第三篇燃烧基本理论2
《燃烧基本理论》课件
燃烧的化学特性
放热反应
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1பைடு நூலகம்
燃烧是一种放热反应，释放出大量的热量，可以用于加热物体或驱动机械。
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2
化学键断裂
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3
燃烧过程中，可燃物质中的化学键发生断裂，释放出能量。
添加标题
4
新物质生成
添加标题
5
燃烧过程中，可燃物质与氧化剂反应生成新的物质，这些物质通常是稳定的化合物。
添加标题
6
燃烧的物理特性
含硫燃料燃烧时会产生二氧化硫等硫氧化物。
二氧化碳
氮氧化物
颗粒物
燃烧过程中，碳与氧结合生成二氧化碳。
高温下氮气与氧气反应生成氮氧化物。
燃烧过程中产生的固体颗粒物，如灰尘等。
温室效应
二氧化硫、氮氧化物等气体与水蒸气反应形成酸雨。
酸雨
空气污染
生态破坏
01
02
04
03
燃烧产生的污染物对生态系统造成破坏，影响生物多样性。
01
燃烧效率优化
通过调整燃料与空气的混合比例、燃烧温度和时间等参数，提高燃烧效率，减少不完全燃烧损失。
02
污染物排放控制
采用尾气处理、除尘、脱硫脱硝等技术，降低燃烧过程中产生的污染物排放。
燃烧的控制技术与方法
THANKS
感谢观看
长期接触污染物可能导致免疫系统功能下降，增加感染和疾病的风险。
燃烧产物对人体的影响
CATALOGUE
燃烧的应用与控制
05
燃烧化石燃料（如煤、石油、天然气）产生高温高压蒸汽，驱动发电机发电。
火力发电
利用燃气燃烧产生高速气流，驱动涡轮旋转，从而发电或提供动力。
燃气轮机
火焰燃烧学的理论及实验研究
火焰燃烧学的理论及实验研究火焰燃烧学是研究燃烧现象和相关物理化学机理的学科，它对于人类的生产和生活至关重要。
在很多领域中，如能源开发、化学加工、火灾防控等，都需要对火焰燃烧学有深入的了解。
因此，火焰燃烧学的理论研究和实验研究都具有重要意义。
一、火焰燃烧学的基本理论火焰燃烧学最基本的理论是燃烧三要素：燃料、氧气和点火源。
只有这三要素同时齐备，才能实现可燃物质的燃烧。
除此之外，温度和压力也对燃烧过程有重要作用。
例如，燃料的温度越高，点火源越强，燃烧过程就越容易发生；而在高压环境中，燃烧速度也会显著提高。
另一个基本理论是火焰传播机制。
火焰是一种复杂的化学反应，它是由一系列连续的化学反应组成的。
当火焰开始燃烧时，它会向周围传播，同时产生大量的热和光。
火焰传播速度受多种因素影响，如燃料种类、浓度、形态、氧气浓度等。
同时，氧气是火焰传播的关键因素，因为它是维持燃烧反应的必要物质。
火焰燃烧学还研究了反应动力学和反应过程的热力学特性。
反应动力学研究焰前化学反应的速率和机理，不仅可以预测火焰传播速度和火焰形态，还可以为实际应用提供指导。
反应过程的热力学特性包括反应热、生成物温度、比容、比热等，这些参数对于火焰燃烧的能量转换和溢出有重要影响。
二、火焰燃烧学的实验研究在火焰燃烧学的实验研究中，最重要的是建立适合的实验模型和测试方法。
为此，每个实验应该有明确的目的和设计方案，并且能够记录和分析数据。
根据实验的不同目的和方法，可以划分为以下几种类型。
1. 基础实验：探究火焰的基本特性，如火焰传播速度、热释放速率、燃料浓度、形态和燃料组成对燃烧性能的影响等。
该实验经常采用闭式压力容器，通过变化燃烧条件来模拟火灾现场，同时记录关键参数变化。
2. 热解实验：研究物质在不同温度和热流密度下的分解特性和气相产物的形成机制。
这种实验通常通过热解装置进行，利用不同的升温和降温速率模拟物质在火焰中的分解过程。
3. 火场实验：研究火灾场景中的火焰燃烧现象，如烟气产生、热量释放等。
消防燃烧学第三章
免责声明本书是由杜文峰组织编写的《消防工程学》，以下电子版内容仅作为学习交流，严禁用于商业途径。
