第二章 燃烧基本原理ppt课件.ppt

第二章 燃烧基本原理,第章燃烧基本原理,2.1 燃烧与燃烧条件2.2 燃烧形式和燃烧过程2.3 燃烧理论2.4 气体燃烧2.5 液体燃烧2.6 固体燃烧2.7 燃烧产物的毒害作用2.8 热值与燃烧温度,2.1 燃烧及燃烧条件2.1.1燃烧现象,燃烧是伴随有发光、放热现象的剧烈的氧化反应。放热、发光、生成新物质是燃烧现象的三个特征。,2.1.2 燃烧条件,燃烧三要素：燃料、助燃剂（氧化剂）、点火源,燃料（可燃物）汽油苯木材塑料金属氢气一氧化碳。,氧化剂空气氧气氟氯过氧化氢过氯酸盐金属过氧化物硝酸铵。,点火源明火/电火花/静电火花高温表面/冲击与摩擦自燃/绝热压缩/雷电其他,2.1.3 燃烧的充分条件,充分条件,三者相互作用,一定能量点火源,一定量可燃物,一定量助燃物,2.1.4 燃烧条件的应用,燃烧不仅需要一定的条件，而且燃烧条件是一个整体，无论缺少哪个，燃烧都不能发生。因此，可以用来防火和灭火。,燃烧四面体,根据燃烧的链琐反应理论，很多燃烧的发生和持续有游离基（自由基）作“中间体”，因此燃烧三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，从而形成一个燃烧四面体。,防火的基本原理,阻止火势扩散蔓延,控制和消除点火源,控制可燃物,控制助燃物,（一）防火方法,1控制可燃物 燃料是燃烧发生最根本的要素，因此消除或控制燃料是防火的根本措施。,如：通风；涉及氢气时设气楼、天窗；煤矿中存在瓦斯，需顶部通气；商场中安装防火卷帘等。,2隔绝空气,将空气、氧气、或其他助燃物质与可燃性气体、液体或固体隔绝，避免相互接触，可以避免发生燃烧或爆炸。,化工储罐中会采用氮封，红顶罐,3消除或控制点火源,虽然并不是所有可燃物质的燃烧都需要火源，但绝大多数火灾是由于火源的存在而引发的，因此消除或控制火源对防火极其重要。火源的种类很多，实际引发火灾的火源情况更是千差万别，非常复杂。防爆开关、灯、扇、插座等；杜绝使用过程中可能带入的不防爆器件，如烧水、降温用电器，手机、相机等。,某化学品分配站发生系列爆炸,分析,在罐体的充装口附近形成过爆炸性蒸气和空气的混合物。罐体，称重称和泵都是接地的，但是充装嘴，软管组件（和金属重物）没有做等电位连接和接地，它们被合成橡胶充装软管隔绝起来。静电可能积聚在了这些部件上，并对不锈钢罐体放电，产生了火花，而点燃了在充装过程中积聚在充装口附近的气体。,你知道吗？,当液体通过管道，阀门和其它设备时，会产生静电。正确的等电位连接和接地保证了静电不会积聚并引起火花。静电火花可以点燃许多易燃蒸气和空气的混合物。,你知道吗？,等电位连接 就是电气连接可导电物体，以使这些物体间电势相等，而防止火花。,你知道吗？,接地 就是将可导电物体与地连接，以释放积聚的静电和其它来源的电荷。,你知道吗？,你能做什么？,针对易燃材料处理，要确保可导电的管道和设备的等电位连接和接地，设计正确。它包括容器、泵，管道，阀门，喷嘴，仪表探头，充装管和充装嘴，桶和可移动的容器，以及其它的可导电的设备。,你能做什么？,要确保定期地检查你工厂的接地连接情况，以保证它们正常地工作。当在向容器充装易燃液体时，要尽量减小液体自由下落的高度，因为这种方式会在液体中制造出静电。,分析,罐体正通过一个短喷嘴进行充装，此时易燃的醋酸乙脂正在穿越空气下落到罐体中，这无疑会在罐体空气中形成小液粒和雾状微粒。在液体自由下落穿越空气时，静电荷就可能产生了，而且可能进一步导致火花而点燃可燃气体环境。,推荐的做法,从底部进行充装，它可以通过一个浸入到液体下面的管子来实现。应该在下浸管被淹没在液体液面下150mm之前，充装速度要控制在1米/秒或更小。,你能做什么？,使用下浸管道或底部充装。当存在液体自由下落的可能时，要使用合适的低的流速。正确地对所有设备和容器进行接地和等电位金属连接。使用为处理易燃材料而设计的充装喷嘴和软管，例如，软管具有一个完整的连接到管道和接头的金属编织网。,灭火方法,隔离法,窒息法,冷却法,抑制法,主要灭火方法,抑制法,使灭火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应终止。,2.1.5 火灾分类,2.2 燃烧形式及燃烧过程,2.2.1 燃烧类型,自燃,爆炸,闪燃,着火,（1）闪燃,定义,闪燃：在一定温度下，可燃性液体（包括少量可熔化的固体，如萘、樟脑、硫磺、沥青等)蒸气与空气混合后，达到一定浓度，遇点火源产生的一闪即灭的燃烧现象。闪点：液体（或少量固体）产生闪燃现象的最低温度。