Καύση ξύλου με φλόγεςΚαύση αιθανόληςκαι αέραΚαύση μεθανοϋδριτών
Μετον όρο καύση χαρακτηρίζεται (πλέον) οποιαδήποτε χημική αντίδραση συνοδεύεται από έκλυση θερμότητας ίσως καιφωτός, που συνδυάζονται (συχνά) μετην εμφάνιση φλόγας, από θερμά αέρια προϊόντα, ή λάμψης.
Παλιότερα ονομαζόταν καύση κάθε αντίδραση μετοοξυγόνο (Ο2) που ελευθερώνει θερμότητα και φως. Σήμερα είναι δεκτό ότι και άλλες χημικές ουσίες εκτός τουΟ2 μπορούν να προκαλέσουν διάφορες καύσεις. Τέτοιες χημικές ουσίες είναι τοόζον (O3), τοφθόριο (F2), τοχλώριο (Cl2) κ.ά. Πάντως, συνήθως όταν αναφέρεται ο όρος καύση, χωρίς άλλη διευκρίνιση, εννοείται ότι πρόκειται για καύση με οξυγόνο ή με αέρα.
Ειδικότερα οι καύσεις τωνοργανικών ενώσεων θεωρούμε ότι γίνονται μεΟ2 ή με χημικές ουσίες που περιέχουν οξυγόνο όπως ο αέρας ή τοοξείδιο του χαλκού (CuO).
Η καύση μιας χημικής ουσίας πραγματοποιείται σεμια χαρακτηριστική θερμοκρασία (που συχνά όμως εξαρτάται και από την επικρατούσα πίεση, ιδιαίτερα για αέρια καύσιμα) που ονομάζεται θερμοκρασία ή σημείο ανάφλεξης της συγκεκριμένης χημικής ουσίας.
Καύσιμα ή καύσιμες ύλες ονομάζονται τα στερεά, υγρά ή αέρια σώματα πουμετην καύση τους παράγουν εκμεταλλεύσιμη θερμότητα. Η ελεγχόμενη καύση των καυσίμων σεθαλάμους καύσης χρησιμοποιείται σεμια σειρά από εφαρμογές (π.χ. μηχανές εσωτερικής καύσης, λέβητες) γιατην παραγωγή θερμότητας και γενικότερα ενέργειας.
Οι καύσεις διακρίνονται σεπλήρεις ή τέλειεςκαισεατελείς ανάλογα μετην ποσότητα τουΟ2που είναι διαθέσιμη και τις συνθήκες που επικρατούν κατά τη διάρκειά τους.
Πλήρης ή τέλεια είναι η καύση που γίνεται με περίσσεια οξυγόνου καιδεν περισσεύει άκαυστη χημική ουσία. Η πλήρης καύση είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί και σχεδόν πάντα παραμένει άκαυστη έστω και ελάχιστη ποσότητα χημικής ουσίας.
Ατελής καύση πραγματοποιείται συνήθως όταν η διαθέσιμη ποσότητα Ο2 είναι μικρότερη από όση απαιτείται σύμφωνα μετηστοιχειομετρική εξίσωση της χημικής αντίδρασης που περιγράφει την τέλεια καύση. Είναι πιθανό, ωστόσο, ενώ υπάρχει διαθέσιμη αρκετή ποσότητα οξυγόνου, ο τρόπος μετον οποίο πραγματοποιείται η καύση να είναι τέτοιος, ώστε ναμη χρησιμοποιείται τελικά ολόκληρη η ποσότητα του οξυγόνου. Τα προϊόντα της ατελούς καύσης δεν είναι γενικά καθορισμένα, αλλά εξαρτώνται από την ουσία που καίγεται, τις επικρατούσες συνθήκες (θερμοκρασία, πίεση, υγρασία, κ.ά.) καιτονχρόνοπου διατέθηκε γιατην πραγματοποίηση της καύσης.
Η συνήθης καύση δεν ευνοεί απαραίτητα την παραγωγή προϊόντων μετο μέγιστο δυνατό αριθμό οξείδωσηςτων χημικών στοιχείων (σε στοιχειακή μορφή ή στη μορφή ενώσεών τους) που παίρνουν μέρος σε αυτήν (την καύση). Το αποτέλεσμα μπορεί να εξαρτάται π.χ. από τη θερμοκρασία που πραγματοποιείται η καύση. Για παράδειγμα, το τριοξείδιο του θείου δεν παράγεται συνήθως ποσοτικά (δηλαδή 100%) όταν καίγεται θείο. Ταοξείδια του αζώτου αρχίζουν να παράγονται (κατά την καύση αζωτούχων ενώσεων ή σε περίπτωση καύσης παρουσία αζώτου) σε θερμοκρασίες πάνω από 1.540°C και πάνω από ένα είδος οξειδίων του αζώτου παράγονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Κάτω από αυτήν τη θερμοκρασία (δηλαδή κάτω από 1.540°C) παράγεται (ή παραμένει αν ήδη υπήρχε) ευνοϊκά στοιχειακό άζωτο. Το αποτέλεσμα της καύσης εξαρτάται επίσης από τησυγκέντρωσητου οξυγόνου[1].
