1、可燃固体的燃烧,第一节 固体燃烧概述,一、固体燃烧的形式 （一）蒸发燃烧 （二）表面燃烧 （三）分解燃烧 （四）熏烟燃烧（阴燃） （五）轰燃 （六）异相和同相燃烧,第一节 固体燃烧概述,一、固体燃烧的形式 （一）蒸发燃烧 火源加热熔融蒸发着火燃烧（关键阶段） 例如：硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香、沥青等 火源加热升华着火燃烧 例如：樟脑、萘等,第一节 固体燃烧概述,一、固体燃烧的形式 （二）表面燃烧在可燃固体表面上，由氧和物质直接作用而发生的燃烧现象。 例如：木炭、焦炭、铁、铜等 （三）分解燃烧 火源加热热分解着火燃烧（关键阶段） 例如：木材、煤、合成塑料、钙塑材料等,第一节 固体燃烧概述,一、固
2、体燃烧的形式 （四）熏烟燃烧（阴燃）定义：某些物质在堆积或空气不足的条件下发生的只冒烟而无火焰的燃烧现象。 例如：纸张、锯末、纤维织物、纤维素板、胶乳橡胶以及某些多孔热固性塑料等,第一节 固体燃烧概述,一、固体燃烧的形式 （五）轰燃定义：可燃固体析出的可燃挥发份遇火源所发生的爆炸式燃烧。 分类：粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等 例如：赛璐珞、聚氨酯等,一、固体燃烧的形式 （六）异相和同相燃烧 异相燃烧（非均相）：可燃物与氧化剂处于固、气两种不同状态时的燃烧现象。 同相燃烧（均相）：可燃物与氧化剂都处于气相状态时的燃烧现象。,第一节 固体燃烧概述,第一节 固体燃烧概述,一、固体燃烧的形式 （一）蒸发燃
3、烧 （二）表面燃烧 （三）分解燃烧 （四）熏烟燃烧（阴燃） （五）轰燃 （六）异相和同相燃烧,二、评定固体火灾危险性的参数 （一）熔点、闪点和燃点 （二）热分解温度 （三）自燃点 （四）比表面积 （五）氧指数,第一节 固体燃烧概述,二、评定固体火灾危险性的参数 （一）熔点、闪点和燃点 （二）热分解温度可燃固体受热发生分解的初始温度。,第一节 固体燃烧概述,二、评定固体火灾危险性的参数 （三）自燃点,第一节 固体燃烧概述,二、评定固体火灾危险性的参数 （四）比表面积 （五）氧指数定义：在规定条件下，刚好维持物质燃烧时的混合气体中最低氧含量的体积百分数。,第一节 固体燃烧概述,二、评定固体火灾危险
4、性的参数 （一）熔点、闪点和燃点 （二）热分解温度 （三）自燃点 （四）比表面积 （五）氧指数,第一节 固体燃烧概述,第二节 固体着火燃烧理论,一、固体引燃条件和引燃时间 二、固体火焰传播理论 三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置 （四）外加环境因素,第二节 固体着火燃烧理论,三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 点火源必须处于可燃挥发份的气流之内才能使固体引燃。加热速率越大，固体越容易被引燃。,第二节 固体着火燃烧理论,三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质熔点
5、热分解温度气化热（LV）燃烧热热惯性（kc）,第二节 固体着火燃烧理论,三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置 比表面积大，增大与氧气接触机会，容易点燃； 薄物体表面导热能力强，比厚物体容易着火燃烧。 相同材料、相同外界条件，位置不同引起燃烧速度的不同。,三、固体着火和燃烧的影响因素 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置,第二节 固体着火燃烧理论,三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素1、风速2、压力3、氧浓度4、环境温度,三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素1、风速,0 0.2 1.0 10 风速(