,闪燃条件,一是在环境中存在足够的可燃蒸气；二是具有能够引起闪燃的温度。,闪燃原因,是因为可燃性液体在闪燃温度下，蒸发速度不快，蒸发出来的气体仅能维持刹那那的燃烧，而来不及补充新的蒸气以维持稳定的燃烧，故燃一下就灭。,（2）着火,定义,可燃物质在与空气并存条件下，遇到比其自燃点高的点火源使开始燃烧，并在点火源移开后仍能继续燃烧，这种持续燃烧(不小于5秒)的现象叫着火。,特征,指可燃物与氧或氧化剂作用发生的释放热量的化学反应，通常伴有火焰和发烟的现象。,燃点,可燃物质开始着火所需要的最低温度叫燃点，又称着火点或火焰点。对评价可燃固体和高闪点液体的危险性具有重要意义。,（3）爆炸,定义,可燃性气体、蒸气、液体雾滴及粉尘同空气（氧）的混合物发生的爆炸，实际上是可带有冲击力的快速燃烧。,特征,爆炸速度快；爆炸点附近压力急剧升高；发出或大或小的响声；周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。,爆炸极限,可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。,（4）自燃,自燃,可燃物在没有外部火花、火焰等点火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热而发生的自然燃烧现象。,自燃点,使可燃物发生自燃的最低温度叫做自燃点。也叫自燃温度。,类别,受热自燃自热自燃,可燃物质在外部热源作用下，使温度升高，当达到其燃点时，即着火燃烧的现象。机理：可燃物质与空气一起被加热时，首先开始缓慢氧化，氧化反应产生的热使物质温度升高，同时，也有部分散热损失。若物质受热少，则氧化反应速度慢，反应所产生的热量超过热散失量时，则温度不再上升。若物质继续受热，氧化反应加快，当所产生的热量超过热散失量时，温度逐步升高，达到自燃点而自燃。热源：在工业生产中，引起受热自燃的热源有：接触高温表面、加热或烘烤过度、冲击摩擦等,受热自燃,汽车自燃,汽车在给人们的生活带来诸多便利和情趣的同时，有时也会成为危险的潜在杀手。马路上飞奔的汽车突然狼烟滚滚；静默停放的汽车不经意间在熊熊大火中“自焚身亡”。,汽车自燃事故,2010.7.6北京公交车自燃,2009.6.5成都公交车自燃造成28人死亡、74人受伤,汽车自燃原因,漏油：在一些普通化油器式汽车上，汽油泵多安装于发动机舱内，而且距离发动机缸体以及分电器很近，一旦燃油出现泄漏混合气达到一定的浓度，加之有点火源出现，自燃事故将不可避免。易燃品：运载酒精、鞭炮、汽油等危险易燃物品，货物在高热、暴晒、碰撞后产生大量气体或热量后导致爆燃；线路：汽车的突发自燃事故多为线路故障所引起的。汽车的电气线路、火线的绝缘体破损搭铁或电器搭铁都会造成短路，尤其是线路残旧和排列混乱的车辆。漏电： 这主要是由于电路上各电气元件老化而造成的。发动机工作时，点火线圈的温度很高，长期使高压点火导线的绝缘层软化、老化、裂损，点火高压电易击穿绝缘层，很容易产生高压电漏电，引发漏电处温度不断升高，一遇发动机油管等泄漏的油品，极易导致着火燃烧。机件过度摩擦： 汽车机件之间的干摩擦会产生高温，如接触到可燃物可导致火灾的发生。变速箱、分动箱、车轮、传动轴的工作温度都低于润滑油的燃点，但如果轴承、活塞、气缸、齿轮箱由于磨损或制造缺陷，造成过度干摩擦，就会产生过多的热量引发自燃。抽烟：驾乘人员不注意安全，吸烟后乱扔烟头；火花：交通事故中机动车相撞产生火花；,汽车自燃征兆,仪表不亮，水温过高、开车时发现车身有异味，冒出烟雾等等，遇到这些情况要马上找安全的地方停车检查。如果真是发生自燃，一般从冒烟雾到着明火需要一段较长的时间，汽车通常在明火着起来之后才会爆炸，这时候车主一定不要慌张，用灭火器、水或者衣物覆盖都可能将自燃扑灭；如果实在没有办法，也要尽快寻求消防、交警的帮助，保护现场，为事后索赔取证留下依据，确定车主自身的权利和责任，减少损失。,汽车自燃预防,预防措施：第一，不要轻易私自改装汽车。如果需要对原车增加一些附件如音响等，请改装师一定要从汽车的保险丝盒内取电。第二，常做检查。防止电气线路故障或接触不良，以及漏油、漏气等现象的发生。第三，驾驶5年以上的“老车”以及出过重大事故的汽车，应该定期做清线路、排除故障等全面检查，以免发生意外。第四，别在仪表盘上放易燃品。气体打火机、清新剂、灭蚊剂等受热膨胀后容易爆炸引起火灾。也不要在后备厢内放置摩丝等易燃物品。第五，汽车进行修理或更换零配件时应尽量选择正规修理厂和正规零配件。平时驾车时要随车自备一个小型车载灭火器。