтобы узнать при какой температуре горит дерево, нужно подробно рассмотреть весь процесс. От закладки дров в очаг до полного затухания огня в печи. А вся операция проходит поэтапно.

Разогрев

Чтобы участок древесины воспламенился, его необходимо нагреть. При температуре от 120 до 150 градусов по Цельсию начинается обугливание поверхности. При этом появляется вещество уже способное к воспламенению. Его называют углём.

Повышение нагрева до 250-350 °C способствует образованию пиролиза. Это газообразные составляющие, которые возникают при термическом распаде. При этом верхние слои угля в древесине уже начинают тлеть. Процесс происходит без огня, но с выделением дыма.

Возгорание пиролиза

Усиление термического распада, которое происходит при дальнейшем нагреве, приводит к тому, что выделенный газ начинает загораться. При этом очаг охватывает все большую площадь в виде цепной реакции. Появляется устойчивое пламя, окрашенное в яркий жёлто-оранжевый цвет.

Воспламенение

А вот древесина загорается, когда нагревание поверхности достигает температуры в 450-620 °C. Более точные цифры будут зависеть от сорта дерева. Но в целом влияние на термохимическую реакцию (воспламенение) оказывает куда большее количество факторов.

Достижение необходимой температуры зависит от:

формы и объёмного веса куска древесины;
количества влаги в нем;
того, как полено расположено в воздушном потоке;
силы тяги последнего;
плотности материала горючего.

Ольху, имеющую пористую структуру, разжечь намного проще, чем крепкий дуб. А круглое полено воспламеняется хуже, чем дрова, имеющие грани. Это же касается и массивности материала. Большие чурки очень трудно разжечь. Также плохо загорается струганная текстура. А медлительность процесса при влажных дровах объясняется тем, что много энергии тратится на выпаривание воды.

Горение

При условии, когда присутствует достаточный приток кислорода и тепловой энергии хватает, чтобы прогреть соседние участки, процесс переходит в устойчивую фазу. В ней уже задействован весь объем топлива, а огню помогает горение угля (тление) и взрывы пиролизных выделений.

Другие газы вычленяются медленнее и в процессе горения, практически, не участвуют. Охлаждаясь, они конденсируются и становятся заметными (белый цвет). А при тлении угля воздух все больше проникает в середину древесины и охват горения увеличивается.

Затухание

Процесс может продолжаться бесконечно при соблюдении всех условий:

В наличии есть ещё несгоревшее топливо.
Кислород поступает в достаточном количестве.
Уровень температуры огня не понижается критически.

Как только хоть одно из условий нарушается, то происходит затухание костра.

Измерение температуры горения

Проверить, до которого градуса разгорелся костёр, можно только специальной аппаратурой. Обычные термометры тут не подойдут. Точнее всего температура в печи может быть замерена с помощью пирометра. Но умельцы наловчились использовать даже мультиметр.

Видео описание

В этом видео показано, как узнать, какая температура в костре из дров, применяя мультиметр:

А в стародавние времена в народе определяли нужную температуру в костре по цвету пламени. Если присутствовали красные оттенки, то градусы ещё низкие. Белый спектр указывал на самую высокую температуру, которая создавалась искусственной тягой. Но при этом буквально вся тепловая энергия за очень короткое время вылетала в дымоход. А о том, что пора ставить на печь казан, говорил жёлтый цвет огня.

Современными исследованиями было установлено, что максимальная температура твёрдого топлива напрямую зависит от плотности материала. Этот показатель назвали жаропроизводительностью и стали измерят в процентном содержании каждой породы древесины.

Следующий список покажет, как максимальная температура зависит от жаропроизводительности:

Тополь: 39 % – 468 °C.
Ольха: 46 % – 552 °C.
Осина: 51 % – 612 °C.
Сосна: 52 % – 624 °C.
Липа: 55 % – 660 °C.
Акация: 59 % – 708 °C.
Пихта: 63 % – 756 °C.
Берёза: 68 % – 816 °C.
Летний дуб: 70 % – 840 °C.
Лиственница: 72 % – 865 °C.
Зимний дуб: 75 % – 900 °C.
Граб: 85 % – 1020 °C.
Ясень и бук: 87 % – 1044 °C.

Чем больше пор внутри древесины, тем ярче и выше у неё пламя. Но при этом она сгорает быстро и даёт не так много тепла, как топливо с высокой плотностью. А у последнего материала из-за этого повышена жаропроизводительность, хоть пламя остаётся небольшим.

