消防安全技術實務：燃燒基礎知識

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內容摘要：第一章 燃燒基礎知識

學習要求

通過本章學習，應了解燃燒的必要條件和充分條件,掌握燃燒的四種類型,熟悉氣體、液體、固體燃燒的特點以及燃燒產物的概念和幾種典型物質的燃燒產物。

燃燒基礎知識主要包括燃燒條件、燃燒類型、燃燒方式與特點及燃燒產物等相關內容，是關于火災機理及燃燒過程等最基礎、最本質的知識。

第一節(jié) 燃燒條件

所謂燃燒，是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應，通常伴有火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙現象。燃燒過程中，燃燒區(qū)的溫度較高，使其中白熾的固體粒子和某些不穩(wěn)定（或受激發(fā)）的中間物質分子內電子發(fā)生能級躍遷，從而發(fā)出各種波長的光；發(fā)光的氣相燃燒區(qū)就是火焰，它是燃燒過程中最明顯的標志；由于燃燒不完全等原因，會使產物中混有一些小顆粒，這樣就形成了煙。

一、燃燒的必要條件

燃燒可分為有焰燃燒和無焰燃燒。通?？吹降拿骰鸲际怯醒嫒紵?；有些固體發(fā)生表面燃燒時，有發(fā)光發(fā)熱的現象，但是沒有火焰產生，這種燃燒方式則是無焰燃燒，例如木炭的燃燒。

燃燒的發(fā)生和發(fā)展，必須具備三個必要條件，即可燃物、氧化劑和溫度（引火源）。當燃燒發(fā)生時，上述三個條件必須同時具備，如果有一個條件不具備，那么燃燒就不會發(fā)生或者停止發(fā)生。如圖1-1-1

圖1-1-1 著火三角形

進一步研究表明，有焰燃燒的發(fā)生和發(fā)展除了具備上述三個條件以外，因其燃燒過程中還存在未受抑制的自由基（一種高度活潑的化學基團，能與其他自由基和分子起反應，從而使燃燒按鏈式反應的形式擴展，也稱游離基）作中間體，因此，有焰燃燒發(fā)生和發(fā)展需要四個必要條件，即可燃物、氧化劑、溫度和鏈式反應。

（一）可燃物

凡是能與空氣中的氧或其他氧化劑起化學反應的物質，均稱為可燃物，如木材、氫氣、汽油、煤炭、紙張、硫等?？扇嘉锇雌浠瘜W組成，分為無機可燃物和有機可燃物兩大類。按其所處的狀態(tài)，又可分為可燃固體、可燃液體和可燃氣體三大類。

（二）氧化劑（助燃物）

凡是與可燃物結合能導致和支持燃燒的物質，稱為助燃物，如廣泛存在于空氣中的氧氣。普通意義上，可燃物的燃燒均指在空氣中進行。

（三）引火源

凡是能引起物質燃燒的點燃能源，統(tǒng)稱為引火源。一般分直接火源和間接火源兩大類。了解火源的種類和形式，對有效預防火災事故的發(fā)生具有十分重要的意義。

1．直接火源

（1）明火。指生產、生活中的爐火、燭火、焊接火、吸煙火、撞擊、摩擦打火、機動車輛排氣管火星、飛火等。

（2）電弧、電火花。指電氣設備、電氣線路、電氣開關及漏電打火；電話、手機等通訊工具火花；靜電火花（物體靜電放電、人體衣物靜電打火、人體積聚靜電對物體放電打火）等。

（3）雷擊。瞬間高壓放電的雷擊能引燃任何可燃物。

2．間接火源

（1）高溫。指高溫加熱、烘烤、積熱不散、機械設備故障發(fā)熱、摩擦發(fā)熱、聚焦發(fā)熱等。

（2）自燃起火。是指在既無明火又無外來熱源的情況下，物質本身自行發(fā)熱、燃燒起火，如黃磷、烷基鋁在空氣中會自行起火；鉀、鈉等金屬遇水著火；易燃、可燃物質與氧化劑、過氧化物接觸起火等。

（四）鏈式反應

很多燃燒反應不是直接進行的，而是通過游離基團和原子這些中間產物在瞬間進行的循環(huán)鏈式反應。游離基的鏈鎖反應是燃燒反應的實質，光和熱是燃燒過程中的物理現象。

二、燃燒的充分條件

可燃物、氧化劑和引火源是無焰燃燒的三個必要條件，但燃燒的發(fā)生需要三個條件達到一定量的要求，并且存在相互作用的過程，這就是燃燒的充分條件。對于有焰燃燒，還包括未受抑制的鏈式反應。

（一）一定的可燃物濃度

可燃氣體或可燃液體的蒸氣與空氣混合只有達到一定濃度，才會發(fā)生燃燒或爆炸。例如，常溫下用明火接觸煤油，煤油并不立即燃燒，這是因為在常溫下煤油表面揮發(fā)的煤油蒸氣量不多，沒有達到燃燒所需的濃度，雖有足夠的空氣和火源接觸，也不能發(fā)生燃燒。燈用煤油在40℃以下、甲醇在低于7℃時，液體表面的蒸汽量均不能達到燃燒所需的濃度。

（二）一定的助燃物濃度

各種不同的可燃物發(fā)生燃燒，均有本身固定的最低氧含量要求。氧含量低于這一濃度，即使其他必要條件已經具備，燃燒仍不會發(fā)生。如：汽油的最低氧含量要求為14.4%，煤油為15%，乙醚為12%。

（三）一定的點火能量

各種不同可燃物發(fā)生燃燒，均有本身固定的最小點火能量（見本篇第三章第三節(jié)）要求。達到這一能量才能引起燃燒反應，否則燃燒便不會發(fā)生。如：汽油的最小點火能量為0.2mJ，乙醚（5.1%）為0.19 mJ，甲醇（2.24%）為0.215 mJ。

（四）燃燒條件的相互作用

燃燒要發(fā)生，必須使以上三個條件相互作用。要求每種條件都要達到一定的量，而且其中一個量的變化又會影響燃燒時對其他條件量的要求。如氧濃度的變化就會改變可燃氣體、液體和部分可燃物的燃點。在實際情況下，對燃燒產生影響的條件還有很多：比如液態(tài)和氣態(tài)可燃物，壓力和溫度對燃燒的影響就較大，當點火能量是電火花時，還要考慮電極間隙距離。又比如一般情況下，相同質量的固態(tài)可燃物與空氣接觸的表面積越大，燃燒所需的點火能量就越小。

（五）未受抑制的鏈式反應

對有焰燃燒，根據燃燒的鏈鎖反應理論，因燃燒過程中存在未受抑制的游離基（自由基）作中間體，考慮游離基參加燃燒反應的附加維，從而形成著火四面體。自由基是一種高度活潑的化學基團，能與其他的自由基和分子起反應，從而使燃燒按鏈式反應的形式擴展。因此，有焰燃燒的發(fā)生需要未受抑制的鏈式反應。