一般说来，两公斤左右的灭火装置就可起到应急灭火作用。司机驾车时要尽量做到不在车内吸烟。最好的防范措施就是定时对汽车进行底盘保养、内饰清洗等，而且对电线、油管等部件也应定期检查更换，特别要检查油管连接处是否有松动和漏油情况，保持油箱干净通风，停车时尽量选择阴凉处。,可燃物质在没有外部热源影响下，由于物质内部所发生的化学、物理或生物过程而产生热量，这些热量在适当条件下会逐渐积聚，使物质温度升高，达到自燃点而燃烧的现象。,自热自燃,2009.5.5云南澄江 黄磷自燃,2009.9.15湖北宜都一货车发生100余桶黄磷自燃事故,黄磷属剧毒，极易自燃，是一种危险化工品。黄磷燃烧后，生成三氧化二磷或五氧化二磷并带有白色浓烟，五氧化二磷遇水能生成剧毒的偏磷酸。吸入或接触粉尘时，对身体局部有强烈的腐蚀性刺激作用，严重者可引起中毒性肺炎、肺水肿。(,比较一下以下的几种燃烧有何不同？,1、氢气在氧气中的燃烧与汽油在空气中的燃烧?2、木材的燃烧、硫磺的燃烧？,燃烧形式,主要形式,均一系燃烧和非均一系燃烧,混合燃烧和扩散燃烧,蒸发燃烧,表面燃烧,分解燃烧,（一）均相燃烧和非均相燃烧,均相燃烧是指可燃物质和助燃物质间的燃烧反应在同一相中进行，如氢气在氧气中的燃烧，煤气在空气中的燃烧。,（一）均相燃烧和非均相燃烧,非均相燃烧是指可燃物质和助燃物质并非同相，如石油(液相)、木材(固相)在空气(气相)中的燃烧。与均相燃烧比较，非均相燃烧比较复杂，需要考虑可燃液体或固体的加热，以及由此产生的相变化。,（二）预混燃烧和扩散燃烧,可燃气体与助燃气体预先混合而后进行的燃烧称为预混燃烧。 预混燃烧速度快、温度高，一般爆炸反应属于这种形式。,（二）预混燃烧和扩散燃烧,可燃气体由容器或管道中喷出，与周围的空气(或氧气)互相接触扩散而产生的燃烧，称为扩散燃烧。 在扩散燃烧中，由于与可燃气体接触的氧气量偏低，通常会产生不完全燃烧的炭黑。,（三）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧,蒸发燃烧是指可燃液体蒸发出的可燃蒸气的燃烧。通常液体本身并不燃烧，只是由液体蒸发出的蒸气进行燃烧。硫磺和萘这类可燃固体是先熔融、蒸发，后进行燃烧，也可视为蒸发燃烧。,（三）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧,很多固体或不挥发性液体经热分解产生的可燃气体的燃烧称为分解燃烧。如木材和煤大都是由热分解产生的可燃气体进行燃烧。,（三）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧,可燃固体和液体的蒸发燃烧和分解燃烧，均有火焰产生，属火焰型燃烧。当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时，便没有火焰，燃烧继续在所剩固体的表面进行，称为表面燃烧。,2.3 燃烧的基本理论,活化能理论,过氧化物理论,链式反应理论,2.3.1 活化能理论,碰撞,分子与分子之间不停的发生碰撞，在标准状态下，单位时间、单位体积内气体分子相互碰撞约1026次。,有效碰撞,相互碰撞的分子不一定发生反应，只有少数具有一定能量的分子按照一定的方向进行碰撞才会发生反应。,反应条件,分子能量足够大；碰撞方向合适,如反应2ABA2+B2,硝酰氯的反应,活化分子与活化能,活化分子：具有较高能量且能发生有效碰撞的分子 。活化能：使普通分子变为活化分子所必需的能量。,活化能E1,反应热,活化能E2,活化能理论,活化能理论指出了可燃物与助燃物两种气体分子发生氧化反应的可能性及条件。气体总是按直线轨迹不断地运动，其运动速度取决于温度。温度越高，气体分子运动越快，反之，温度越低，气体分子运动也越慢。在任一气流中，都有大量的气体分子，当它们进行规律运动时，许多分子会相互碰撞、弹开和改变方向，随着气体温度和能级的提高，这些碰撞会变得更加频繁和剧烈。,2.3.2 过氧化物理论,氧分子在热能作用下形成过氧键，这种基团加在被氧化物上形成过氧化物： R-O-O-H 或 R-O-O-R过氧化物有强氧化性且不稳定，容易继续发生反应或分解。该理论部分解释了燃烧可以在较低温度下进行的事实。,2.3.3 链式反应理论,链式反应理论是由前苏联科学家谢苗诺夫捏出的。他认为物质的燃侥经历以下过程：可燃物质或助燃物质先吸收能量而离解为自由基自由基极其活泼，与其他分子反应活化能很低。自由基与其他分子相互作用形成一系列连锁反应，将燃烧热释放出来。