Продуктами сгорания называют газообразные, жидкие и твердые вещества, образующиеся в результате соединения горючего вещества с кислородом в процессе горения. Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. В условиях пожара чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, бензин, керосин, резина и др.), в состав которых входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. При горении их в достаточном количестве воздуха и при высокой температуре образуются продукты полного сгорания: СО₂, Н₂О, N₂. При горении в недостаточном количестве воздуха или при низкой температуре кроме продуктов полного сгорания образуются продукты неполного сгорания: СО, С (сажа).

Продукты сгорания называют влажными, если при расчете их состава учитывают содержание паров воды, и сухими, если содержание паров воды не входит в расчетные формулы.

Реже во время пожара горят неорганические вещества, такие как сера, фосфор, натрий, калий, кальций, алюминий, титан, магний и др. Продуктами сгорания их в большинстве случаев являются твердые вещества, например Р₂О₅, Na₂O₂, CaO, MgO. Образуются они в дисперсном состоянии, поэтому поднимаются в воздух в виде плотного дыма. Продукты сгорания алюминия, титана и других металлов в процессе горения находятся в расплавленном состоянии.

Дым представляет собой дисперсную систему, состоящую из мельчайших твердых частиц, взвешенных в смеси продуктов сгорания с воздухом. Диаметр частиц дыма колеблется от 1 до 0,01 мкм. Объем дыма, образующегося при горении единицы массы (кг)

или объема (м³) горючего вещества в теоретически необходимом объеме воздуха (L=1) приведен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Объем дыма при горении  горючих веществ

Наименование горючего вещества	Объем дыма, м3/кг	Наименование  горючего газа	Объем дыма, м3/ м3
Ацетон	8,14	Ацетилен	12,40
Бензин	12,59	Бутан	33,44
Бумага	4,21	Водород	2,88
Древесина (сосна) (W = 20 %)	4,40	Метан	10,52
Керосин	12,80	Пропан	25,80
Резина	10,22	Природный газ	10,40
		Этан	18,16

В составе дыма, образующегося на пожарах при горении органических веществ, кроме продуктов полного и неполного сгорания, содержатся продукты термоокислительного разложения горючих веществ. Образуются они при нагреве еще негорящих горючих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма, содержащего кислород. Обычно это происходит перед факелом пламени или в верхних частях помещений, где находятся нагретые продукты сгорания.

Состав продуктов термоокислительного разложения зависит от природы горючих веществ, температуры и условий контакта с окислителем. Так, исследования показывают, что при термоокислительном разложении горючих веществ, в молекулах которых содержатся гидроксильные группы, всегда образуется вода. Если в составе горючих веществ находятся углерод, водород и кислород, продуктами термоокислительного разложения чаще всего являются углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и органические кислоты. Если в составе горючих веществ, кроме перечисленных элементов, есть хлор или азот, то в дыме находятся также хлористый и цианистый водород, оксиды азота и другие соединения. Так, в дыме при горении капрона содержится цианистый водород, при горении линолеума «Релин» – сероводород, диоксид серы, при горении органического стекла – оксиды азота. Продукты неполного сгорания и термоокислительного разложения в большинстве случаев являются токсичными веществами, поэтому тушение пожаров в помещениях производят только в кислородных изолирующих противогазах.

Вид формулы для расчета объема продуктов полного сгорания при теоретически необходимом количестве воздуха зависит от состава горючего вещества.

Горючее вещество – индивидуальное химическое соединение. В этом случае расчет ведут, исходя из уравнения реакции горения. Объем влажных продуктов сгорания единицы массы (кг) горючего вещества при нормальных условиях рассчитывают по формуле

,                                         (1.9)

где - объем влажных продуктов сгорания, м³/кг;  ,  ,  ,   — число    киломолей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества в уравне-        нии реакции горения;  М – масса горючего вещества, численно равная молекулярной  массе, кг.

Пример 1.2. Определить объем сухих продуктов сгорания 1 кг ацетона при нормальных условиях. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе

.

Определяем объем сухих продуктов сгорания ацетона

Объем влажных продуктов сгорания 1 м³ горючего вещества (газа) можно рассчитать по формуле

,                                                   (1.10)

где - объем влажных продуктов сгорания 1 м³ горючего газа, м³/м³; , , ,  — число молей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества (газа).

Горючее вещество – сложная смесь химических соединений. Если известен элементный состав сложного горючего вещества, то состав и количество продуктов сгорания 1 кг вещества можно определить по уравнению реакции горения отдельных элементов. Для этого составляют уравнения реакции горения углерода, водорода, серы и определяют объем продуктов сгорания, приходящийся на 1 кг горючего вещества. Уравнение реакции горения имеет вид

С + О₂ + 3,76N₂ = СО₂ + 3,76N₂.

При сгорании 1 кг углерода получается 22,4/12 = 1,86 м³ СО₂ и 22,4×3,76/12 =7,0 м³ N₂.