Повара, часто готовящие на открытом огне мясо, наловчились проверять готовность костра без приборов. Температура горения древесного угля в мангале может быть проверена вручную. Но это только приблизительные цифры. Для этого нужно провести рукой над поверхностью углей на расстоянии от них в 10 см.

Количество секунд, которые ладонь сможет выдержать, скажут о примерной температуре:

5 – значит в мангале меньше 150 °C;
4 – говорят о 200 °C;
3 – покажут, что очаг разогрелся до 260 °C;
2 – поведают, что там около 290 °C;
1 – значит мангал готов к приёму мяса и там больше 350 °C.

От чего может зависеть температура

Но плотность (порода) древесины не единственный момент, который определяет с какими градусами будут гореть дрова. Рассмотрим два основных фактора, которые значительно влияют на повышение теплоотдачи.

Влажность

У свежеспиленного дерева показатель влажности находится в среднем на отметке в 55%. Если такой ствол тут же разрубить на дрова и сразу закинуть их в печку, то большая часть выделенной тепловой энергии будет уходить на испарение влаги. Поэтому теплоотдача такого топлива значительно занижена и температура горения дерева в печи слишком поздно достигнет максимальных показателей.

Если другого горючего нет в наличии, то для обогрева помещения в зимний период придётся затратить вдвое больше таких дров. Но перерасход свежесрубленного топлива не единственный убыток в хозяйстве. Использование сырого материала повышает выделение сажи при сжигании. А значит чаще придётся обслуживать дымоход, причём возможно на морозе. Иначе производство тепла в печи упадёт до минимума.

Чтобы не впадать в финансовые затраты, экстренно покупая сухие дрова, заготовкой топлива необходимо заниматься заблаговременно. При этом нужно помнить, что расколотые поленья должны пролежать под навесом не меньше одного года. Только в этом случае их влажность опустится до 20%.

Следующая таблица позволит сравнить показатели теплоты сгорания у дров с влажностью 50% и древесины, пролежавшей год в штабеле под крышей.

Древесина	Сосна	Берёза	Ель	Осина	Ольха	Ясень
Сырая	1900	2371	1667	1835	1972	2550
Сухая	2166	2716	1902	2117	2244	2907

Подача воздуха

Снизить теплоотдачу дров можно, если ограничить поступление кислорода в очаг. Само собой, и температура горения берёзовых дров в печи заметно понизиться. Это произойдёт, если задвинуть заслонку, отвечающую за тягу. При этом время сгорания древесины увеличивается и происходит экономия топлива.

Так привыкли делать многие владельцы домов на печном отоплении. Но уменьшение теплоотдачи сказывается на тепле в помещении. Тогда заслонка открывается до отказа, чтобы экстренно повысить температуру сгорания топлива. И переизбыток воздуха является следствием, что буквально все тепло уходит в дымоход.

Поэтому при растопке печи опытным путём находится то положение заслонки, при котором кислород поступает в топку в должном количестве, чтобы обеспечить оптимальное горение топлива. Но проблема нехватки воздуха или его избыток не единственная. Если в поддувало подаётся слишком холодный воздух, это приводит к тому, что он отнимает часть тепла.

Решением может стать обустройство специального канала, в котором поступающий в топку кислород будет подогреваться от стен топливника.

Видео описание

В этом видео наглядно о том, какая температура в мангале на углях и как добиться максимального огня даже не используя силу тяги:

Коротко о главном

Подводя итоги можно понять, чтобы добиться максимальной теплоотдачи от сжигаемых дров, необходимо:

Подбирать древесину с наибольшей плотностью.
Подготавливать дрова заранее, занимаясь распиловкой стволов и разрубкой поленьев.
Понижать влажность в древесине, выдерживая её в штабелях под навесом в течение минимум одного года.
При сжигании в печи обеспечить к огню приток кислорода в необходимом количестве, стараясь не превышать требуемый порог.

Соблюдение всех заданных условий будет гарантом, что температура сгорания древесины достигнет своего максимального значения, но не пропадёт в дымоходе. При разумном подходе вся теплоотдача останется в жилом помещении и оптимально его обогреет.