例：ROO + RHR + ROOHR + O2 ROO,链引发链发展链终止例：低压下氢的氧化链引发 H2 + M 2H + M 链发展 H + O2 OH + O O + H2 OH + H OH + H2 H2O + H链终止 H + OH + M H2O + M H + H + M H2 + M,链式反应历程,链式反应分类,直链反应在直链反应中，链传递过程中，自由基的数目保持不变。,支链反应在链传递过程中，一个自由基在生成产物的同时，产生两个或两个以上自由基的链式反应。,燃烧过程,燃烧过程 防火工程,着火 火势发展 熄灭防火方法 灭火效率 灭火方法着火条件 燃烧速度控制 燃烧机理,燃烧反应速度理论,1、反应速度的概念,化学计量方程式反应了反应物和生成物之间的数量，没有说明其实际中间过程。化学反应时由于反应物各分子之间的碰撞产生，单位体积内的分子数目越多（即反应物的浓度越大），反应物分子之间碰撞次数就越多，那么反应过程就越快，因此反应速度与反应浓度呈正比！这种反应速度与反应浓度（实质是质量浓度）之间的关系规律，称为质量作用定律！,2、质量作用定律影响反应速度规律一,影响反应速度的因素二阿累尼乌斯定律,反应温度对化学反应速度的影响很大，同时影响也比较复杂，一般体现为正相关，。Vant Holf 近似认为：如果初始浓度相同，温度每升高10，反应速度增大2-4倍,阿累尼乌斯定律,阿累尼乌斯定律,燃烧反应的速度方程,燃烧反应的速度方程,燃烧反应的速度方程,着火 火势发展 熄灭,如果反应的氧气不足！,对于一个反应，究竟需要多少氧气？,燃烧空气量的计算,按照完全燃烧的化学方程式：,即：,物质燃烧过程的温度变化,由T自（理论着火点）到T自（实验值，看到火焰）间的时间间隔称为燃烧诱导期，或着火延滞期。到达T自以前，停止外界能量输入，温度会下降，燃烧停止。,2.4.1 气体燃烧过程,可燃气体,氧化剂,扩散,可燃混合气体,火源,断键、活化,分子碎片、游离基,火焰,连续氧化、燃烧,产物、热量,2.4 气体燃烧,2.4.2 气体燃烧速度,定义：火焰传播速度（火焰移动的速度）减去由于燃烧气体的温度升高而产生的膨胀速度,扩散燃烧的速度通常决定于可燃气体扩散的速度。,预混燃烧的速度通常以火焰传播速度表示。,常见可燃气体的火焰传播速度,2.4.2 气体燃烧速度,影响因素可燃气的还原性及氧化剂的氧化性。浓度：稍高于化学计量浓度时燃烧速度最大。初始温度：温度高速度大。惰性气体：有影响。管径、材质、方向管径：越小速度越慢。材质：有影响。方向：例如：10%甲烷空气混合物的燃烧速度：垂直下点火：75cm/s水平：65cm/s垂直上点火：59.5cm/s,2.4.2 气体燃烧速度,2.4.2 气体燃烧速度,火焰传播速度与初温的关系,2.4.2 气体燃烧速度,火焰传播速度与初温的关系,2.4.2 气体燃烧速度,惰性气体浓度对火焰传播速度的影响,2.4.2 气体燃烧速度,管径对燃烧速度的影响（甲烷/空气混合）,燃烧速度随管径增大而增大，并趋于恒定；管径缩小，速度变慢；管径小至某一直径，火焰不能传播，此为阻火器原理。,管径,燃烧速度,2.5 液体燃烧,2.5.1 液体燃烧过程,热,热、氧化剂,燃烧,液体,蒸气,氧化、分解,中间产物,产物+热量,2.5.2液体燃烧形式,蒸发燃烧 可燃液体边蒸发边与空气混合、边燃烧。 池状燃烧、喷射式燃烧。动力燃烧 可燃液体的蒸汽或液雾先与空气混合，遇火产生有冲击力的燃烧。 与可燃气体的预混燃烧类似沸溢式和喷溅式燃烧,闪点的估算,纯物质的闪点同液体的沸点关联的很好,闪点的估算,多组分混合物中仅有一种组分是可燃的通过确定在某温度下混合物中的可燃组分的蒸气压等于该组分在纯净状态下闪点时的蒸气压来估算混合物的闪点。,闪点的估算,可燃组分超过一种的多组分混合物 推荐使用实验测定闪点,2.5.3 液体燃烧速度,液体燃烧速度取决于液体的蒸发速度两种表示方法：液体燃烧直线速度，单位mm/min或cm/h液体燃烧质量速度，单位g/(cm2 min)或kg/(m2 h),2.5.3 液体燃烧速度,可燃液体的燃烧速度,2.5.3 液体燃烧速度,影响液体燃烧速度的因素 液体燃烧速度取决于液体的蒸发速度。蒸发所需热量主要来自燃烧的辐射热，所有影响蒸发的因素均影响液体燃烧速度。 考虑其他散热的因素。液体热容、蒸发潜热、火焰辐射能力；初温：温度高燃烧速度快；风速：一般风速大加快燃烧（加速混合）；含水量：含水石油产品较不含水石油产品燃烧慢；罐内燃烧：罐直径：液位：液位低燃烧慢（烟气上浮，阻止O2进入）。,2.5.3 液体燃烧速度,初温对液体燃烧速度的影响,2.5.3 液体燃烧速度,储罐直径对燃烧速度的影响,10 cm,80 cm,工业储罐（大）中液体燃烧的速度与罐直径无关。