Аналогично определяют объем (в м³)  продуктов сгорания 1 кг серы и водорода. Полученные данные приведены ниже:

	СО2	N2	Н2О	SO2
Углерод ………..	1,86	7,00	-	-
Водород ………..	-	21,00	11,2	-
Сера ……………	-	2,63	-	0,7

При горении углерода, водорода и серы кислород поступает из воздуха. Однако в состав горючего вещества может входить кислород, который также принимает участие в горении. В этом случае воздуха на горение вещества расходуется соответственно меньше.

В составе горючего вещества могут находиться азот и влага, которые в процессе горения переходят в продукты сгорания. Для их учета необходимо знать объем 1 кг азота и паров воды при нормальных условиях. Объем 1 кг азота равен 0,8 м³, а паров воды 1,24 м³. В воздухе при 0 ⁰С и давлении 101 325 Па на 1 кг кислорода приходится 3,76×22,4/32=2,63 м³  азота.

На основании приведенных данных определяют состав и объем продуктов сгорания 1 кг горючего вещества.

Пример 1.3. Определить объем и состав влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля, состоящего из 75,8  % С, 3,8 % Н, 2,8 % О, 1,1 % N, 2,5 % S, W = 3,8 %, A=11,0 %.

Объем продуктов сгорания будет следующий, м³ (табл. 1.3).

Объем продуктов сгорания каменного угля

Состав продуктов сгорания	СО2	Н2О
Углерод	1,86× 0,758 = 1,4	-

Водород	-	11,2× 0,038 = 0,425
Сера	-	-
Азот в горючем веществе	-	-
Влага в горючем веществе	-	1,24× 0,03 = 0,037
Сумма	1,4	0,462

Продолжение табл. 1.3

Состав продуктов сгорания	N2	SO2
Углерод	7× 0,758 = 5,306	-
Водород	21× 0,038 = 0,798	-
Сера	2,63× 0,025 = 0,658	0,7× 0,025 = 0,017
Азот в горючем веществе	0,8× 0,011 = 0,0088	-
Влага в горючем веществе	-	-
Сумма	6,7708 - 0,0736 = 6,6972	0,017

Из общего объема азота вычитают объем азота, приходящийся на кислород в составе каменного угля 0,028×2,63 = 0,0736 м³. Итог табл. 1.3 указывает состав продуктов сгорания каменного угля. Объем влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля равен

=1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 м³/кг.

Горючее вещество – смесь газов. Количество  и состав продуктов сгорания  для смеси газов определяют по уравнению реакции горения компонентов, составляющих смесь. Например, горение метана протекает по следующему уравнению:

СН₄ + 2О₂ + 2×3,76N₂ = СО₂ + 2Н₂О + 7,52N₂.

Согласно этому уравнению, при сгорании 1 м³ метана получается 1 м³ диоксида углерода, 2 м³ паров воды и 7,52 м³ азота. Аналогично определяют объем (в м³) продуктов сгорания 1 м³ различных газов:

	СО2	Н2О	N2	SO2
Водород ……………….	-	1,0	1,88	-
Окись углерода ……….	1,0	-	1,88	-
Сероводород ………….	-	1,0	5,64	1,0
Метан  …………………	1,0	2,0	7,52	-
Ацетилен ………………	2,0	1,0	9,54	-
Этилен …………………	2,0	2,0	11,28	-

На основании приведенных цифр определяют состав и количество продуктов сгорания смеси газов.

Анализ продуктов сгорания, взятых на пожарах в различных помещениях, показывает, что в них всегда содержится значительное количество кислорода. Если пожар возникает в помещении с закрытыми оконными и дверными проемами, то пожар при наличии горючего может продолжаться до тех пор, пока содержание кислорода в смеси воздуха с продуктами сгорания в помещении не снизится до 14 – 16 % (об.). Следовательно, на пожарах в закрытых помещениях содержание кислорода в продуктах сгорания может быть в пределах от 21 до 14 % (об.). Состав продуктов сгорания во время пожаров в помещениях с открытыми проемами (подвал, чердак) показывает, что содержание в них кислорода может быть ниже 14 % (об.):

	СО	СО2	О2
В подвалах ………	0,15 — 0,5	0,8 — 8,5	10,6 — 19
На чердаках …….	0,1 — 0,6	0,3 — 4,0	16,0 — 20,2

По содержанию кислорода в продуктах сгорания на пожарах можно судить о коэффициенте избытка воздуха, при котором происходило горение.

Пример 1.4. Определить коэффициент избытка воздуха при пожаре в помещении, если во взятом на анализе дыме содержалось 19 % (об.) О₂. Коэффициент избытка воздуха находим, пользуясь формулой (1.8).

.

После изучения вопроса о продуктах сгорания решите самостоятельную задачу.

Задача 1.3. Определить объем влажных продуктов сгорания 1 м³доменного газа, состоящего из 10,5 % СО₂, 28 % СО, 0,3 % СН₄, 2,7 % Н₂ и 58,5 % N₂.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Ответ: V_n.c = 1,604 м³/м³.