Основным и необходимым условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточное количество кислорода и концентрация тепла горения, которое не рассеивается, а используется для нагрева новых прилегающих участков топлива до температуры воспламенения.
Какова температура воспламенения древесины?
Трудно встретить человека, который не сталкивался бы в своей жизни с горением древесины. Многие хотя бы раз ходили в поход, где не обошлось без разжигания костра. Некоторым приходилось иметь дело с хворостяными плитами и саунами. Большинство хотя бы раз в жизни пробовали разжигать дрова либо с помощью специального увеличительного стекла, либо с помощью специализированного устройства.
Однако мало кто задумывался о том, при какой температуре воспламеняется древесина. Есть ли разница между температурой воспламенения различных пород древесины? У читателя есть прекрасная возможность углубиться в эти вопросы и получить много полезной информации.
Как человек овладел огнем?
Огонь был известен людям уже в каменном веке. Люди не всегда умели добывать огонь самостоятельно. Ученые считают, что первое знакомство человека с процессом горения произошло эмпирическим путем. Огонь, добытый во время лесных пожаров или взятый у соседнего племени, охранялся как самое ценное.
Со временем человек заметил, что определенные материалы обладают наиболее благоприятными свойствами для горения. Например, сухую траву или мох можно было поджечь всего несколькими искрами.
Через много лет, опять же эмпирическим путем, люди научились добывать огонь подручными средствами. Первыми человеческими "зажигалками" историки называют мякину и кремень, которые при ударе друг о друга давали искры. Позже человечество научилось разжигать огонь с помощью палки, помещенной в специальное отверстие в дереве. Температура возгорания дерева достигалась путем энергичного вращения конца палки в отверстии. Многие ортодоксальные общины до сих пор используют эти методы.
Гораздо позже, в 1805 году, французский химик Жан Шансель изобрел первые спички. Это изобретение приобрело огромную популярность, и человек теперь был уверен, что при необходимости сможет развести огонь.
Овладение процессом горения считается главным фактором, который дал толчок развитию цивилизации. Более того, горение останется таким фактором и в обозримом будущем.
Характеристики и свойства огня
Пламя – это раскаленная газообразная среда, которая распространяется снизу вверх. Это происходит потому, что теплый воздух становится менее плотным. Становясь более горячим, он поднимается и тянет огонь вверх. Вот почему огонь начинается снизу. Потому что ладан, зажженный на самом верху, не распространит огонь вниз и не погаснет.
В состоянии невесомости пламя ведет себя совсем по-другому. Из-за отсутствия гравитации оно распространяется во всех направлениях одновременно и поэтому имеет форму сферы. Оно светится голубым светом, но только до тех пор, пока рядом есть кислород. Как только кислород сгорает, огонь переходит в "холодную" фазу, невидимую глазу. Это продолжается в течение нескольких минут. Если подвести кислород к невидимому участку, яркое пламя возобновится.
На земле высота пламени будет зависеть от температуры костра из дерева. Это напрямую связано с интенсивностью горения. А фазы варьируются от медленного тления до взрыва. Но чем больше мощность огня, тем быстрее он горит.
Пламя способно менять свой цвет, на что также влияет мощность. По мере горения огонь переходит из красного спектра в фиолетовый и обратно. Однако палитра также зависит от примесей в топливе. Если в горящий костер бросить обычную поваренную соль, пламя станет желтым. Виновником этого является натрий. Борная кислота вызывает бирюзовый оттенок.
Поэтому, когда дрова горят ярко-оранжевым цветом, это означает, что в них содержится много солей натрия. Синий цвет огня вызван неполным сгоранием топлива. При этом выделяется угарный газ. Именно он и дает такой спектр.
Иногда, однако, пламя едва заметно. Бесцветное пламя образуется при полном сгорании топлива. При этом выделяется только водяной пар и углекислый газ. Эти вещества невидимы даже при нагревании.
Процесс горения древесины
Чтобы узнать, при какой температуре горит древесина, необходимо более подробно рассмотреть весь процесс. С момента заполнения очага дровами до полного погасания огня в плите. И вся эта операция происходит поэтапно.