与气体燃烧不同。,2.5.3 液体燃烧速度,风速对液体燃烧速度的影响,单组分液体燃烧时热量在液层的传播特点,单组分液体(如甲醇、丙酮、苯等)和沸程较窄的混合液体(如煤油、汽油等)，在自由表面的燃烧，很短时间内就形成稳定燃烧，燃烧速度基本不变。燃烧时火焰的热量通过辐射传入液体表面，然后通过导热向液面以下传递，由于受热液体比重减小而向上运动，所以热量只能传入很浅的液层内。液面温度接近但稍低于液体的沸点液面加热层很薄,单组分液体燃烧时热量在液层的传播特点,丁醇和汽油燃烧时的温度分布,2.5.4 油罐火灾,原油的热波特性原油的性质 原油是不同沸点和比重的烃类的混合物，此外还有部分的高分子物质及少量的水。 初沸点：原油中最轻的烃类沸腾时的温度。 终沸点：原油中最重的烃类沸腾时的温度。 沸程：不同沸点的所有馏分转变为蒸气的最低和最高沸点范围。 轻组分：原油中比重最小、沸点最低的很少一部分烃类组分。 重组分：原油中比重最大、沸点最高的很少一部分烃类组分。,原油的热波特性,热波：宽沸程原油燃烧时，沸点较低的烃类蒸发，离开油品表面，进入燃烧区；沸点较高的烃类则沉向底部形成一个热的锋面； 当燃烧继续时，此热锋面逐渐深入加热冷油，使被加热层不断增厚，这一现象称之为热波。,2.5.4 油罐火灾,原油储罐火灾特性原油燃烧时热量的传递规律 热波特性 在下降过程中温度逐渐升高（150315） 热波下降速度大于液体的燃烧速度热波的破坏作用 使油品中水大量蒸发，发生沸溢和喷溅。,热波传播速度与直线燃烧速度的比较,热波的传播速度：热波在液层中向下移动的速度称为热波的传播速度。,重质油品的沸溢和喷溅,沸溢定义：热波在油品中传播时，乳化水或自由水蒸发，形成大量油包气气泡，最后发生向外溢出的现象。发生条件：原油具有形成热波的特性；原油中含有乳化水或自由水；原油的粘度较大。,重质油品的沸溢和喷溅,沸溢发生的时间 发生沸溢的时间与原油的种类、水分含量有关。根据实验，含有1%水分的石油，经4560分钟燃烧就会发生沸溢。发生沸溢的征兆火焰由红变白变亮，高度突然增加；烟气由浓黑变稀白；油面蠕动，有轻微呼隆和嘶嘶声响。,重质油品的沸溢和喷溅,喷溅喷溅：热波下降到水垫层，使其中的水大量蒸发，蒸气压迅速升高，把上部的油品抛出罐外的现象。喷溅的发生条件原油具有热波特性；原油底部存在水垫层；高温层与水垫层接触。喷溅发生时间 喷溅发生的时间与油层厚度、热波移动速度以及油的燃烧线速度有关。,重质油品的沸溢和喷溅,喷溅发生的征兆：火焰由红变白变亮，高度突然增加；罐体发生轻微的振动沸溢，热波在油品中传播时，乳化水或自由水蒸发，形成大量油包气气泡，最后发生向外溢出的现象。,喷溅最远可达70120m，威胁消防官兵生命安全，应及早撤离。,重质油品的沸溢和喷溅,沸溢、喷溅的预防措施：减少油品中的含水量（底部阀门，定期排水）；减小油品的粘度；设置冷却系统降温（底部泡沫发生器，阻止热辐射；若置于顶部，爆炸时罐顶会被掀开，设施被破坏）。,沸溢？喷溅？,2.6.1固体燃烧过程,（1）熔融蒸发式燃烧(蜡),固 液 蒸气 产物,熔,加热,加热,气化,氧,（2）升华式燃烧(萘、樟脑),固 蒸气 产物,升华,加热,氧,2.6固体燃烧,（3）热分解式燃烧(木材、煤、塑料),固 挥发份 产物,热分解,加热,氧,（4）固体表面燃烧(木炭、焦炭),固 氧 产物,最后燃烧的物态为气体,（1）、（2）、（3）类,同相燃烧,有焰燃烧,燃烧区存在两相,（4）类,异相燃烧,无焰燃烧,2.6.2 固体燃烧形式,蒸发燃烧 表面燃烧 分解燃烧阴燃 氧气不足、温度较低或湿度较大时，固体物质发生的只冒烟而无火焰的燃烧。是固体物质特有的燃烧形式。 包含干馏分解、炭（焦）化、氧化等过程。 多孔状物质如成捆堆放的棉、麻、烟叶、布匹等。 当改变通风条件、增加供氧量、可燃物水分蒸发，可能转为有焰燃烧。,阴燃案例,因吸烟点火乱扔未熄灭的烟头，造成火灾的案例屡见报端，最典型的莫过于1987年5月6日大兴安岭森林火灾。此次大火共造成69.13亿元的惨重损失。事后查明，这次特大森林火灾，最初的五个起火点中，有四处系人为引起，其中两处起火点是三名“烟民”烟头引燃的。,该大火不但使得中国境内的1800万英亩（相当于苏格兰大小）的面积受到不同程度的火灾损害，还波及了苏联境内的1200万英亩森林。过火的林地和疏林地面积达到114万公顷, 其中受害面积87万公顷。