本人为西安科技大学消防工程专业学生，本专业消防燃烧学科目所选教材为这版的书籍，无奈本书早已绝版，我们从老师手上拿的扫描版的公式已基本看不清楚，严重影响我们专业课的学习。
并且此书为消防工程研究生的专业课指定教材，因此本人花费一个月时间将此书整理修改为电子版，希望可以帮助所有消防工程的同学。
由于本人能力有限，书上的图表均使用的是截图的，可能不是很清楚，还有难免会有错误，望广大读者海涵。
西安科技大学消防工程专业2009级赵盼飞 2012、5、28第三章着火与灭火基本理论第一节着火分类和着火条件一、着火分类可燃物的着火方式，一般分为下列几类：1. 化学自燃：例如火柴受摩擦而着火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中的自燃；烟煤因堆积过高而自燃等。
这类着火现象通常不需要外界加热，而是在常湿下依据自身的化学反应发生的，因此习惯上称为化学自燃。
2. 热自燃：如果将可燃物和氧化剂的混合物预先均匀地加热，随着温度的升高，当混合物加热到某一温度时便会自动着火(这时着火发生在混合物的整个容积中)，这种着火方式习惯上称为热自燃。
3. 点燃(或称强迫着火)：是指由于从外部能源，诸如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等得到能量，使混气的局部范围受到强烈的加热而着火。
这时火焰就会在靠近点火源处被引发，然后依靠燃烧波传播到整个可燃混合物中，这种着火方式习惯上称为引燃。
大部分火灾都是因引燃所致。
必须指出，上述三种着火分类方式，并不能十分恰当地反应出它们之间的联系和差别。
例如化学自燃和热自燃都是既有化学反应的作用，又有热的作用；而热自燃和点燃的差别只是整体加热和局部加热的不同而已，决不是“自动”和“受迫”的差别。
另外有时着火也称爆炸，热自燃也称热爆炸。
这是因为此时着火的特点与爆炸相类似，其化学反应速率随时间激增，反应过程非常迅速。
因此，在燃烧学中所谓“着火”、“自燃”、“爆炸”其实质是相同的，只是在不同场合下叫法不同而已。
燃烧基本理论
内容：燃烧基本理论一、燃烧的本质和条件（一）燃烧的本质燃烧是一种放热发光的化学反应。
燃烧同时具备三个特征，即化学反应、放热和发光，具备一个或两个特征不能称为燃烧。
（二）燃烧的条件1.必要条件：任何物质发生燃烧必须具备三个条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）和着火源。
2.充分条件：一定的可燃物浓度，一定的氧气含量，一定的着火能量，三者相互作用。
二、燃烧类型燃烧类型主要有闪燃、自燃、着火、爆炸。
（一）闪燃在一定温度下，易燃、可燃液体表面上产生足够的可燃蒸汽，与空气混合遇着火源产生一闪即灭的燃烧现象叫作闪燃。
（二）自燃可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。
自燃包括受热自燃和本身自燃。
1、受热自燃。
可燃物质在空气中，连续均匀地加热到一定温度，在没有外部火源的作用下，发生自行燃烧的现象叫作受热自燃。
2、本身自燃。
可燃物质在空气中，自然发热经一定时间的积蓄使物质达到自燃点而燃烧的现象，叫作本身自燃。
（三）着火可燃物质与空气（氧化剂）共存，达到某一温度时与火源接触即发生燃烧，当火源移去后，仍能继续燃烧，直到可燃物燃尽为止，这种持续燃烧的现象叫作着火。
（四）爆炸物质从一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象叫爆炸。
爆炸浓度极限：可燃气体、蒸气或粉尘与空气的混合物，遇火源能够发生爆炸的浓度。
遇火源能够发生爆炸的最低浓度叫作爆炸浓度下限（也称为爆炸下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度叫作爆炸浓度上限（也称为爆炸上限）。
在火场上，常见的爆炸主要有以下三种：1. 气体爆炸：可燃气体与空气混合后遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