6、m/s),10 4.0 1.0 0.4,火焰传播速度(mm/s),三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素2、压力,0 10 100 1000 压力(KPa),100 10 1.0,火焰传播速度(mm/s),三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素3、氧浓度,火焰传播速度(mm/s),100%O2,62%O2,46%O2,0 0.2 1.0 10 风速(m/s),10 4.0 1.0 0.4,三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素3、氧浓度,0 10 100 1000 压力(KPa),100 10 1.0,火焰传播速度(mm/s),100%O2,62%O2,46%O2
7、,三、固体着火和燃烧的影响因素 （四）外加环境因素4、环境温度,10 102 103 104 预热时间(s),10 1.0 0.1 0.01,火焰传播速度(mm/s),0 kW/m2,8 kW/m2,13 kW/m2,19 kW/m2,第二节 固体着火燃烧理论,一、固体引燃条件和引燃时间 二、固体火焰传播理论 三、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 （二）固体材料的性质 （三）固体材料的形状尺寸及表面位置 （四）外加环境因素,第三节 几类典型固体的燃烧,一、高聚物的燃烧 二、木材的燃烧 三、煤的燃烧 四、金属的燃烧,第三节 几类典型固体的燃烧,一、高聚物的燃烧 （一）三大常见高
8、聚物塑料、橡胶、纤维 （二）高聚物的燃烧过程热软化熔融、热分解、着火燃烧 （三）高聚物燃烧的普遍特点1、发热量较高、燃烧速度较快2、发烟量较大、能见度降低3、燃烧（或分解）产物的危害性大,一、高聚物的燃烧 （四）不同类型高聚物燃烧的特点1、只含C和H的高聚物如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等易燃但不猛烈，离开火焰后仍能持续燃烧，火焰呈兰色或黄色，燃烧时有熔滴，并产生有毒的CO气体。2、含有O的高聚物如有机玻璃、赛璐璐等易燃且猛烈，火焰呈黄色，燃烧时变软，无熔滴，并产生有毒的CO气体。3、含有N的高聚物如脲甲醛树脂为难燃自熄；三聚氰胺甲醛树脂为缓燃缓熄；尼龙为易燃以烬。它们在燃烧时都有熔滴，并产生CO
9、、氧化氮有毒气体和HCN剧毒气体。,一、高聚物的燃烧 （四）不同类型高聚物燃烧的特点4、含有Cl的高聚物如聚氯乙烯等硬的为难燃自熄，软的为缓燃缓熄，火焰呈黄色，燃烧时无熔滴，有炭瘤，产生HCl气体，有毒且溶于水有腐蚀性。5、含有氟的高聚物 实际上不燃，但加强热时，能放出腐蚀毒害性的HF气体。6、酚醛树脂无填料的为难燃自熄，有木粉填料的为缓燃缓熄，火焰呈黄色，冒黑烟，放出有毒的酚蒸气。,第三节 几类典型固体的燃烧,一、高聚物的燃烧 （五）影响因素1、热源温度扩散速度、热量的散失速度2、物质的理化特性热容、导热系数3、环境氧浓度,第三节 几类典型固体的燃烧,二、木材燃烧 （一）木材的组成,第三节
10、几类典型固体的燃烧,二、木材燃烧 （二）木材的燃烧过程,二、木材燃烧 （三）木材的燃烧特点 1、有焰燃烧阶段 即木材的热分解产物的燃烧。在此过程中，木材的成份逐渐发生变化，氢、氧含量减少，碳含量增加。 2、无焰燃烧阶段 即木炭的表面燃烧。木材表面生成的炭处于灼热状态，但基本上不燃烧，这是由于热分解产物及其燃烧阻碍了氧向木炭表面扩散，其中在有焰燃烧阶段燃烧时间短、火势扩展快。,二、木材燃烧 （四）木材燃烧的影响因素 1、纹理影响 2、密度 3、含水量 4、比表面积 5、木垛燃烧速度,二、木材燃烧 （四）木材燃烧的影响因素 1、纹理影响 平行于纹理方向上的导热性大约是垂直于纹理方向上的2倍； 平行
