Šíření produktů hoření do ovzduší

V současné době se vlivem klimatických změn v atmosférickém prostředí neustále zvyšují teploty v ovzduší a tím se vytvářejí i podmínky pro vznik a šíření požárů. Ty jsou provázeny hořením organických, ale i anorganických látek, k nimž patří i stavební materiály.

Hoření lze definovat jako fyzikálně chemický děj, který probíhá za vývoje tepla a světla. Je to reakce exotermická. Hoření je proces, při kterém dochází k uvolňování energie, tepelného nebo jiného záření. Nemusí jít vždy o slučování (oxidaci), ale může jít i o rozkladnou reakci (výbuch, tlení, tepelný rozklad).

Hoření je fyzikálně chemická reakce, při které hořlavá látka reaguje vysokou rychlostí s oxidačním prostředkem za vzniku tepla a světla.

Podmínky vzniku požáru

K samotnému procesu hoření jsou nutné následující složky:

1. hořlavá látka - látky v pevném, kapalném a plynném skupenství, které za určitých podmínek reagují s oxidovadlem a tím se podílí na rozvoji hoření,
2. oxidační činidlo - nejčastěji vzdušný kyslík, ale patří sem i látky kyslík uvolňující, dále např. chlor, některé kyseliny apod.,
3. iniciační zdroj - plamen, jiskra, zdroje vzniklé přeměnou jiné energie na tepelnou (např.

Tyto tři prvky tvoří tzv. trojúhelník hoření. Vyloučíme-li jednu jeho stranu, pak nemůže k požáru dojít.

Čtěte také: Průvodce pěstováním metasekvoje čínské

V pevném skupenství jsou jednotlivé molekuly nebo atomy uspořádány v pravidelných strukturách s vysokou vnitřní uspořádaností. Vlivem zvyšování teploty hořlavé látky se porušují vnitřní vazby a dochází k přechodu látky do kapalné, resp.

1. pevné látky sublimují, resp. tají a vypařují se.
2. pevné látky vlivem zahřívání pyrolyzují a rozkládají se za vzniku prchavých látek (plynů) a uhlíkatého zbytku.

Obsah vnitřní energie ovlivňuje rychlost probíhající reakce, tzn, že v našem případě také hoření a šíření plamene.

Nebezpečí související s výskytem vrstev prachu

V různých technologiích, ve kterých jsou dopravovány a skladovány pevné látky, nebo je s nimi jakkoliv manipulováno, se zpravidla vyskytují také jejich prachové podíly. S rostoucím podílem využívání biomasy nelze u tohoto materiálu vznik prachu a jeho vrstev podceňovat.

Článek se zaměřuje na vrstvu prachu, jež je tvořena biomasou. Biomasou se rozumí [14] biologicky rozložitelná část produktů, odpadů a zbytků biologického původu z provozování zemědělství a hospodaření v lesích a souvisejících průmyslových odvětvích, zemědělské produkty pěstované pro energetické účely a biologicky rozložitelná část průmyslového a komunálního odpadu.

S výskytem prachových vrstev, které nejsou dostatečným úklidem odstraňovány, souvisí tři hlavní rizika, a to rozvíření prachu do oblaku, který může být iniciován horkým povrchem a způsobit výbuch, dále vznícení vrstvy prachu v důsledku tepelného namáhání zahřátého povrchu zařízení, a v neposlední řadě také sekundární výbuch.

Čtěte také: Ochrana přírody a plevel

Technologie musí věnovat pozornost i malým zdrojům úniku prachu z netěsností, které mohou po určitém čase vytvořit nebezpečnou vrstvu (za nebezpečnou vrstvu prachu je považována taková vrstva, jejímž rozvířením se v celém objemu místnosti vytvoří nebezpečná, resp. výbušná atmosféra).

Zařízení i pracovní prostory je proto nutno v pravidelných intervalech čistit. Vhodné je zejména použití harmonogramu čištění, který stanovuje rozsah, četnost čištění a odpovědnost osob.

Vznícení vrstvy prachu v důsledku tepelného namáhání zahřátého povrchu zařízení - maximální dovolená povrchová teplota zařízení se stanovuje odečtením bezpečnostního koeficientu 75 °C od minimální teploty vznícení daného prachu.

Sekundární výbuch (viz obr. 3) v situaci, kdy dojde primárně k výbuchu v zařízení, přičemž dojde k rozvíření usazeného prachu a jeho výbuchu.

Změny stavu prachu, např. absorpce vlhkosti, mohou znemožnit rozvíření vrstvy prachu. U většiny prachů se tloušťka nebezpečné vrstvy pohybuje do výšky 1 mm.