Στις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές φωτιάς, η πηγή του οξειδωτικού είναι οατμοσφαιρικός αέρας. Σύμφωνα μετη μέση σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα, για κάθε γραμμομόριο (mole) οξυγόνου συνυπάρχουν ακριβώς 3,76 γραμμομόρια αζώτου. Το άζωτο δεν παίρνει μέρος στην καύση, αλλά ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από 1.540°C), μια ποσότητα αζώτου μετατρέπεται σε NOx (ο τύπος αυτός εκπροσωπεί όλα τα οξείδια του αζώτου). Συνήθως το ποσοστό σχηματισμού NOx είναι μεταξύ 2 ppmκαι 1%[2]. Επιπλέον, όταν έχουμε ατελή καύση, μέρος του άνθρακα (αν μετέχει ανθρακούχα ουσία στην καύση) μετατρέπεται σε μονοξείδιο του άνθρακα. Ένα πιο πλήρες σύνολο στοιχειομετρικών εξισώσεων γιατην καύση μεθανίου σε ατμοσφαιρικό αέρα είναι το ακόλουθο:
Ατελής καύση υπάρχει μόνο όταν δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο γιανα επιτραπεί στο καύσιμο να αντιδράσει ολοκληρωτικά καινα παραγάγει διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς (όταν καίγεται υδρογονάνθρακας σε αέρα ή οξυγόνο). Μπορεί επίσης να συμβεί όταν η καύση γίνεται παγιδευμένη σε ένα «χωνευτήρι θερμότητας», όπως είναι μια στερεή επιφάνεια ή μια παγίδα φλόγας.
Στα περισσότερα οργανικά καύσιμα, όπως τοντήζελ, το κάρβουνο ή το ξύλο, συμβαίνει πρώτα πυρόλυσητου καυσίμου και μετά καύση των προϊόντων αυτής. Στην περίπτωση της ατελούς καύσης, μέρος των προϊόντων της πυρόλυσης μπορεί να παραμένουν χωρίς να καούν καινα ρυπάνουν τον παραγόμενο καπνό με επιβλαβή σωματίδια ή και αέρια. Μερικώς οξειδωμένα προϊόντα μπορεί να αποτελούν επίσης ένα πρόβλημα. Π.χ. μερική οξείδωση της αιθανόλης μπορεί να δώσει τη βλαβερή αιθανάλη, αιθάλη και τοξικό μονοξείδιο του άνθρακα.
Η ποιότητα της καύσης μπορεί να βελτιωθεί μετον αρτιότερο σχεδιασμό των συσκευών καύσης, είτε πρόκειται για καυστήρες είτε για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Επιπλέον βελτιώσεις είναι διαθέσιμες μετη χρήση συσκευών καταλυτικών μετατροπέων ή καιμετην επιστροφή των καυσαερίων στη διεργασία καύσης. Τέτοιες συσκευές είναι νομικώς απαραίτητες σε ορισμένες χώρες γιατααυτοκίνηταπου κυκλοφορούν σ' αυτές. Επίσης, παρόμοιες μεγάλες συσκευές πρέπει να περιλαμβάνονται σε καυστήρες οικιακής θέρμανσης και βιομηχανικές εγκαταστάσεις, όπως θερμοηλεκτρικές μονάδες, γιανα επιτύχουν τα νόμιμα επίπεδα εκπομπών ρύπων.
Ο βαθμός της καύσης μπορεί να μετρηθεί καινα αναλυθεί μετον κατάλληλο εξοπλισμό ελέγχου. Οι κατασκευαστές, οι πυροσβέστες, διάφοροι μηχανικοί και περιβαντολλογικοί επιστήμονες χρησιμοποιούν αναλυτές καυσαερίωνγιανα ελέγξουν την αποτελεσματικότητα ενός καυστήρα κατά τη διάρκεια μιας καύσης. Επιπλέον καιη αποτελεσματικότητα ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης επίσης μπορεί να μετρηθεί μετον ίδιο τρόπο. Σε κάποιες χώρες οι αρχές της τοπικής αυτοδιοίκησης ή ητροχαία είναι επιφορτισμένες μετο καθήκον ελέγχου των καυσαερίων των οχημάτων που κυκλοφορούν στους δρόμους ευθύνης τους.
«Υποβόσκουσα καύση» ή «χόβωλη» είναι μια αργή καύση σε χαμηλή θερμοκρασία και χωρίς παρουσία φλόγας, που διατηρείται από τη θερμότητα που παράγεται από την επαφή του οξυγόνου μετην επιφάνεια του καυσίμου. Είναι μια τυπική περίπτωση ατελούς καύσης. Στα στερεά καύσιμα που μπορούν να διατηρήσουν υποβόσκουσα καύση περιλαμβάνονται το κάρβουνο, ηκυτταρίνη, τοξύλο, τοβαμβάκι, οκαπνός, ητύρφη, οχούμος, κάποιοι συνθετικοί αφροί, απανθρακωμένα πολυμερήπου περιλαμβάνουν αφρό ή σκόνη πολυουρεθάνης. Κοινά παραδείγματα αποτελεσμάτων υποβόσκουσας καύσης είναι η έναρξη πυρκαγιών σε κατοικίες από θερμαινόμενα από ασθενείς πηγές θερμότητας (όπως μισοσβησμένο τσιγάρο ή ένα βραχυκυκλωμένο ηλεκτροφόρο καλώδιο) επικαλυμμένα έπιπλα καιη έναρξη δασικών πυρκαγιών από θερμαινόμενη βιομάζα.