气体爆炸必须具备三个条件：气体本身具有可燃性；气体必须与空气混合达到一定的浓度；有点火源的存在。
2、粉尘爆炸：悬浮于空气中的可燃粉尘遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
粉尘爆炸必须具备三个条件：粉尘本身具有可燃性；粉尘必须悬浮在空气中并与气混合达到爆炸浓度；有足以引起粉尘爆炸的点火能量。
燃烧的原理实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解燃烧的基本原理，包括燃烧的必要条件、燃烧过程中的能量变化等。
2. 掌握燃烧实验的基本操作方法，提高实验技能。
3. 通过实验观察燃烧现象，加深对燃烧原理的理解。
二、实验原理燃烧是指可燃物质与氧气（或其他氧化剂）在一定的条件下发生放热反应的过程。
燃烧的必要条件包括：1. 可燃物质：具有可燃性的物质，如木材、纸张、汽油等。
2. 氧气：助燃剂，通常指空气中的氧气。
3. 热量：点燃可燃物质，使其达到着火点。
燃烧过程中，可燃物质与氧气发生化学反应，生成新的物质，并释放出大量的热量。
燃烧反应的化学方程式如下：可燃物 + 氧气→ 燃烧产物 + 热量三、实验用品1. 可燃物质：木材、纸张、汽油等。
2. 氧气：空气。
3. 热源：酒精灯、打火机等。
4. 实验仪器：烧杯、试管、温度计、天平等。
四、实验步骤1. 取一定量的可燃物质，放入烧杯中。
2. 用酒精灯或打火机点燃可燃物质，观察燃烧现象。
3. 记录燃烧过程中的温度变化，并观察燃烧产物的颜色、状态等。
4. 对燃烧过程进行定量分析，如测定燃烧产物的质量、热量等。
5. 分析实验数据，验证燃烧原理。
五、实验现象1. 燃烧时，可燃物质发出火焰，并伴有热量释放。
2. 燃烧产物有气体、液体和固体，其颜色、状态等因可燃物质不同而异。
3. 燃烧过程中，温度逐渐升高，直至可燃物质完全燃烧。
六、实验结果与分析1. 燃烧过程中，可燃物质与氧气发生化学反应，生成新的物质，并释放出大量的热量。
2. 燃烧产物的颜色、状态等因可燃物质不同而异。
例如，木材燃烧产生烟雾和灰烬，汽油燃烧产生蓝色火焰和少量水。
3. 通过实验数据，验证了燃烧过程中温度逐渐升高，直至可燃物质完全燃烧。
七、实验结论1. 燃烧是可燃物质与氧气（或其他氧化剂）在一定的条件下发生放热反应的过程。
2. 燃烧的必要条件包括可燃物质、氧气和热量。
3. 燃烧过程中，可燃物质与氧气发生化学反应，生成新的物质，并释放出大量的热量。
第三讲防火技术的基本理论
实用防火与防爆技术培训第三讲防火技术的基本理论一、燃烧的条件燃烧必须具备的三个基本条件：同时具备可燃物、氧化剂和着火源，并且相互作用才会发生（构成燃烧系统）燃烧。
比如：CO < 12.5% H2 < 4% （不燃）O2<14 % -16% （木材停燃）着火源是具有一定的温度和热量的能源，这是燃烧的必要和充分条件，如果有着火源，但温度或热度不够，就不能着火。
比如炉子蹦出的火星，温度远远超过木材的着火点295℃，掉在油棉丝上冒烟着火，掉在大块木材上没有任何反应，反而很快熄灭了，这说明虽然温度已远远达到木材的着火点，但它的热度不够，所以，具有一定温度和热度的能源我们才叫着火源。
图3-1 燃烧条件三角形二、火灾分类1、按照物质燃烧的特征，可以把火灾分为：A 类火灾：指固体物质火灾。
这类物质往往具有有机物的性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬，如木材、毛、麻、纸火灾等。
B 类火灾：指液体火灾和可熔化的固体物质火灾。
如汽油、乙醇、沥青、石蜡火灾等。
C类火灾：指气体火灾。
如煤气、氢气火灾等。
D类火灾：指金属火灾。
如钾、钠、铝、镁火灾等。
E类火灾：带电火灾，如家电、变压器等。
2、不同类别火灾灭火器的配置根据不同类型火灾选择不同的灭火器：表3-1 不同类别火灾灭火器的配置三、防火技术的基本理论1、防火技术基本理论防止燃烧三个基本条件的同时存在，或者避免它们的相互作用，是所有防火技术措施的实质。