11、于纹理方向上的透气性大约是垂直于纹理方向上的103倍； 在未炭化表面以下产生的挥发物沿纹理方向比沿垂直纹理方向逸出容易得多。,二、木材燃烧 （四）木材燃烧的影响因素 2、密度 密度较大的木材，导热性能较好，挥发份较难析出，燃烧速度较慢。 3、含水量 含水量较多的木材，燃烧速度较慢 原因一：水蒸发消耗大量的热 原因二：较湿木材的导热能力较强，燃烧时传入木材内部的热量较多。,（四）木材燃烧的影响因素,木材密度的影响,（四）木材燃烧的影响因素,木材含水量的影响,二、木材燃烧 （四）木材燃烧的影响因素 4、比表面积 比表面积越大的木材，单位体积的木材暴露在空比气中的面积越大，且受热时析出的挥发份越多，
12、因此燃烧速度越快。,0 4 8 12 16 时间(min),80 60 40 20,实验中重量损失(%),11 cm2,1.51.5,22,2.52.5,44,第三节 几类典型固体的燃烧,一、高聚物的燃烧 二、木材的燃烧 三、煤的燃烧 四、金属的燃烧,第三节 几类典型固体的燃烧,三、煤的燃烧 （一）煤的组成,第三节 几类典型固体的燃烧,三、煤的燃烧 （二）煤的燃烧过程,第三节 几类典型固体的燃烧,三、煤的燃烧 （三）煤的燃烧特点 煤也存在有焰燃烧和无焰燃烧，但二者不象木材燃烧那样有较严格的区分。理论分析和实验结果都表明，煤中的这两种燃烧几乎同时进行，但在燃烧的初期阶段，焦炭只烧掉1520；而8
13、090的挥发份已经燃尽。,三、煤的燃烧 （四）煤燃烧的影响因素 1、热分解挥发份：煤热分解产生挥发份的组分及其含量主要取决于煤的碳化程度和温度。碳化程度加深，挥发份析出量减少，但其中可燃组分含量却增多；加热温度越高，挥发份逸出量就越多。 2、灰分（尤其内在灰分）对燃烧过程的影响： 燃烧温度灰的软化温度，焦炭粒外表面会形成一层逐渐增厚的灰壳； 燃烧温度灰的熔化温度，焦炭粒表面不能形成灰壳，并且灰的熔渣会堵塞煤层间的通风孔隙。两种情况都会妨碍煤的燃烧。,三、煤的燃烧 （四）煤燃烧的影响因素 3、 煤的燃烧受碳化程度、颗粒度、岩石学组成及受风化情况等多因素影响。4、水分含量对煤燃烧的影响 水能与CO
14、在较高温度下反应，放出热量；同时生成的氢及其自由基的链锁反应对燃烧有利。,第三节 几类典型固体的燃烧,一、高聚物的燃烧 二、木材 三、煤的燃烧 四、金属的燃烧,第三节 几类典型固体的燃烧,四、金属的燃烧 （一）金属的分类1、挥发金属例如：Li、Na、K、Mg、Ca等2、不挥发金属例如：Al、Ti、Zr等,四、金属的燃烧 （二）金属的燃烧性质,第三节 几类典型固体的燃烧,四、金属的燃烧 （三）金属燃烧的普遍特征1、燃烧难易程度与比表面积关系极大2、燃烧热值大，燃烧温度高3、高温燃烧的金属性质活泼4、某些金属燃烧时火焰具有特征颜色,第三节 几类典型固体的燃烧,四、金属的燃烧 （三）金属燃烧的普遍特
15、征1、燃烧难易程度与比表面积关系极大块状、薄带状、粉尘状2、燃烧热值大，燃烧温度高金属燃烧热是普通燃料的520倍，镁燃烧火焰温度高达3000oC。,四、金属的燃烧 （三）金属燃烧的普遍特征3、高温燃烧的金属性质活泼高温金属可与CO2、卤素及其化合物、N2、H2O等发生反应，使燃烧更剧烈。,2Mg+CO2 Mg+Cl2 4Na+CCl4 2Ca+N2 2K+2H2O,2MgO+C MgCl2 4NaCl4+C 2CaN 2KOH+H2,燃 烧 温 度 下,第三节 几类典型固体的燃烧,四、金属的燃烧 （三）金属燃烧的普遍特征4、某些金属燃烧时火焰具有特征颜色,第四节 固体阴燃,阴燃定义：某些物质在