烧毁贮木场存材85万立方米；各种设备2488台, 其中汽车、拖拉机等大型设备617台；桥涵67座, 总长1340米；铁路专用线9.2公里；通讯线路483公里；输变电线路 284公里；粮食325万公斤；房屋61.4万平方米, 其中民房40万平方米。受灾群众10807户,56092人。死亡193人,受伤226人。参加这次扑火的军民共58800多人,其中解放军34000多人。,概述定义：是一种发生在气固相界面处的燃烧反应，是固体物质无气相火焰的缓慢燃烧，通常产生烟和伴有温度升高。是固体物质特有的燃烧形式。燃烧速度慢、温度较低，不易被发现阴燃与有焰燃烧的区别：是无火焰阴燃与表面燃烧的区别：能热分解出可燃气。在一定条件下，阴燃可以向明火转化，转变为有焰燃烧。,阴燃,阴燃,此外，阴燃过程中产生的烟雾中，含有可燃气体，有发生爆炸的危险性；阴燃火灾发生堆积物的内部，较难彻底扑灭，并且易发生复燃。因此阴燃具有很大的危险性。,阴燃的发生条件,阴燃能否发生，取决于固体材料自身的理化性质及其所处的外部环境。 固体材料的理化性质：固体介质疏松多孔，固体颗粒直径在103米量级以下，如：纸张、锯末、纤维织物、纤维板、胶乳橡胶及其某些多孔热固性塑料 受热分解后能产生刚性结构的多孔炭，从而具备多孔蓄热并使燃烧持续下去的条件。,空气不流通，如固体堆垛内部的阴燃，处于密封性较好的室内的固体阴燃。固体内部存在空气，从而发生氧化放热反应维持阴燃状态固体氧化反应所产生的CO2等不可燃气体大大稀释了热解所产生的可燃气体，使有焰燃烧难以形成 一个供热强度适宜的热源 ，引起阴燃的热源包括：1.自燃热源；2. 阴燃本身成为热源 。如香烟的阴燃引起地毯的阴燃；3. 有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃,阴燃的发生条件,外部环境：,阴燃向有焰燃烧的转变,（）阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧（二）加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧（三）密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧，甚至轰燃（回燃、回火）,轰燃,轰燃是室内火灾由局部燃烧瞬间向全面燃烧的转变，转变完成后，室内所有可燃物表面都开始燃烧。轰燃是火灾由初期阶段向旺盛阶段转变的最显著特征之一。,轰燃,在火灾初起阶段后期，当通风条件良好，可燃物数量适当，火灾范围会迅速扩大，并引起室内相当数量的可燃物的热解和气化，一旦可燃气体达到燃烧极限下限，室内温度达到可燃气体燃点时，经过较短时间(几分钟)就会出现一种全室性气相火焰现象，并迅速点燃室内绝大多数可燃物表面，燃烧十分猛烈，温度升高很快。它标志着火灾由初起阶段后期进入全盛阶段。,轰燃发生后，由于燃烧极为猛烈，温度很快升高，人员在这种条件下很难生存，因此，就火灾中安全疏散而言，如果在轰燃发生前尚未从室内火灾场中逃生，那么将难以幸存。因此，认真研究室内火灾中的轰燃规律对于火灾防治具有十分重要的意义。,轰燃现象的出现是火灾燃烧释放出大量热量积累的结果。实验研究表明，引起室内轰燃的热源主要是热辐射。建筑物室内地板接收到的热通量的辐射热源主要有以下三个方面:(1)顶棚下方的热烟气层(2)室内上部的顶与侧壁所有热表面的辐射(3)火焰，包括垂直上升的火羽流与沿顶棚扩散的火焰。这些热辐射对轰燃出现的控制作用和影响取决于火灾发展过程中可燃物质的性质以及通风状况。在实际火灾中，一般都会产生大量烟气。因此，轰燃的出现主要由热烟气层的厚度和温度达到某一临界点时所决定，因此，烟气层的热辐射对确定火灾的发展十分重要。,2.6.3 固体燃烧速度,固体物质的燃烧速度一般小于可燃气体和液体的燃烧速度不同组成、不同结构的固体物质燃烧速度差别很大：萘的衍生物、石蜡，三硫化磷，松香等固体物质，其燃烧过程要经过受热熔化、蒸发、分解氧化、起火燃烧等几个阶段，一般速度较慢。硝基化合物、硝化纤维及其制品，因其本身含有不稳定的含氧基团，燃烧非常剧烈。密度：比表面：固体物质比表面大的燃烧速度快。含水量：,2.6.3 固体燃烧速度,木材燃烧速度与其密度的关系,2.6.3 固体燃烧速度,2.6.3 固体燃烧速度,2.6.4 典型固体物质的燃烧,一、木材的燃烧,（一）木材的组成主要成分是碳（50）、氢（6.4）和氧（42.6）元素，还有少量的氮（0.010.2）和其它元素（0.80.9），但不含有其它燃料中常有的硫。,（二）木材的热分解,首先是水的蒸发；加热到150时木材开始微弱分解，分解产物主要是水和二氧化碳；温度升高到200以上，构成木材主要成分的纤维素被分解，生成一氧化碳、氢和碳氢化合物；闪燃现象。