想方设法避免燃烧三个条件的同时存在，或者避免它们相互作用。
2、防火条例分析电石库防火条例中有关技术措施的规定：CaC2+2H2O=C2H2+Ca(OH)2+Q电石和水作用，或吸收空气中的潮气，产生乙炔气，放射热量，据调查全国电池库的着火爆炸事故非常严重。
以下是电石库十二条防火条例：⑴禁止用地下室或半地下室作为电石仓库；⑵存放电石桶的库房必须设置在不受潮、不漏雨、不易浸水的地方；⑶电石库距离锻工、铸工和热处理等散发火花的车间和其它明火应30米以上，与架空电力线的间距应不小于电杆高度1.5倍；⑷库房应有良好的自然通风系统；⑸电石库可与可燃易爆物质危险品仓库、氧气瓶库设置在同一座建筑物内，但应以无门、窗、洞的防火墙隔开。
02燃烧基本理论及火灾基础知识
燃烧基本理论
可燃物质状态不同， 燃烧过程也不同。
任何可燃物质的燃 烧都经历氧化分解、着火、 燃烧等阶段。
应急救援和消防技能提升工程
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
三、燃烧的特征参数
1、燃烧温度 可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来，火焰温度即燃烧温度。
表2 一些常见物质的燃烧温度
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
2、燃烧速率 (1)气体燃烧速率 气体燃烧速率很快。
单质气体如氢气的燃烧只需受热、氧化等过程； 化合物气体如天然气、乙炔等的燃烧则需要经过受热、分解、氧化等过程。 单质气体的燃烧速率要比化合物气体的快。 在通常情况下，混合燃烧速率高于扩散燃烧速率。 管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的量值时，火焰在管 中不传播。若管径大于这个小的量值，火焰传播速率随管径的增加而增加，但当 管径增加到某个量值时，火焰传播速率便不再增加，此时即为最大燃烧速率。
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
二、燃烧过程
气体最易燃烧，燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到着火点。 气体在极短的时间内就能全部燃尽。
液体在火源作用下，先蒸发成蒸气，而后氧化分解进行燃烧。与气体燃烧相比， 液体燃烧多消耗液体变为蒸气的蒸发热。
固体燃烧有两种情况：对于硫，磷等简单物质，受热时首先熔化，而后蒸发为蒸 气进行燃烧，无分解过程；对于复合物质，受热时首先分解成其组成部分，生成气态 和液态产物，而后气态产物和液态产物蒸气着火燃烧。
应急救援和消防技能提升工程
燃 烧 基 本 理 论 及 火 天灾燃基气础管知道识连接图
应急救援和消防技能提升工程
燃 烧 基 本 理 论 及 火 灾选基择础金知属识软管
燃烧学基本理论_PPT课件
➢计算步骤：
C pi
➢先假定一个理论燃烧温度t1，从“平均恒压热容”表
中查出相应的 C pi代入上述公式，求出相应的Ql1 ；
➢然后再假定第二个理论燃烧温度t2，求出相应的
和Ql2；
t
t1
t2 Ql 2
t1 Ql1
Ql
Ql1
➢然后用插值法求出理论燃烧温度t
• 燃烧温度计算举例
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
1 C 2 O2 CO
1 2
H2
1 2
I2
HI
√ h f 298,CO
110.59KJ
/
mol
√ h f 298,HI
25.12KJ
/ mol
CO
1 2
O2
CO2
× h f 298,CO2
283.10KJ
/ mol
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢n mol物质在恒压（恒容）下，由T1升高到T2所需的 热量用Qp（Qv）来表示。
T2
Qp n T1 CpdT
T2
QV n T1 CV dT
