1燃烧学课件

1燃烧化学基础

1.1燃烧本质和条件

1.1.1燃烧本质

所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒, 这样就形成了烟。

从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。

如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。

它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。

现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

1.1.2燃烧条件及其在消防中的应用

1.121燃烧条件

燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。作为一种特殊的氧化还原反应, 燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。

1、可燃物（还原剂）

不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。

2、助燃物（氧化剂）

凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指

在空气中进行的。

3、点火源

凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、 自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。

上述三个条件通常被称为燃烧三要素。但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作 用，燃烧也不一定发生。要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃物和助燃物有一定的数 量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。燃烧能发生时，三要素可表示为封闭的 三角形，通常称为着火三角形，如图

1-1( a )所示。

经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。但是，根据燃烧的 链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基(自由基)作“中间体”，因此，着火

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，从而形成一个着火四面体,

图1-1着火三角形和着火四面体

1.1.

2.2燃烧条件在消防中的应用

掌握发生燃烧的条件，就可以了解预防和控制火灾的基本原理。所谓火灾，是指在时 间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

根据着火三角形，可以提出以下防火方法: 1控制可燃物

在可能的情况下，用难燃或不燃材料代替易燃材料；对工厂易产生可燃气体的地方, 可米取通风；在森林中米用防火隔离林等。

2、隔绝空气

涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的，要充入惰性 介质保护；隔绝空气储存某些物质等。

(a )着火三角形

如图1-1

(b )着火四面体

3、消除点火源

在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；同时禁止一切火种等。 根据着火三角形，可以提出以下灭火方法: 1隔离法

将尚未燃烧的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；断绝可燃物来源等，燃烧 区得不到足够的可燃物就会熄灭。

2、窒息法

用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；密闭起火 的建筑物的空洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄灭。

3、冷却法

用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧就会停止。

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。

根据燃烧的条件，防火和灭火最根本的原理是防止燃烧条件的形成和破坏已形成的燃 烧条件。

1.2燃烧空气量的计算

我们知道，空气中含有近 21%（23.2%重量）的氧气，一般可燃物在其中遇点火源就能

燃烧。空气量或者氧气量不足时，可燃物就不能燃烧或者正在进行的燃烧将会逐渐熄灭。 空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示一定量可燃物燃烧所需要的空气质量或者体积。 其计算是在可燃物完全燃烧的条件下进行的。

1.2.1理论空气量

理论空气量是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气 需要量。此时，燃料中的可燃物与空气中的氧完全反应，得到完全氧化的产物。

1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量

•般情况下，对于固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，其成分为:

C% + H % +0% + N% + S% + A%+W% =100%

式中，C 、H 、0、N 、S 、A 和W 分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分

着火四面体为另一种灭火方法

抑制法提供了理论依据，这种方法的原理是：使灭

(1-1)

S +O 2 = SO 2

假定计算中涉及的气体是理想气体，即 1000 mol 气体在标准状态下的体积为

22.4 m 3

,

则所需氧气的体积为

V 0O

2

临+节+舟 因此，每1kg 可燃物完全燃烧时所需空气量的体积为

O

_2 3

yo

(m )

(1-3)

(1-4)

例1-1：求5kg 木材完全燃烧所需要的理论空气量。已知木材的质量百分数组分为: —43% , H — 7%, O — 41% , N — 2%, W — 6%, A — 1%。

解：依据上述有关公式，燃烧

1kg 此木材所需理论氧气体积为

C H S O

2

X 22.4x10

12 4 32 32 V

0,O 2

^(兰 + 7 -纠 X 22. 4 X 10° = 0. 91 (m 3)

12

4

32'

因此，燃烧

V o,air

5kg 此木材所需理论空气体积为

=V0^X 5 = 0^9^X 5 = 21.67 ( m 3)

0.21 0.21

1.2.1.2气体可燃物的理论空气量

对于气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为

CO% +H 2%+2： C n H m % +H 2S% + CO 2% + O 2% + N 2% + 出0% =100%

(1-5)

式中co 、H 2、C n H m 、H 2S 、CO 2、02、N 2' H 2O 分别表示气态可燃物中各相应成分的 体积百分数。C n H m 表示碳氢化合物的通式，它可能是

CH 4、C 2H 2等可燃气体。

的质量百分数，其中， C 、H 和S 是可燃成分；N 、A 和W 是不可燃成分；O 是助燃成分。

计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完全燃烧所需要的 氧气量。因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如完全燃烧的总体方程如下:

C + O 2 = CO 2

H + -O^-H 2O

4

(1-2)