Для простейшего качественного анализа возьмём деревянную дощечку и положим её плашмя на тлеющие угли очага (рис. 95). Ясно, что доска должна нагреваться снизу, а значит и дрова в кострах и в печах вспыхивают и горят снизу. Поминутно перевёртывая дощечку для осмотра нагревающейся стороной вверх, можно заметить, что сначала обугливаются и начинают тлеть заусеницы (ворсинки) на поверхности доски 3. Поэтому для облегчения загорания дров, перед растопкой на поленьях иногда делают топором крупные насечки (заусенцы, заструги). И наоборот, для предотвращения преждевременного воспламенения, доски обжигают паяльной лампой (газовой горелкой, факелом, лучиной) для удаления ворсистости поверхности древесины, например, на потолке курной бани.

Рис. 95. Воспламенение и горение деревянной дощечки, закладываемой на угли (пламя) в печи: 1 — деревянная дощечка (вид с торца), 2 — угли (пламя) в печи, 3 — заусеница, воспламеняющаяся в первую очередь, 4 — пористый газопроницаемый обугливающийся слой, 5 — газообразные горючие продукты пиролиза (летучие), сгорающие в обугливающемся слое в режиме тления, 6 — распределение температуры при тлеющем горении, 7 — летучие, сгорающие вне древесины в форме пламени, 8 — распределение температуры при пламенном горении, 9 — пламя (факел), охватывающее нижнюю пласть (сторону) доски и вырывающееся вверх за кромкой доски, 10 — годичные слои древесины (иллюстративно).

Конечно, воспламенившиеся заусенцы в виде микроугольков могут поджечь дощечку лишь в том случае, если она уже вся в своей массе предварительно нагрета до температуры воспламенения. Наша же дощечка в эксперименте пока холодная, так что воспламенившиеся заусеницы пока не могут воспламенить массив дощечки.

Продолжая нагревать дощечку на раскалённых углях, мы замечаем, что поверхность нижней пласти (широкой стороны) дощечки начинает постепенно буреть, а затем и чернеть (обугливаться). Однако, при перевёртывании доски ни тления, ни устойчивого пламени на её горячей стороне пока нет. Лишь местами видны ленивые голубые прозрачные всполохи (см. поз. 9 на рис. 94), похожие на горение метана в кухонной плите или спирта в медицинской спиртовке. Это указывает на то, что из доски начинают выделяться горючие газы, причём, видимо, простейшие вещества (типа спиртов, альдегидов, кетонов, окиси углерода и т. п.) в незначительном количестве и в виде смеси с воздухом. Все эти соединения имеют высокую подвижность в порах древесины (особенно в продольном направлении) ввиду высоких коэффициентов диффузии в воздухе D т =Dₒ(Т/273)n, где Т — температура в градусах Кельвина (П.А. Долин, Справочник по технике безопасности, М.: Энергоатомиздат, 1984 г.):

Вещество, продукт	Dₒ, см²/сек	n
Водород	0,660	1,70
Формальдегид	0,146	1,81
Метиловый спирт	0,129	2,08
Вода	0,216	1,80
Окись углерода	0,149	1,72
Двуокись углерода	0,138	1,80
Метан	0,196	1,76
Бензол, фенол	0,077	1,86
Нафталин	0,062	1,89
Бензин	0,061	2
Керосин	0,046	2
Уайт-спирит	0,050	2
Масла автотракторные	0,035	2

При дальнейшем прогреве дощечки обугливающийся слой на нижней пласти (на широкой стороне) начинает тлеть (то есть гореть без пламени). При этом из дощечки (причём преимущественно с торцов) начинает выделяться белый (бурый) дым. Это конденсат (роса, туман) жижки, выходящей из пор древесины в виде газа (паров) сначала диффузионно, а затем и под напором (струями). Наконец, на границе с кромкой (узкой стороной) белый дым воспламеняется, возникает светло-жёлтое пламя, впоследствие охватывающее всю нижнюю пласть. Это означает, что доска воспламенилась, и если её извлечь из очага, она может гореть на воздухе самостоятельно.

Горение может попеременно переходить то в тлеющий режим, то в пламенный (факельный, огневой). Оба режима тесно связаны между собой общей природой, но отличаются химизмом и кинетикой. В режиме тления главным (ведущим) процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). В режиме пламенного горения ведущим является горение газообразных продуктов пиролиза. В режиме тления газообразные продукты выделяются медленно (столь же медленно, как горит обугленный слой древесины), не могут воспламеняться из-за малой концентрации паров и при охлаждении конденсируются, давая обильный белый дым.