250280 剧烈分解。稳定的有焰燃烧。热分解的剩余物得到3038的碳。随后是表面燃烧。,（三）木材的燃烧过程,木材燃烧大体分为有焰燃烧和无焰燃烧两个阶段。 木材的有焰燃烧是木材热分解出的可燃气燃烧，它的特点是燃烧速度快；燃烧量大，约占整个木材重量的70；火焰温度高，燃烧时间短，火灾发展迅速猛裂。,（三）木材的燃烧过程,在木材的有焰燃烧阶段，木材表面上生成的碳，虽然处在灼热的状态，但不燃烧。因为此时，分解产物的燃烧阻碍了氧气扩散到碳的表面上去。当析出的气体产物很少时，氧扩散到碳的表面，即有焰燃烧接近尾声时，碳才开始燃烧。两种形式燃烧同时进行若干时期以后，完全不析出可燃气体时，才出现仅有碳的无火焰燃烧。,（四）木材燃烧速度,1木材密度的影响木材的密度越大，燃烧速度越小，这是因为密度大的木材导热性能好，大量热被导入木材深处，使表面温度上升慢，热分解慢，不容易着火，燃烧速度慢。,2含水量的影响,木材含水量越大，木材不易着火，着火后燃烧速度也慢；蒸发的水蒸气充满燃烧区使氧与可燃气浓度减少；水分会使木材导热率增加。,3木材比表面的影响,比表面积大，燃烧时单位体积的木材承受的热量就大，与氧气接触面积也大，所以易着火且燃烧速度大。,二、高聚物的燃烧,高聚物包括合成纤维、合成橡胶、塑料。橡胶与塑料的区别：橡胶需由高分子硫化交联，具有弹性形变。可燃性较差。包含元素：C、H、O、Cl、Br、N、S等。,高聚物的燃烧,燃烧过程熔融阶段分解阶段着火阶段,聚合物的温度-形变曲线,高聚物随温度变化有三种物理状态：玻璃态、高弹态、黏流态。,玻璃态：由于温度较低，分子运动的能量很低，不足以克服主链内旋转的位垒，链段处于被冻结的状态，此时，聚合物表现的力学性质和小分子的玻璃差不多，即，较硬、较脆、形变小，因此称为玻璃态。,高弹态：随温度的升高，聚合物主链虽不能移动，但通过主链的单键内旋转可使链段发生滑移。因此，就整个分子链来看，它是固体；就链段运动来看，它是液体。,黏流态：温度继续升高，整个分子链发生互相滑移，这种流动同低分子液体流动相类似 。,高聚物熔融阶段,高聚物受热后的热分解,聚合物热分解时的化学变化,高聚物不断裂解最后生成的产物可能有一下几种：,高聚物着火阶段,闪燃稳定有焰燃烧因缺氧暂时停止，空气流动好后爆燃,高聚物燃烧特点,发热量大 发热量比木材高，燃烧温度可达2000C。燃烧速度快发烟量大 起火后15s内产生烟雾，不到1min视线模糊。有熔滴 熔滴会带着火焰滴落、流淌，扩大燃烧面积。产物毒性大 N2O、HCN、COCl2等。,不同高聚物的燃烧速度和毒性,含CH：易燃但不猛烈。CO含O：易燃且猛烈。CO含N：多种类型。CO、NOx含Cl：Cl有一定阻燃性。HCl含F：不燃。HF酚醛树脂：难燃或缓燃。酚蒸气,三、金属的燃烧,金属的燃烧能力取决于金属本身及其氧化物的物理、化学性质，其中金属及其氧化物的熔点和沸点对其燃烧能力的影响比较显著。（一） 挥发金属挥发性金属（如 Li、Na、K等）的特点 它们的沸点一般低于其氧化物的熔点（K除外），因此在其表面上能够生成固体氧化物。,挥发性金属的燃烧过程挥发金属和火源接触时被加热发生氧化，经过一段时间后，金属被熔化并开始蒸发，蒸发出的蒸气通过多孔的固体氧化物扩散进入空气中。当空气中的金属蒸气达到一定浓度时就燃烧起来，同时燃烧反应放出的热量又传给金属，使其进一步被加热直至沸腾，进而冲碎了覆盖在金属表面上氧化物薄层，出现了更激烈的燃烧。同时燃烧激烈时，固体氧化物也变成蒸气扩散到燃烧层，离开火焰时变冷凝聚成微粒，形成白色的浓烟。这是挥发金属的燃烧特点。挥发金属的燃烧属于熔融蒸发式燃烧。金属固体金属液体金属蒸气与空气混合均相有焰燃烧金属氧化物白烟。,（二） 不挥发金属（不挥发金属的沸点比它的氧化物的熔点要高 ） 不挥发金属因其氧化物的熔点低于金属的沸点，则在燃烧时熔融金属表面上形成一层氧化物。金属氧化物先于金属固体熔化变成气体，使金属表面裸露与空气接触，金属氧化物的熔化消耗了一部分热量，又阻碍了金属和空气中氧的接触，减缓了金属的氧化燃烧速度，固体表面呈炽热发光现象，如氧焊、电焊、切割火花等。不挥发金属的燃烧属于表面燃烧。 不挥发金属在粉末状、气熔胶状、刨花状时在空气中燃烧进行得很激烈，且不生成烟。粉尘悬浮在空气中可能发生爆炸，且无烟生成。金属固体炽热表面与空气接触非均相无焰燃烧Al、Ti、Fe等金属在空气中难以燃烧，但在纯氧中能燃烧，在燃烧时金属并不气化而是液化。