16、堆积或空气不足的条件下发生的只冒烟而无火焰的燃烧现象。 例如：纸张、锯末、纤维织物、纤维素板、胶乳橡胶以及某些多孔热固性塑料等,第四节 固体的阴燃,一、阴燃发生的条件 （一）内在原因 一些材料受热分解后能产生刚性结构的多孔炭，从而具备多孔蓄热和大面积吸附氧气。,第四节 固体的阴燃,一、阴燃发生的条件 （二）外在原因 具有一个供热强度适宜的热源 供热强度过小，固体无法着火 供热强度过大，固体发生有焰燃烧 常见引起阴燃的热源： 1、自燃 固体堆垛内的阴燃多是自燃的结果，堆积固体的自燃特征是在堆垛内部以阴燃反应开始燃烧，缓慢向外传播，直到在堆垛表面转变成有焰燃烧。 2、阴燃本身,第四节 固体的阴燃,
17、常见引起阴燃的热源： 3、有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃 如固体堆垛有焰燃烧的外部火焰被水扑灭后，由于水流没有完全进入堆垛内部，那里仍处在炽热状态，因此可能发生阴燃。室内固体在有焰燃烧过程中，当空气被消耗到一定程度，火焰就会熄灭，接着固体燃烧以阴燃形式存在。 4、不对称加热，固体内部的热点等，也可能引起阴燃。,热解区,炭化区,残余区,二、阴燃的传播理论 （一）阴燃的结构,传播方向,烟,原始纤维素,纤维素 变色区,黑色炭,灼热炭,残余灰/炭,纤维素棒沿水平方向阴燃示意图,二、阴燃的传播理论 （二）阴燃的传播机理,区域：残余灰/炭区。在该区中燃烧不再进行，温度缓慢下降。,第四节 固体的阴燃,三、阴燃发生
18、的影响因素 （一）固体材料的性质和尺寸 （二）外加空气流（风）速度 （三）阴燃的传播方向 （四）双元材料体系的阴燃 （五）其他因素的影响,第四节 固体的阴燃,三、阴燃发生的影响因素 （一）固体材料的性质和尺寸 1、质地松软、细微、杂质少的材料（例如棉花）阴燃性能好原因：保温性能和隔热性能好，热量不容易散失。 2、单一材料其尺寸（主要指直径）对阴燃的影响很复杂，难以得出统一结论。粉尘层尺寸对阴燃的影响可从厚度、粒径和密度两个方面说明。,三、阴燃发生的影响因素 （一）固体材料的性质和尺寸 2、单一材料厚度 厚度减小，阴燃传播速度先增大后减小原因：厚度太大，空气较难进入阴燃区厚度太小，热量损失增大
19、存在维持粉尘阴燃的厚度下限,三、阴燃发生的影响因素 （一）固体材料的性质和尺寸 2、单一材料粒径 粒径增大，厚度下限先增大后减小密度 粉尘层密度减小，阴燃的传播速度增加,第四节 固体的阴燃,三、阴燃发生的影响因素 （二）外加空气流（风）速度 外加空气流速度增大，阴燃的传播速度明显增大，尤其空气流动方向与阴燃传播方向一致时。 原因：促进氧气的传播促进热量的传递： 区域向区域传递热量,三、阴燃发生的影响因素 （三）阴燃的传播方向,阴燃传播速度最快,第四节 固体的阴燃,三、阴燃发生的影响因素 （四）双元材料体系的阴燃 某些高聚物单独存在时难以阴燃，与其他材料组合时，可以发生阴燃。 （五）其他因素的影
20、响 杂质 水,黄烟,黄烟,灰,/,碳,阴燃,室内装潢,泡沫材料,阴燃,碳,黄烟,区,火灾案例：吉林市中百商厦2-15火灾,2004年“215：特大火灾事故造成100余人的伤亡，火灾是因为一个烟头掉在地上引燃可燃物造成的。导致伤亡惨重的主要原因是：一是报警晚，错过了最佳扑救时机；二是商场的空间大，空气对流，可燃物多，导致火灾蔓延迅猛；三是合成纤维、高分子材料、塑料等制品在火灾中会分解产生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、氢化氰气体，造成人员死亡；四是高温热焰气在两个楼梯间的烟囱作用下，以每秒3-5米的速度向上扩散，大量人员很难从楼梯间疏散逃生；五是商厦建筑的东西两侧有施工的桩坑，举高消防车无法靠近，无法进入北侧实施灭火救人，所以就造成有的人跳楼伤亡。,第四节 固体的阴燃,四、阴燃向有焰燃烧的转变 （一）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 突然打开密闭空间的某个部位，新鲜空气进入，在空间内形成可燃混合气体，发生有焰燃烧，也有可能导致轰燃。这是十分危险的。,