Čtěte také: Znečišťující látky z dopravy

Na základě měření sedimentující prašnosti lze stanovit periodu úklidu:

• Výborná - vrstvy prachu jsou udržovány na zanedbatelné tloušťce nebo neexistují bez ohledu na stupeň úniku.
• Dobrá - vrstvy prachu nejsou zanedbatelné, jsou však přítomny krátce (méně než 1 směnu).
• Špatná - vrstvy prachu nejsou zanedbatelné a jsou přítomny déle než jednu směnu.

Tepelná degradace biomasy

Vzhledem k tomu, že se zde budeme zabývat převážně dřevní biomasou, je nutné zde přiblížit chování dřevní biomasy při tepelném zatížení. Obecně lze definovat, že při teplotě nad 100 °C dochází k dehydrataci.

Samotný rozklad začíná při teplotě 130-150 °C, intenzivní rozklad s uvolňováním velkého množství plynů při teplotě 180-195 °C.

Jednotlivé složky biomasy, ze kterých se biomasy resp. dřevo skládá, jsou různě odolné vůči termickému rozkladu. Hemicelulózy se rozkládají v teplotním intervalu 170-240 °C. Celulóza je vůči teplotnímu namáhání odolnější, až od teploty 250 °C nastává intenzivní termický rozklad.

Základními stavebními prvky biomasy jsou uhlík, vodík, dusík a další prvky. Z hlediska fází lze hoření uhlíku definovat jako heterogenní reakci. Reaguje zde totiž pevná látka (uhlík) a látka v plynném skupenství (vzdušný kyslík). Za přítomnosti dostatečného množství kyslíku shoří uhlík na oxid uhličitý. Přitom se uvolní reakční teplo.

Přenos tepla ve vrstvě prachu

V případě rychlosti šíření hoření teplotně namáhaného prachu musíme vzít do úvahy také přenos tepla. Hlavním procesem, který bude mít vliv na teplotu prachu od zařízení, je přenos tepla vedením. Součinitel tepelné vodivosti je závislý na teplotě, hmotnosti a absolutní vlhkosti.

Šíření plamene po vrstvě prachu

Se šířením plamene po vrstvě prachu souvisí veličina nazývaná lineární rychlost šíření plamene. Ta je definována jako rychlost, kterou se plamen rozšíří ve sledovaném směru o stanovenou vzdálenost za jednotku času.

Rychlost šíření plamene nelze považovat za konstantní veličinu. Rychlost šíření plamene může ovlivnit i výbuch nebo silný vítr, působení sálavého tepla, proudící horké spaliny a další.

Zda se po vrstvě prachu, která je tvořená dřevní biomasou (ale také jinými hořlavými materiály), šíří plamen, lze ověřit dvěma zkouškami používanými dle pracovních postupů používaných v ČR a dle evropské legislativy - „Zkušební metoda klasifikující hořlavé pevné látky dle rychlosti šíření plamene“ a zkušební metoda „Stanovení hořlavosti“.

Zkušební metoda pro stanovení rychlosti šíření plamene

Zkušební metoda používaná pro stanovení rychlosti šíření plamene po vrstvě usazeného prachu byla popsána v české technické normě ČSN 01 5140. U této zkoušky se měří čas, za který se proti proudu kyslíku přenese hoření po vrstvě prachu na vzdálenost 10 cm.

Dle zkušební metodiky se provádí měření ve dvou modifikacích vždy pětkrát.

Modifikace zkoušek

• vzorek se připraví do polokruhového průřezu, výšky cca 5 mm a délky cca 120 mm. Na podložce jsou dvě značky vzdálené od sebe 100 mm. Průtok kyslíku se nastaví na 0,5 l.min−1 s přesností 3 mm na trubici průtokoměru. Podložka se vzorkem se vloží do trubice tak, že konec hraničky/kupky vzorku vyčnívá z trubice.
• vzorek se prosévá přes síto 0,5 mm, které je umístěno cca 1 mm nad podložkou, dokud se nezaplní otvory síta. Na vzorku se vyznačí místo vzdálené 100 mm od konce vrstvy prachu. Stejně jako v předchozím postupu se vzorek vloží do trubice (ryska je směrem v trubici), nastaví se průtok na 0,5 l.min−1 a vzorek se zapálí na vyčnívajícím konci.

Rychlost šíření plamene se vypočítá z hodnot naměřeného času a vzdálenosti na zkušebním zařízení, na které se daný čas měří.