,金属燃烧的应用气割,气割时,先用氧-乙炔火焰将金属预热到燃点,然后打开切割氧阀门,使高温金属燃烧,金属燃烧时所产生的氧化物熔渣被高压氧吹走,形成切口。金属燃烧时放出大量的热,又预热待切割的金属,所以切割过程是预热-燃烧-去渣的形成切口的不断连续重复进行的过程。,金属燃烧的应用气割,气割过程一般分为3个阶段:钢材表面,铁和氧开始燃烧反应铁和氧的燃烧反应向钢材内部传播将反应生成物(主要是氧化铁)强行排除，达到切断目的。气割的实质是金属在氧气中燃烧,乙炔或丙烷只起助燃作用，整个切割过程不是将金属熔化,而是金属燃烧的过程。在气割过程中,铁与氧反应是预热钢材的主要热源,而预热火焰的热作用则是次要的。切割时所需总热量的85%来自燃烧反应,只有15%的热量来自预热火焰。,（三） 金属燃烧的特点,金属易燃程度与比表面积关系极大；燃烧热值大、燃烧温度高；燃烧时强度降低；某些金属燃烧时火焰具有特征颜色。 钠 锂 钾 铷 铯 钙 锶 铜 钡 黄 紫红 浅紫 紫 紫红 砖红色 洋红 绿 黄绿,（三） 金属燃烧的特点,高温下，金属性质活泼,（四） 金属储运过程中的防火管理,防水、防潮 碱金属、碱土金属、金属粉末 少量 煤油,大量,氮封,锂,氩或氦,（四） 金属储运过程中的防火管理,密封单独存放,薄片和颗粒金属,单独,远离,可燃物氧化剂涂油物酸、碱、卤素,铪粉、锆粉,含水量25,（五） 金属火灾扑救时灭火剂的选择,7150灭火剂（三甲氧基硼氧六环）：是扑救镁、铝、镁铝合金、海绵状钛等轻金属火灾的有效灭火剂。灭火时，当它以雾状喷到炽热的燃烧着的轻金属上时，会发生两种反应，即 分解反应： 60以上 (CHO)BO(CHO)BBO (三甲氧基硼氧六环)(硼酸三甲酪) (硼酐)燃烧反应：(CHO)BO 93B29H2十 6CO2(三甲氧基硼氧六环)(氧) (硼酐) (水)(二氧化碳),（五）金属火灾扑救时灭火剂的选择,以上两种反应产生的硼酐在轻金属燃烧的高温下，熔化为玻璃状液体，流散于金属表面及其缝隙中，在金属表面形成一层硼酐隔膜，使金属与大气隔绝，从而使燃烧窒熄。7150燃烧反应时，还消耗金属表面附近大量的氧，从而也能够降低轻金属的燃烧强度。在用7150灭火剂灭火时，当燃烧的轻金属表面被硼酐的玻璃状液体覆盖以后，还可以喷射适量雾状水或泡沫，冷却金属，会得到更好的灭火效果。,（五） 金属火灾扑救时灭火剂的选择,原位膨胀石墨灭火剂,金属Na等碱金属、Mg等轻金属,隔氧、隔热,（六） 金属火灾扑救时灭火剂的选择,原位膨胀石墨灭火剂是石墨层间化合物金属钠等碱金属和镁等轻金属着火时，将原位膨胀石墨灭火剂喷撒在这些金属上面，灭火剂中的反应物在火焰高温的作用下，迅速呈气体逸出，使石墨体积膨胀，能在燃烧金属的表面形成海绵状的泡沫，与燃烧金属接触部分则被燃烧金属润湿，生成金属碳化物或部分生成石墨层间化合物，瞬间造成了与空气隔绝的耐火膜，达到迅速灭火的效果。灭火应用时，可盛于薄塑料袋中投入燃烧金属上灭火；也可以放在金属可能发生泄漏处，预防碱金属或轻金属着火；同时也可盛于灭火器中在低压下喷射灭火。,（六） 金属火灾扑救时灭火剂的选择,干沙、干粉、石粉、干的食盐、干的石墨,金属火灾灭火需要注意：,Mg、Li,干沙,放热,2.7 燃烧产物的毒害作用,热烟气的一般毒害作用 包含物质：二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、五氧化二磷、氮氧化物、水蒸气、烟灰。（1）缺氧 （2）高温气体的热损伤（3）热烟尘的毒害作用,缺氧,16%12%：头痛、呼吸急促、脉搏加快14%9%：判断力迟钝，出现酩酊状态，产生紫斑10%6%：意识不清、痉挛、致死,碳氢化合物燃烧产物的毒性,二氧化碳：窒息作用。一氧化碳：毒性。与血红蛋白的结合能力比氧气高。 无机化学：羰基络合物,高聚物燃烧产物的毒害作用,NO、NO2。刺激、有毒性。NO可与O2迅速生成NO2。后者为棕红色。也是汽车尾气的主要毒物。HCN 剧毒化学品。电镀工业中常用其盐。Cl2 有毒气体。黄绿色。强氧化性。光气 化工中间体。无色，发霉柴草气味。化学武器。一战中德国、日本都曾使用。H2S 臭鸡蛋气味。强烈的神经毒物。,2.8 热值与燃烧温度,燃烧焓（热） 各反应组分在温度T条件下的标准态时，1摩尔指定相态的物质与氧进行完全氧化还原反应对应的焓差，称为温度T时该物质的标准燃烧焓（热）。单位为Jmol；手册数据温度一般298.15K；是严格的热力学概念。热值单位质量(或体积）的可燃物质完全燃烧时所放出的热量称为该物质的发热值，简称热值。单位固体或液体为J/kg，气体为J/m3；高热值：燃料完全燃烧，生