Скорость сгорания углей в режиме тления ограничивается скоростью диффузии молекул кислорода в воздухе к поверхности обугленного слоя и внутрь него (навстречу диффундирующим от поверхности молекулам углекислого газа), то есть механизм окисления в режиме тления является диффузионным (по аналогии с процессами испарения).

Если тлеющую поверхность обдуть потоком воздуха, то она начнёт разгораться. Тлеющая поверхность получает всё большее (может быть даже чрезмерное) количество кислорода. Скорость потребления кислорода теперь уже ограничивается скоростью самой реакции окисления (кинетикой реакции). Поэтому режим разгорания называется кинетическим. Скорость реакции окисления очень быстро (экспоненциально) растёт с температурой, так что по мере разогрева поверхности растёт темп нагрева, и реакция идёт в разгон. Скорость выхода газообразных продуктов пиролиза становится столь большой, что они уже не успевают сгореть ни внутри, ни на поверхности обугленного слоя, выходят наружу и сгорают в виде пламени (факела). Поверхность обугленного слоя целиком оказывается в атмосфере газов пиролиза, которые сплошным потоком продувают обугленную поверхность, оттесняя с поверхности углей воздух. Поскольку продукты пиролиза не содержат свободного кислорода, обугленный слой перестаёт окисляться. Тем не менее, поверхность обугленного слоя остаётся раскалённой, но теперь уже не за счёт горения углей, а за счёт нагрева от пламени.

Рис. 96. Костры: а — колотые поленья уложены шатром (двускатным или конусным), поджигаемые снизу лучинами; б — три бревна на общей подкладке со сближенными концами, поджигаемые вспомогательным костром или керосином, горят до 6-8 часов; в — три бревна диаметром 25-30 см, глубоко насечённые топором, уложенные отёсаными сторонами друг к другу с прокладкой из щепы и стружек от тёса, разжигаемой по всей длине брёвен, горят 9-10 часов.

Во-вторых, пламя над древесиной (так же как над парафиновой свечей) образуется в месте контакта объёма горючего газа с окружающим воздухом (в оболочке языков пламени). В зону (плёнку, слой) горения с одной стороны непрерывно диффундируют молекулы горючего газа, с другой стороны - молекулы кислорода; продукты горения (молекулы воды и двуокиси углерода) столь же непрерывно удаляются диффузией навстречу кислороду и горючему газу (А.Г. Гейдон, Спектроскопия и теория горения, М.: ИЛ, 1950 г.; А.Г. Гейдон, Х.Г. Вольфгард, Пламя, его структура, излучение и температура, М.: Металлургиздат, 1959 г.; P.M. Фристром, A.A. Вестенберг, Структура пламени, М.: Металлургия, 1969 г.). Не углубляясь в теорию диффузионного горения, напомним, что пламя при этом может потреблять лишь ограниченное количество кислорода, лимитируемое не кинетикой химреакции, а скоростью диффузии кислорода (определяющейся парциальным давлением кислорода в воздухе, а также температурой и давлением воздуха в топливнике). Если при изменении расхода воздуха через печь эти параметры изменяются, то только тогда изменяется и температура пламени (то есть скорость реакции и температура газа в зоне горения), а значит, и цвет излучения сажистых частиц, имеющих ту же температуру, что и газ.

В заключение отметим, что понятия температур воспламенения и самовоспламенения древесины весьма неопределены и даже более условны, чем в случае жидкостей, поскольку при воспламенении древесины мы имеем дело со взаимодействием воздуха сразу с тремя фазами: твёрдой, жидкой и газообразной. Наиболее простой случай для анализа явлений воспламенений — смесь горючего газа с воздухом. Для каждого горючего газа имеется вполне определённая область концентрации газа в воздухе, когда смесь может воспламениться. Эта область концентрации называется концентрационными пределами распространения пламени (КПР по ГОСТ 12.1.044-89) или, как говорили раньше, концентрационными пределами воспламенения (КПВ). Если концентрация (содержание) горючего газа в смеси ниже нижнего концентрационного предела воспламенения (взрываемости) НКПВ, то смесь не может воспламениться (с выделением пламени и с существенным повышением температуры). В концентрационных пределах воспламенения смесь самопроизвольно вспыхивает при определённой температуре самовоспламенения (как в дизеле). Температуры воспламенения (то есть такой температуры, при которой смесь можно зажечь внешним поджигающим устройством) как таковой нет (вернее, она очень низкая) — достаточно нагреть внешним высокотемпературным источником некую минимальную зону смеси до температуры самовоспламенения. Для ориентировки укажем, что НКПВ для нафталина составляет 0,44% об., для бензола 1,43% об., для водорода 4,09% об., окиси углерода 12,5% об., генераторного газа (синтез-газа) 20,0% об., скипидара 0,73% об. Температуры самовоспламенения могут быть весьма низкими: наинизшие значения у кислородосодержащих углеводородов — эфиров 160-200°С, спиртов 200-300°С, скипидара 300°С. Ясно, что основной преградой к воспламенению горючих газов пиролиза древесины (с появлением пламени) является их низкая концентрация в воздухе над древесиной. Причём воспламеняются в первую очередь сложные соединения, но отнюдь не водород и окись углерода.