Разогрев
Чтобы кусок дерева загорелся, его необходимо нагреть. При температуре от 120 до 150 градусов Цельсия поверхность начинает обугливаться. При этом образуется вещество, которое уже способно воспламеняться. Оно называется древесным углем.
Нагрев до 250-350 °C приводит к пиролизу. Это газообразные компоненты, которые образуются при термическом разложении. Во время этого процесса верхние слои древесного угля в древесине уже начинают тлеть. Этот процесс происходит без пламени, но с выделением дыма.
Пиролитическое горение
Усиление термического разложения, которое происходит при дальнейшем нагревании древесины, приводит к тому, что выделяющийся газ начинает гореть. Очаг охватывает все большую площадь в виде цепной реакции. Появляется устойчивое пламя яркого желто-оранжевого цвета.
Розжиг
Древесина, с другой стороны, воспламеняется, когда температура ее поверхности достигает 450-620°C. Точные детали зависят от породы древесины. В целом, на термохимическую реакцию (воспламенение) влияет гораздо больше факторов.
Достижение необходимой температуры зависит от
- формы и объемного веса куска древесины;
- количества содержащейся в нем влаги;
- способа размещения бревна в воздушном потоке;
- тяги последнего;
- плотности горючего материала.
Ольха, имеющая пористую структуру, воспламеняется гораздо легче, чем крепкий дуб. Но круглые поленья загораются легче, чем дрова с гранями. То же самое относится и к массивности материала. Большие бревна очень трудно поджечь. Срубленная древесина также плохо горит. Медленное горение влажных дров объясняется тем, что на испарение воды тратится много энергии.
Фазы горения дров
Дрова не загораются сами по себе – они должны пройти через различные фазы, прежде чем начнут гореть.
Читайте также: как разжечь костер в дождливую погоду
Нагревание дров
Прежде чем древесина загорится, она должна нагреться от какого-либо источника тепла и достичь температуры горения. Как только пороговая температура топки превышает 150°C, начинается процесс испарения влаги из древесины и постепенного обугливания. Фактически, так называемая сухая древесина всегда содержит от 15 до 20% влаги.
Когда температура древесины достигает 300°C, она тлеет и начинает выделять белый дым. Этот дым представляет собой смесь водяного пара от испарившейся влаги, а также компонентов от термического разложения.
На этой стадии процесс горения еще не начался, поэтому если вы прекратите нагрев, горения не произойдет.
Сгорание продуктов сгорания
На втором этапе выделение газообразных компонентов начинает увеличиваться. Когда пиролитические газы достигают критической массы, происходит нагрев и начинается горение. На поверхности древесины появляется ярко-желтое пламя и происходит резкий скачок температуры.
Чтобы достичь этой стадии, пиролитические газы должны быть нагреты до температуры от 200 до 300 °C. Только при такой температуре возможно воспламенение пиролизного газа.
Читайте также: как удалить запах дыма с одежды
Воспламенение древесины
Как только газ воспламеняется, воспламеняется и сама древесина. Как только древесина достигает температуры от 450 до 650 °C (при наличии внешнего источника тепла), начинает гореть не только поверхность, но и внутренняя часть полена.
Температура горения различных видов дров
Разные виды дров горят по-разному. Одни не оставляют после себя почти ничего, кроме горстки золы, другие оставляют после себя много углей и пепла. Дрова обычно горят при температуре 200-300°C.
Древесина лиственных пород делится на два основных семейства в зависимости от плотности:
- лиственные породы (дуб, бук, ясень, каштан, граб, грецкий орех, фруктовые деревья и т.д.;)
- Мягкие лиственные породы (тополь, ива, ольха, береза и т.д.) и хвойные породы (ель, пихта, сосна, лиственница, пихта и т.д.);
Мягкая древесина лиственных и хвойных пород горит быстрее. Однако, если их неправильно хранить, они быстро разлагаются. Тем не менее, они ценятся за высокую температуру горения, которая повышает эффективность кухонных плит и каминов и может быстро поднять температуру в доме.
Лиственные породы деревьев горят дольше и имеют более высокую температуру горения. Дрова из таких деревьев используются как в промышленности, так и для топки домашних плит и каминов.
Читайте также: какова температура пламени газовой плиты
Березовые дрова 
Дубовые дрова
Свойства горения различных пород древесины следующие:
- Ель и сосна имеют одинаковую температуру горения – 620-630°C, пихта – 750°C, но эти виды дров могут стрелять смолой.