➢Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R；
➢对于液体和固体： Cp＝Cv。
➢热容比：气体的恒压热容和恒容热容之比，用K表示，
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢燃烧温度的计算
➢计算方法
Ql
T
ni 298 C pi dT
Ql Vi Cpi T 298
恒压平均热容 C取pi 决于温度，只在某一个温度 范围内是常数
燃烧基本理论PPT课件
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4．实验室研究情况
分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥 的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中 加热7min，煤样所失去的重量。
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2． 煤粉的着火特性
以煤着火机理研究、煤粉的着火特性实验研究及评 判为主要内容
煤粉着火机理的研究已有长达一个多世纪的历程， 其中一个主要的争论是,煤的着火是均相还是非均 相的。
Kd=2.3ФD/（d RTa）
其中，Ф为化学当量系数，与反应机理有关，在
C+O2→2CO时，Ф=2，在C+O2→CO2时Ф=1
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其他影响因素
燃烧速度不仅与边界层扩散有关，而且与氧在孔 内的扩散有关。
孔内扩散系数与焦的孔隙结构密切相关。 煤中矿物组成及含量对煤焦燃烧反应也具有影响。
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傅维标的研究
原因是：在前人处理数据中，将化学因素及物理因素引起对炭粒着火的 影响都归入E、Ko,c 中。其次，在用着火温度来确定反应动力学参数时， 许多研究者常以观察到火焰出现或者炭粒发光作为着火的标志，但此刻 与理论上定义的着火时刻相距较远，所以导致误差也较大。
E应是颗粒表面温度的函数，由煤焦与氧的化学特性决定，而与煤质无 关；
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三、 煤粒着火过程及着火动力学
1．着火的定义 任何燃料的燃烧过程，都有“着火”及“燃烧”两个
阶段，由缓慢的氧化反应转变为剧烈的氧化反应（即 燃烧）的瞬间叫着火，转变时的最低温度叫着火温度。 Essenhigh指出 临界着火的情况下，有的点 dT dt 0, d 2T d 2t 0 出现
消防燃烧学(新)
第一章火灾燃烧基础知识一、填空1、燃烧从本质上讲，是一种特殊的氧化还原反应。
2、燃烧三要素：要发生燃烧反应，必须有可燃物、助燃物和点火源。
3、根据火三角形，可以得出控制可燃物、隔绝空气、消除点火源、防止形成新的燃烧条件阻止火灾范围的扩大四种防火方法。
4、根据燃烧四面体，可以得出隔离法、窒息法、冷却法、化学抑制法四种灭火方法。
5、燃烧按照参与燃烧时物质的状态分类，可分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧；按照可燃物与助燃物相互接触与化学反应的先后顺序分类，燃烧可分为预混燃烧和扩散燃烧；按照化学反应速度大小分类，燃烧可分为热爆炸和一般燃烧；按照参加化学反应的物质种类分类，燃烧可分为化合反应燃烧和分解反应燃烧两类；按照反应物参加化学反应时的状态分类，燃烧可分为气相燃烧和表面燃烧；按照着火的方式分类，燃烧可分为自燃和点燃等形式。
6、热量传递有三种基本方式：即热传导、热对流和热辐射。
7、释放热量和产生高温燃烧产物是燃烧反应的主要特征。
8、物质的传递主要通过物质的分子扩散、燃料相分界面上的斯蒂芬流、浮力引起的物质流动、由外力引起的强迫流动、紊流运动引起的物质混合等方式来实现。