V první fázi se provede tzv. předběžná screeningová zkouška (viz obrázek 5). Cílem této zkoušky je stanovit, zda se po zapálení vrstvy prachu plamenem plynového hořáku šíří plamen nebo vzorek pouze doutná.

Dle evropské legislativy se první provádí tzv. předběžná zkouška a až na základě pozitivního výsledku se provede úplná zkouška. Rozdílem v obou zkušebních metodách je tvar vzorku - u zkoušky prováděné dle pracovních postupů je to vrstva v průřezu obdélníku, dle evropské legislativy průřezu trojúhelníku.

Produkty hoření

Proces hoření je složitý děj, jehož průběh je závislý na mnoha faktorech, především na teplotě a množství kyslíku v ovzduší. V průběhu spalování dochází nejprve k tepelnému rozkladu, tzv. pyrolýze, při čemž se uvolňují hořlavé plyny, které se dále spalují.

S kouřem se lze setkat u všech požárů, i když některé materiály vyvíjejí při svém hoření větší nebo menší množství kouře. Vdechnutí horkých zplodin hoření může poškodit dýchací cesty, přičemž je-li horký vzduch navíc nasycen vodní parou, poškození dýchacích cest je výraznější.

Kouř u požáru je směs částic uhlíku, dehtu, prachu, hořlavých plynů a par. Některé částečky kouře při vdechování dráždí dýchací cesty, jiné podporují vznik rakoviny nebo mohou mít i smrtelné účinky. Hloubka vdechnutí takových částeček závisí na velikosti dané částice. Společný účinek těchto látek je synergický, což znamená, že celková toxicita celého souboru látek je větší než pouhé sečtení jednotlivých látek na lidský organismus.

Každý materiál prochází při hoření chemickými změnami. Teplo je produktem hoření a intenzita jeho vývinu závisí na velikosti plamenů. Je často hlavní příčinou dalšího vznícení látek, popálení osob, dehydratace zasahujících hasičů a poranění dýchacích cest.

Plamen jsou hořící plyny a páry. Při správné koncentraci kyslíku jsou plameny velmi horké a méně svítivé. Snížení svítivosti plamene je zapříčiněno větším uvolňováním uhlíku. Plamen se objevuje při každém typu hoření s výjimkou žhnutí.

Produkty dokonalého a nedokonalého spalování

Konečnými produkty spalování mohou být např. u polyethylenu (PE), polypropylenu (PP) nebo polyethylenglykol-tereftalátu (PET) oxid uhličitý a voda.

Ve skutečnosti vznikají kromě konečných produktů dokonalého spalování také produkty spalování nedokonalého, k nimž patří saze a oxid uhelnatý. Jedna z příčin štiplavého zápachu kouře je látka silně dráždivá akrolein a oxid uhelnatý známý jako „krevní jed“, jehož nebezpečí spočívá v jeho schopnosti vázat se na červené krvinky (hemoglobin). Saze bývají považovány za formu uhlíku, ale ve skutečnosti obsahují značná množství kondenzovaných aromatických uhlovodíků, z nichž mnohé jsou karcinogenní.

Toxické plyny

Toxické plyny mají několik škodlivých účinků. Některé působí přímo na plíce a způsobují jejich otok (např. HCl, SO 2, HCN atd.), další se spojují s červenými krvinkami a snižují schopnost krve přenášet kyslík (např. CO), kdy výsledkem ovšem vždy může být udušení člověka.

Oxidy uhlíku

Oxid uhelnatý je lehčí než vzduch, bez barvy a zápachu a vzniká při každém hoření. Jeho hlavní nebezpečí spočívá v jeho schopnosti vázat se na hemoglobin (červené krvinky), na který se za normálních okolností vážou molekuly vzdušného kyslíku přenášené krví do celého těla.

Je prokázáno, že koncentrace CO ve vzduchu nad 0,05 % může již být nebezpečná a nad 1 % může dojít k bezvědomí nebo smrti postižených bez jakýchkoli předchozích příznaků nevolnosti. CO 2 je bezbarvý nehořlavý plyn. Vzduch normálně obsahuje cca 0,03 % CO 2, kdy jako produkt látkové výměny je odstraňován z plic člověka dýcháním. Při cca koncentraci CO 2 ve vzduchu dochází ke zrychlenému dýchání doprovázenému bolestmi hlavy, závratěmi, pocením a rozrušením.

Chlorovodík

Chlorovodík je bezbarvý plyn, který po rozpuštění ve vodě reaguje silně kysele a je označován jako kyselina chlorovodíková HCl (z 1 kg PVC se uvolní až 400 l HCl). Ta poškozuje sliznice (poleptání) a od 2 kg.m -3 může způsobit smrt.