- Лиственница имеет высокую температуру горения 860°C, но при этом выделяет смолу.
- Береза часто используется для каминов, так как имеет хорошую температуру горения 815°C, а также выделяет хороший аромат. Она горит относительно быстро.
- Бук считается идеальными дровами, поскольку его температура горения составляет 1040°C, угли горят почти без искр и обладают высокой теплопроводностью. Энергетические/тепловые характеристики буковых дров часто приводятся в качестве эталона по сравнению с другими видами древесины. Ее аромат высоко ценится, поэтому копченые продукты чаще всего изготавливаются из буковой древесины.
- Дуб имеет множество применений, в основном благодаря своему теплу. Теплотворная способность почти такая же, как у бука – 850-900°C. Однако дуб оставляет много золы, поэтому он подходит для кухонных плит, но не для открытых каминов.
- Зола, как и у бука, имеет максимальную температуру горения 1040°C. Это идеальные дрова для каминов, так как угли почти никогда не дают искр.
- У граба также очень высокая теплотворная способность – 1020 °C. Он дает приятное пламя и горит долго.
- Тополь, ольха и осина выделяют не так много тепла – около 470-600 °C – но довольно часто используются в качестве дров.
- Акация – этот вид древесины горит медленно и имеет среднюю теплотворную способность (700 °C). Она быстро сохнет и при горении издает приятный потрескивающий звук.
Сжигание древесины
Сжигание древесины – это изотермический процесс, в результате которого выделяется тепло. Для того чтобы древесина загорелась, ее необходимо сначала нагреть до температуры воспламенения.
Предварительный нагрев древесины
Предварительный нагрев заключается в нагревании поверхности древесины от внешнего источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может быть зажженная спичка, горящий рядом кусок дерева или щепа, или что-либо другое, способное нагреться до необходимой температуры. Когда температура нагретой зоны достигает 120-150°C – начинается очень медленное и постепенное обугливание древесины, с образованием самопроизвольного древесного угля. Когда температура достигает 250-350°C, начинается активное термическое разложение древесины на ее компоненты. На поверхности древесины образуется видимый обугленный слой, который начинает тлеть (гореть без пламени). Из обугленного слоя выходит белый (коричневый) дым. Сам процесс горения еще не завершен. Если вы прекратите нагрев, сгорания не произойдет. Наличие дыма свидетельствует лишь о том, что поверхность древесины достаточно нагрелась и древесина термически разложилась на газообразные компоненты. Белый дым – это не что иное, как продукты термического разложения древесины с добавлением приличной порции перегретого пара.
Вспышка газов
При дальнейшем нагреве и повышении температуры термическое разложение древесины на газообразные компоненты будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) будет происходить глубоко в древесной массе. Концентрация газов в зоне нагрева достигнет критического значения и произойдет воспламенение (flashover). Вспышка возникнет на границе белого дыма и распространится по всему объему. Появится ярко-желтое пламя. Температура зоны нагрева может быстро повыситься из-за тепла, выделяемого при сгорании дымовых газов.
Температура воспламенения продуктов сгорания составляет 250-300°C. Это температура, при которой древесина теоретически может воспламениться и гореть.
Температура самовозгорания древесины
Низкая температура, до которой необходимо нагреть древесину, чтобы она загорелась, называется температурой самовоспламенения.
Температура самовоспламенения древесины составляет 250-300 °C. Это объясняется тем, что при нагревании древесины выделяются горючие газы (летучие продукты) и значительное количество кислорода.
В результате окисления летучих продуктов кислородом воздуха древесина самовозгорается при температуре относительно более низкой, чем другие твердые вещества (древесный уголь, уголь и т.д.). Температура самовозгорания древесины также зависит от степени ее измельчения. Чем более измельчена древесина, тем ниже температура ее самовоспламенения. Например, температура самовоспламенения древесной щепы намного ниже, чем у древесных блоков. Это можно объяснить тем, что площадь поверхности 1 кг щепы больше, чем у 1 кг брусков. А из большей поверхности древесины при нагревании выделяется больше летучих веществ, которые могут окисляться и самовозгораться.