燃烧形式与燃烧过程

2.2.2 燃烧形式

扩散燃烧


当可燃气体（如氢、乙炔、汽油蒸气等）从管口、管道 和容器的裂缝等处流向空气时，由于可燃气体分子和空 气分子互相扩散、混合，当浓度达到可燃极限范围的部 分时，形成火焰使燃烧继续下去的现象。 扩散燃烧的速度取决于扩散速度，一般燃烧较慢。
燃烧区 燃料锥
2.2.2 燃烧形式
2.2.2 燃烧形式

分解燃烧
指在燃烧过程中可燃物首先遇热分解，再由热 分解产物和氧反应产生火焰。木材、煤、纸等 固体可燃物的燃烧属于此类，油、脂等高沸点 液体和蜡、沥青等低熔点的固体烃类的燃烧也 属此类。
2.2.2 燃烧形式

表面燃烧
不能挥发、分解或汽化的木炭、焦碳、金属等 的燃烧，燃烧过程在固体表面进行，通常产生 红热的表面，不产生火焰，叫表面燃烧。
P2图1-2
木材燃烧

木材的组成
木材的种类、产地不同，木材的组成也不同。但 主要成分是碳（约50％）、氢（约6.4%）和氧 （约42.6%）元素，还有少量的氮（0.01～0.2％） 和其它元素（0.8～0.9％），但不含有其它原料 中常有的硫。
木材燃烧

木材燃烧过程




T＜110℃，放出水分，加热到110 ℃，干燥、蒸发出少 量树脂 T~130℃，开始分解，开始分解出水汽、CO2 T~150℃，变色 T ： 150℃~200℃，分解主要放出水和二氧化碳，不燃 烧 T>200℃，放出一氧化碳、氢、碳氢化合物，开始燃烧 T>300℃，析出气体最多，有形结构开始断裂，燃烧最 激烈 分解气体析出完，残留木炭，表面燃烧

2.3.1 链锁反应理论

链锁反应分类
直链反应：在链传递过程中，自由基的数目保 持不变的链锁反应。
总反应：H2 + Cl2 → 2HCl (1) M + Cl2 → 2Cl˙ + M (链引发) (2) Cl˙+ H2 → HCl + H˙ (3) H˙+ Cl2 → HCl +Cl˙ (链传递) (4) H˙+ HCl → H2 +Cl˙ …… (5) M + 2Cl˙ → Cl2 + M (链终止)
气体泄漏燃烧
直接点燃：喷射火 火熄灭再遇火：装置外爆炸 泄漏后点燃：爆炸或闪火 如系统内形成混合系，则 喷射速度大于燃烧速度：喷射火 喷射速度小于燃烧速度：回火爆炸

2.2.2 燃烧形式
2.2.2 燃烧形式
2.2.2 燃烧形式

蒸发燃烧
可燃液体如酒精、乙醚、苯等，它们的燃烧就是 由于液体蒸发产生的蒸气被点燃起火而形成的。 蒸气点燃产生了火焰，它放出的热量进一步加热 液体表面，从而促使液体持续蒸发，使燃烧继续 下去。
2.2.3 燃烧过程

气体燃烧
气体最容易燃烧，在火源作用下加 热到燃点，就能氧化分解燃烧。
固体 熔化 蒸发 分解 液体 蒸发 气体

液体燃烧
可燃液体通常加热蒸发，在气相燃 烧。

固体燃烧

氧化分解 着火 燃烧


加热熔化、蒸发，气相燃烧，如 石蜡、硫等。 加热分解放出气体燃烧，如木材、 橡胶等。 固体表面燃烧：如木炭、焦碳、 金属燃烧，无火焰。
将（2）（3）（4）（5） 相加可得: H˙+ 3H2 +O2 → 2H2O + 3H˙
链锁反应类型判断
H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
木材燃烧

木材燃烧阶段
木材的燃烧比较明显地存在两个阶段： 一是有焰燃烧阶段，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。
二是无焰燃烧阶段，即木炭的表面燃烧。木材表面生成的炭 虽然处于灼热状态，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，其中在有焰燃烧阶阶段 燃烧时间短、火势扩展快。
直链反应（续）
注： M分子表示用外界加热或光(短波长光)来破坏 氯分子团 造成自由基消失的原因有：自由基相互碰撞生 成分子，自由基撞击器壁将能量散失或被吸附。 压力较高时以前者为主，压力较低时以后者为 主。
2.3.1 连锁反应理论

链锁反应分类 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锁 反应。

混合燃烧


可燃气体与助燃气体在容器内或空间中充分扩散混 合，其浓度在爆炸范围内，此时遇火源即会发生燃 烧，这种燃烧在混合气所分布的空间中快速进行， 称为混合燃烧。 燃烧速度由化学反应控制，速度快，也称动力燃烧。 混合燃烧容易进行完全；扩散燃烧不容易进行完全， 有不完全燃烧产物。
2.2.2 燃烧形式
2.2.3 燃烧过程
T
自燃
燃烧
自燃 初温 氧化 诱导期
氧化生成热大于向外 界散失的热量
物质燃烧过程的温度变化
t
2.3 燃烧理论 2.3.1 活化能理论
活化分子 活化能
活 化 能
温度对反应的影响
反 应 热
2.3.1 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。


例：H2+O2→ H2O2 H2O2 +H2→ 2H2O
2.3.1 链锁反应理论

基本概念
链锁反应：由一个单独分子变化而引起一连串分 子变化的化学反应。 自由基：在链锁反应体系中存在的一种活性中间 物，是链锁反应的载体

链锁反应理论是由前苏联科学家谢苗诺夫提出的。 他认为物质的燃烧经历以下过程：
2.2.3 燃烧过程
例：煤的热解过程



T ＜105℃：析出吸留气体和水分； T ＝200~300℃：软化成塑，析出CO、CO2、CO4 ； T ＝300~550℃：析出焦油、[CH]、CO、CO2 ； T ＝500~750℃：半焦分解，析出含H较多气体； T ＝760~1000℃：半焦成焦炭，析出少量 以H 为主的气体。


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。
2.3.1 链锁反应理论

链锁反应历程：

链引发：在热、光或引发剂等的作用下，起始分子吸收展：自由基作用于反应物分子时，产生新的自由基 和产物，使反应一个传一个不断进行下去。 链终止：自由基销毁，使链锁反应不再进行的过程。
2H2 + O2 → 2H2O (总反应)
（1） M + H2 → 2H˙ + M
（2） H˙+ O2 → H˙ + O ˙ （3） O˙+ H2 → H˙ +OH˙ （4） OH˙+ H2 → H˙+ H2O （5） OH˙+H2 → H˙ +H2O
(链引发)
(链传递)
支链反应（续）
（6） H˙ → 器壁破坏 （7） OH˙ → 器壁破坏 （8） OH˙+ H˙ → H2O (链终止)