9、物质A在物质B中扩散时，A扩散造成的物质流与B中A物质的浓度梯度成正比，这个梯度可有三种表示方法，分别是浓度梯度、分压梯度和质量分数梯度。
10、管道高度越高，管道内外温差越大，烟囱效应越显著。
11、烟气是火灾使人致命的主要原因。
烟气具有的危害性包括：缺氧、窒息作用；毒性、刺激性及腐蚀性作用；烟气的减光性；烟气的爆炸性；烟气的恐怖性；热损伤作用。
12、烟气的主要成分：CO、CO2、HCI、SO2、NO2、NH3等气态产物。
二、简答1、燃烧的本质：是一种特殊的氧化还原反应。
燃烧的特征：燃烧时可以观察到火焰、发光、发烟这些特征。
例如：蜡烛燃烧时可以观察到花苞型火焰，实际火灾中的火焰呈踹流状态；停电时蜡烛发出的光可以照亮周围，实际火灾中物质燃烧的火光能够照亮夜空；蜡烛棉芯较长时很容易观察到火焰上方有黑烟冒出，在蜡烛上方放臵冷瓷器时，可以观察到烟炱，实际火灾中更可以观察到浓烟滚滚的现象。
燃料种类及其燃烧2
2.3 燃烧基本理论、燃烧过程及设备
可燃气体的含量与火焰传播速度之间的关系 A、H2的火焰传播速度比甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）大 、 的火焰传播速度比甲烷（ ）、乙烷 乙烷（ 的很多， 的导热系数远大于后者； 的很多，因H2的导热系数远大于后者； B、存在着火焰传播的极限值； 、存在着火焰传播的极限值； C、空气过剩系数α接近于 而略小于 时，速度最大； 、空气过剩系数 接近于 而略小于1时 速度最大； 接近于1而略小于 D、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、减少燃 、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、 烧的热损失， 烧的热损失，均能使邻近的可燃气体较快地达到着火温 度而燃烧，从而提高火焰传播的速度。 度而燃烧，从而提高火焰传播的速度。 E、回火与脱火 、
2.3 燃烧基本理论、燃烧过程及设备
CO及烃类 及烃类） （2）可燃气体（H2 、CO及烃类）的燃烧 可燃气体（
可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。 可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。 一系列链锁反应 链锁反应的产生必须要有链锁刺激物 中间活性物） 链锁刺激物（ 链锁反应的产生必须要有链锁刺激物（中间活性物）的存 在，如H、O及OH。它们是由于分子间的互相碰撞、气 、 及 。它们是由于分子间的互相碰撞、 体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。 体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。 在氢气或一氧化碳的燃烧过程中 ，有氢或水汽的存在可 产生刺激物，加速反应的进行。 产生刺激物，加速反应的进行。 甲醛的存在，可产生O活性原子刺激物 活性原子刺激物， 甲醛的存在，可产生 活性原子刺激物，对烃类的燃烧有 利。 延迟着火现象
火焰 新燃 料层 焦碳 层 灰渣 层 炉篦 一次 空气
主要与燃料粒度大小、挥发分和 灰分多少及燃烧层温度高低等因 素有关
着火与灭火基本理论
3、体系的Bi数相当大，体系的边界温度与环境温度 相等；
4、体系的热力参数为常数，不随温度改变。 – 则物体内部的温度分布为
2T 2T 2T Q 1T
x2
y2
z2
Kt
（3-15）
Q H C K n C A ne O x E /R p )T (
(qg)c (ql)c (ddqTg)c (ddqTl )c
(32) (33)
保持压力和环境温度恒定
q
q l
几 个 h 值 的 ql
q g
T 图3-5 在着火时谢苗诺夫热平衡的第二种表示
保持环境温度和对流换热系数恒定
q 几 个 压 力 值 的 q g
q l
T 图 3-6 在 着 火 时 谢 苗 诺 夫 热 平 衡 的 第 三 种 表 示