У горючих жидкостей в соответствии с ГОСТ 12.1.004-76 различают температуру вспышки (при которой над поверхностью жидкости достигается НКПВ паров и возможна кратковременная вспышка от внешнего источника зажигания, но поддержание горения оказывается в дальнейшем невозможным из-за малой скорости поступления паров из жидкости в воздух), температуру воспламенения (при которой пары воспламеняются от внешнего источника и продолжают гореть) и температуру самовоспламенения (при которой пары воспламеняются и горят самостоятельно без внешнего источника воспламенения). Температуры вспышки очень низки и составляют Твсп=0,736Ткип (эмпирическая формула Орманди-Грэвена), где Твсп и Ткип — температуры вспышки и кипения жидкости в градусах Кельвина Т=273+1, где I в градусах Цельсия. Так, температура вспышки скипидара всего 34°С, но никаких вспышек паров над тёплой древесиной от внешнего источника (например, спички) никогда не наблюдалось. Это означает, что скипидар в древесине находится в соединениях, разрушающихся лишь при пиролизе.

У горючей же древесины обычно различают температуру воспламенения летучих (газообразных продуктов пиролиза) и температуру самовоспламенения обугленного слоя (твёрдых продуктов пиролиза). Температура самовоспламенения летучих интереса не представляет, так как температура самовоспламенения угля обычно ниже температуры самовоспламенения летучих. Считается, что температура воспламенения летучих (газообразных продуктов пиролиза) составляет 270-300°С в том смысле, что при нагреве древесины до такой температуры можно добиться по крайней мере кратковременной вспышки газообразных продуктов пиролиза от внешнего источника зажигания. Температура самовоспламенения обугленного слоя (и фактически древесины, поскольку древесина при температурах самовоспламенения уже имеет обугленный слой), более информативна, поскольку определяет пожарную опасность древесины как конструкционного материала и лёгкость зажигания древесины как топлива. Считается, что древесный уголь древесины разных пород самовоспламеняется на воздухе при 300-470°С, однако при очень длительном нагреве древесины в связи с возможностью образования ультрамелкой сажи на поверхности древесины (пирофорного угля) может наблюдаться самовоспламенение уже при 140°С. Так или иначе, финские специалисты полагают, что деревянные потолки в саунах в принципе способны самовоспламеняться при 140°С (при поддержании сухой сауны в квартире в разогретом виде, может быть, и годами). Поэтому на электрокаменках рекомендуется устанавливать термовыключатели, срабатывающие при температурах потолка 140°С. Что касается пожарников, то они в нашей стране полагают, что температуры самовоспламенения древесины превышают 320°С, в связи с чем максимальная температура внешних поверхностей металлических печей по НПБ 252-98 установлена 320°С (в помещениях с временным пребыванием людей).

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, сначала его нужно нагреть до температуры воспламенения.

Разогрев - это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры.

Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С - начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть ( гореть без пламени).

При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если прекратить нагрев, то возгорания не наступит. Наличие дыма говорит лишь том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым - это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобреные приличной порцией водяного пара.

Вспышка пиролизных газов.

При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.
Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Воспламенение.

Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С.

Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное,, вертикальное) и т, п.

Решающее значение для процесса горения имеет плотность материала. Легкая, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.

Горение древесины.

Если упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе самостоятельно.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз - пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим процессом является горение газообразных продуктов пиролиза., которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Затухание древесины.

Если одно из этих условий не соблюдается, то пламя затухает и весь процесс воспламенения и горения, либо прекращается, либо, в точности повторяется с самого начала, в зависимости от стабильности наружного источника тепла.

Читайте также: