Spalanie stałych materiałów
Spalanie stałych materiałów
palnych
palnych
Szkoła Główna Słu\
by Po\
arniczej
dr Marzena Półka
SPALANIE CIAA
A STAA
EGO
W warunkach po\
arowych zazwyczaj spalają się materiały
stałe.
Materiał palny w stałym stanie skupienia mo\
e spalać się
płomieniowo i/lub bezpłomieniowo.
sublimacja
topnienie parowanie
topnienie rozkład
ciało stałe ciecz para
parowanie
rozkład rozkład
topnienie parowanie
rozkład + parowanie
gazy
niepalne
powietrze
rozkład
materiał
zapalenie mieszaniny płomień produkty
termiczny
gazy
palny
spalania
palne
gazowej
-Q1
+Q1
(proces
(proces
endotermiczny)
egzotermiczny)
produkty
ciekłe
tlenie
zwęglona
pozostałość
powietrze
energia cieplna wydzielona z płomienia
i przekazana do materiału palnego
SPALANIE CIAA
A STAA
EGO (zazwyczaj) JEST
POPRZEDZONE:
" 1. ogrzewaniem materiału
O charakterystyce cieplnej ciała stałego stanowi w tym etapie
decyduje: odporność cieplna (wytrzymałość termiczna).
Odporność cieplną określa się poprzez podanie maksymalnej
temperatury ciała stałego, w której zachowuje on jeszcze swoje
u\
ytkowe właściwości mechaniczne.
Stabilność termiczna polimerów wią\
e się ściśle z ich budową
chemiczną, a przede wszystkim z energią wiązań pomiędzy
atomami tworzÄ…cymi makroczÄ…steczkÄ™ i czynnikami
 makroskopowymi .
Długotrwała stabilność termiczna  klasycznych  polimerów nie
przekracza na ogół 130oC.
Rodzaj tworzywa polimerowego Maksymalna temperatura odporności
cieplnej
[oC]
Bawełna 90
Poliamid 105
Kauczuk butylowy
śywice epoksydowe 120
Estry celulozy
Poliwęglan 130
Poli(tereftalan etylenu)
Poliestry arylowe 155
polisulfony
Poliestroimidy 180
Poliimidy >180
2. jego rozkładem termicznym bądz
pirolizÄ…
Termostabilność określa temperatura, w której rozpoczyna
się destrukcja chemiczna ciała stałego.
Rozkład termiczny czy piroliza jest procesem
endotermicznym i nieodwracalnym.
3. zapaleniem
Inicjacja spalania płomieniowego
zapłon pilotowy samozapłon samozapalenie
(wymuszony) (zapalenie, zapłon wymuszony) (samoistny)
&
2 2
QE
"
m
Ć
&
2 2
QL
Zapłon pilotowy materiałów
Zapłon pilotowy materiałów
stałych:
stałych:
ciągły (ustalony)
zapłon chwilowy (nietrwały)
& &
& 2 2 2 2 2 2
(Ć Å" "HC - LV )Å" mcr + QE - QL = S
gdzie:
- Ć
maksymalny (ułamek) ciepła spalania zawracany do
powierzchni materiału;
"HC
- ciepło spalania [kJ/kg];
LV ciepło gazyfikacji materiału [kJ/g];
-
& 2 2
mcr
- krytyczny strumień masy produktów lotnych tworzony z
materiału palnego, decydujący o spalaniu [kg/s];
&
2 2
QE gęstość zewnętrznego strumienia ciepła [kW/m2];
-
&
2 2
- QL
gęstość strumienia ciepła traconego (straty ciepła)
[kW/m2].
Spalanie ciągłe (ustalone) będzie rozwijać się po zapaleniu
palnych produktów gazowo-parowych tylko, jeśli S > 0 tzn.
jeśli wystarczająca nadwy\
ka ciepła jest dostarczona aby
spowodować podwy\
szenie temperatury powierzchni
materiału.
Konsekwencją tego będzie wzrost szybkości tworzenia palnej
fazy lotnej i wzmocnienie (intensyfikacja) płomienia.
Stabilizacja płomienia na powierzchni materiału, szybkość
ubytku ciepła z powierzchni materiału po zapłonie produktów
gazowo parowych determinują czy spalanie płomieniowe
będzie ustalone (podtrzymywane).
Warunek zapłonu chwilowego (trwałego) i samozapłonu czy
samozapalenia palnej fazy lotnej
1. odpowiednia wartość minimalnej temperatury powierzchni
ciała stałego, przy której przepływ gazowo-parowej
mieszaniny (fazy lotnej) jest wystarczający do zapłonu lub
zapalenia (podtrzymania spalania płomieniowego),
2. krytyczny strumień masy produktów lotnych tworzony z
materiału palnego, decydujący o spalaniu
3. minimalny strumień ciepła niezbędny do zapalenia palnej
fazy lotnej uzyskanej z materiału stałego.
Materiał: Krytyczna wartość gęstości Krytyczna temperatura
strumienia promieniowania ciepła powierzchni materiału palnego
(kW/m2) (oC)
zapłon pilotowy zapłon zapłon pilotowy Zapłon
samoistny samoistny
 Drewno 12a 28a 350b 600c
płyta wiórowa 28d - - -
twarda płyta 27d - - -
pilśniowa
PMMA 21d - 270e -
Elastyczny PUF 16g - 270b -
Polioksymetyle 17g - - -
n
Polimetylen 12 - - -
Polietylen /42% 22 - - -
Cl
W przypadku samozapłonu palne produkty gazowo-parowe
ulatniające się z powierzchni palnych ciał stałych mogą ulegać
zapaleniu jeśli mieszanina parowo/powietrzna gdziekolwiek
wewnątrz tworzącego się strumienia masy produktów ma
wystarczajÄ…co wysokÄ… temperaturÄ™.
Ten typ zapoczątkowania spalania wymaga większego
zewnętrznego strumienia ciepła, ni\
zapłon produktów rozkładu
termicznego i spalania, poniewa\
wymagana jest większa
temperatura powierzchni materiału.
Pod wpływem oddziaływania zewnętrznego strumienia
promieniowania ciepła mo\
liwe jest, pochłanianie tego\

promieniowania przez produkty gazowe, które mo\
e przyczyniać
siÄ™ do obni\
enia temperatury powierzchni substancji stałej.
Typ przekazywania Temperatura powierzchni drewna dla:
ciepła
samozapłonu zapłonu pilotowego
Promieniowanie 600 º C 300  410 º C
Konwekcja 490 º C 450 º C
Wpływ parametrów fizyko-
chemicznych materiałów na ich
palność
G
STOŚĆ- wielkość określająca masę substancji zawartej w
objętości jednostkowej
Dla substancji jednorodnej:
m
 = [kg/m3]
V
dla substancji niejednorodnej w danym punkcie, masa zawarta w
niewielkiej objętości "V
"m
 = [kg/m3]
"V
Mała gęstość materiału palnego sprzyja samonagrzewaniu się
materiału wskutek stosunkowo mniejszego przewodnictwa
cieplnego materiału.
Gęstość maleje materiał szybciej się zapala
Np. drewno- gatunki liściaste np. dąb, gatunki iglaste np. sosna
CIEPA
O WA
AŚCIWE  ilość ciepła Q, jaką trzeba dostarczyć do
ogrzania 1kg ciepła aby jego temperatura wzrosła o 1 stopień.
Q
=
C
p
"t Å" m
Temperatura materiałów o wysokich Cp wzrasta wolniej ni\

materiałów o niskim Cp.
Np. tworzywa sztuczne
Ciepło właściwe charakteryzuje dany materiał pod kątem ilości
ciepła, jakie w czasie ogrzewania mo\
e on zmagazynować i jak
długo mo\
e on to ciepło w sobie utrzymać.
PRZEWODNICTWO CIEPLNE-Przewodzenie ciepła przebiega na
ogół zgodnie z prawem Fouriera. Gęstość przewodzonego
strumienia ciepła jest wprost proporcjonalna do gradientu
temperatury na określonej długości.
W
"T
q = -
 m Å" K
"n
Współczynnik przewodzenia ciepła określa ilość ciepła, jaka
Współczynnik przewodzenia ciepła określa
mo\
e przepłynąć przez przegrodę budowlaną.
Du\
e znaczenie w procesie przepływu strumienia ciepła przez
materiał odgrywa te\
zdolność wewnętrznej części przegrody do
oddawania ciepła do pomieszczenia przez promieniowanie i
konwekcje  opór cieplny.
opór cieplny
Opór cieplny [m2·K/W]
Materiał budowlany
(przegroda pionowa grubości 10 cm)
0,05
Beton zwykły
0,20
Pustak ceramiczny
0,33
PÅ‚yty gipsowe drÄ…\
one
2,40
Wełna mineralna
2,60
Styropian
Wysoka wartość przewodnictwa cieplnego powoduje, \
e ciepło
jest przekazywane o wiele szybciej ni\
byłoby przekazywane
przy niskim przewodnictwie cieplnym.
Wartości  wybranych materiałów budowlanych (T = 293 K)
 [] materiał  []
W W
materiał
m Å" K m Å" K
stal 45,8 azbest 0,15
Cegła zwykła 0,69 Pianka 0,034
poliuretanowa
Beton 0,8-1,4 Powietrze 0,026
PÅ‚yta szklana 0,79
Szkło 0,19
organiczne
dÄ…b 0,17
Sosna 0,14
pospolita
POJEMNOŚĆ CIEPLNA- jest to iloczyn gęstości, współczynnika
przewodzenia ciepła  i ciepła właściwego .
 " C " 
P = [W2s/m4K2]
p
Im materiał ma ni\
szą pojemność cieplną tym szybciej się ogrzewa i
szybciej zapala (mniej ciepła potrzeba do akumulacji wewnątrz
materiału).
SZYBKOŚĆ WYDZIELANIA CIEPA
A
SZYBKOŚĆ WYDZIELANIA CIEPA
A
Szybkość wydzielania ciepła jest to ilość ciepła [kJ], która wydziela
się podczas spalania jednostki powierzchni materiału [m2], w
jednostce czasu [s]
Maksymalna wartość szybkości wydzielania
Materiał polimerowy
ciepła [kW/m2]
Bawełna 450
Polietylen o du\
ej gęstości 1400
Polietylen o niskiej gęstości 800
Polipropylen 1500
Polistyren 1100
Poli(metakrylen metylu) 670
Poli(chlorek winylu) plastyfikowany 167
Poli(chlorek winylu) nie plastyfikowany 180
Drewno 310