Oxidy dusíku NO x

Pod pojmem oxidy dusíku NO x se rozumí nejčastěji oxid dusnatý NO a oxid dusičitý NO 2. Oxidy dusíku se tvoří při spalování paliv a dalších chemických procesech.

Kyanovodík HCN

Jde o bezbarvý plyn lehčí než vzduch s hořkomandlovým zápachem způsobující tkáňové dušení (tzv. inhalační jed). Vstřebává se plícemi i kůží, přičemž toto vstřebávání je tím rychlejší, čím je kůže teplejší a vlhčí. Organismus reaguje na přítomnost HCN zvýšením srdeční frekvence až na 100 tepů za minutu. Koncentrace 135 ppm vyvolává smrt postiženého do 30 minut, při koncentraci 270 ppm nastává smrt okamžitě.

Fosgen COCl 2

Fosgen se vyskytuje jako bezbarvý plyn, jehož vdechování způsobuje dušení. Za hlavní příčinu toxického účinku je považován jeho proces hydrolýzy, kde ve styku s vlhkostí sliznic se rozkládá na CO 2 a HCl. Při vdechnutí do plic dochází k poškození a vzniku plicního otoku (edému) a ke kardiovaskulárnímu selhání s následek smrti.

U přírodního materiálu dřeva hoří produkty tepelného rozkladu - dřevoplyn. Při teplotách do 200 °C se ze dřeva o hustotě cca 425 kg/m³ uvolňuje vodní pára, od 280 °C se uvolňují hořlavé produkty. Rychlost, jakou dřevo odhořívá, závisí na sálající intenzitě. Rozklad postupuje od povrchu, na němž se tvoří dřevěné uhlí při teplotě 400-500 °C. To zahřívá přilehlou vrstvu dřeva, takže funguje jako tepelná izolace přispívající ke zpomalování hoření dřeva. Uvnitř dřevěných nosníků se nachází nepoškozené dřevo mající únosnost, kterou dřevo ztratí až po postupu pyrolýzy do spodnějších struktur dřeva.

Vliv ohňostrojů na kvalitu ovzduší

Při větším ohňostroji se celková hmotnost pyrotechnických předmětů pohybuje v řádu stovek kilogramů. Pyrotechnické předměty obsahují i prvky, které běžně v ovzduší nenajdeme. Jedná se například o různé kovy, díky kterým se dosáhne konkrétní barvy.

Kromě toho se po výbuchu do okolí šíří i různé plynné látky a částice.

Princip měření vlivu ohňostrojů spočívá v umístění vzorkovače či analyzátoru do místa ve směru šíření kouřové vlečky a současně tak, aby měření nemohlo být přímo ovlivněno diváky, a v následném vzorkování na filtry či přímém měření koncentrací různých látek v ovzduší. Sledovat pak můžeme nejen samotné koncentrace, ale také dynamiku nárůstu a poklesu před, během a po odpalu, nebo se můžeme prostřednictvím skenovacího elektronového mikroskopu podívat i na jednotlivé částice a zjistit jejich morfologii a přesné prvkové složení.

Suspendované částice (PM, particulate matter) představují směs kapalných a pevných částic rozptýlených v ovzduší. Nejčastěji se měří koncentrace částic frakce PM10 a PM2,5 (částice s aerodynamickým průměrem do 10, respektive 2,5 μm - tzv. hrubá a jemná frakce), jelikož mají imisní limit dle zákona o ochraně ovzduší. Obecně platí, že čím je částice menší, tím je potenciálně nebezpečnější pro zdraví, jelikož může při vdechnutí pronikat hlouběji do dýchacího systému nebo až do krevního oběhu.

Kontinuální měření PM v desetiminutovém intervalu ukázalo významný, avšak velmi krátkodobý nárůst koncentrací, který začíná již před odpalem a vrací se na původní hodnoty v řádu desítek minut či několika hodin. Nesmírně důležité jsou v tomto ohledu rychlost a směr větru. K lepší kvalitě ovzduší obecně přispívá vyšší rychlost větru, jelikož dochází k rychlejšímu promíchávání látek v ovzduší.

tags: #sireni #produktu #horeni #do #ovzdusi

Oblíbené příspěvky:

• Nespavost a přírodní řešení
• Ochrana zvířat ve Středozemí
• Ošetřování ekologické kůže
• Článek v Silničním obzoru
• Abak: hrozba pro prostor?