eE/RT eeE/R / T
（3-19）变为
x 2 1 2 x y 0 0 2 2 y 2 1 2 x z0 0 2 2 z 2 1 2ex )p(
H C K n C A nE O 0 2e x E /RT K 2 RT
(3 2)0
(3 2)1
δ 表征物体内部化学放热和通过边界向外传热的相 对大小
第三章 着火和灭火
王海燕 中国矿业大学（北京），2011.5
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
着火分类和条件 谢苗诺夫自燃理论 弗兰克－卡门涅茨基自燃理论 几种典型物质的自燃 链锁反应着火理论 强迫着火 灭火分析
第一节 着火分类和条件
一、着火分类
– 1．化学自燃：勿需外界加热，系常温下，因自身化学 反应发生。
二、自燃临界准则参数δcr的求解 三、应用
燃烧理论基础
焦碳燃烧
灰渣
挥发份释放及大部分烧掉所占时间约为总燃烧时间的十分之一， 绝大部分时间为焦碳的燃烧。 一般认为是串联，也有交叉过程
一、碳燃烧的反应环节
大致分为几个串联环节： （1）氧气扩散到焦碳表面； （2）氧气被碳表面吸附； （3）在碳表面化学反应 （4）燃烧产物由焦碳表面解吸， （5）二氧化碳向周围扩散。 碳反应速度决定于（1）和（3）， 总体速度决定于二者较慢的一个。
二、火焰传播的形式
层流火焰传播 缓慢燃烧的火焰传播是依靠导热或扩散使未燃气体混合物 温度升高。层流火焰传播速度一般为20～100cm/s。 湍流火焰传播 一般为 200cm/s以上。
三、炉膛内的火焰传播
1．正常的火焰传播（缓慢燃烧） 是指可燃物在某一局部区域着火后，火焰从这个区域向前 移动，逐步传播和扩散出去 2．反应速度失去控制的高速爆炸性燃烧 出现爆炸性燃烧时，火焰传播速度极快，达1000～3000m/s， 温度极高，达 6000℃；压力极大，达 2.0265ＭPa (20.67大 气压)。 3．正常燃烧向爆炸性燃烧的转变 当未燃混合物数量增多时，绝热压缩将逐渐增强，缓慢的 火焰传播过程就可能自动加速，转变为爆炸性燃烧。
二、影响化学反应速度的主要因素
1，浓度 从前面反应速度的定义式，可知：浓度越大，反应速度越 快。 原因：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞 时，反应才能发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间 发生碰撞的几率越大。
2．压力
气态物质参加的反应，压力升高，体积减少，浓度增 加，压力对化学反应速度的影响与浓度相同。 对理想气体混合物中的每个组分可以写出其状态方程：
2.燃气燃烧的基本原理
通过活化中心与稳定分子的反应，又会不断形成新的中 间活性产物，就象链锁一样，一环扣一环地相继发展， 使反应一直继续下去，直到反应物消耗殆尽或通过外加 因素使链环中断。 燃烧反应过程中，每一链环都有两个或更多个活化中心 可以引出新链环，链形分枝，使反应速度急剧增长，这 种链反应称为支链反应。 一旦着火，燃烧反应即具有不断分枝、自动加速的特性。
燃烧反应的过程都很复杂，人们只对最简单的氢和氧的 反应机理较为清楚。
2 H 2 + O2 = 2 H 2 O
按照分子热活化理论，要使三个稳定的分子同时碰撞并 发生反应的可能性是很小的。 实验表明，在氢和氧的混合气体中，存在一些不稳定的 分子，它们在碰撞过程中不断变成化学上很活跃的自由 原子和游离基—活化中心（H、O、OH 基） 。通过活化中心 进行反应，比原来的反应物直接反应容易很多。
除了在一定条件下会自发进行的自燃着火外，在实际工 程中更广泛采用的是用强制点火的方法引燃可燃气体混 合物。常见的点火源有电火花、小火焰及电热线圈等。 若要点火能够成功， 首先应使局部的可燃气体着火燃烧， 形成初始的火焰中心，然后还要保证初始火焰中心能向 其它未燃区传播开去。 下面以电火花点火为例说明点火成功所必需的条件。
最初的活化中心可能是按下列方式得到的：
H 2 + O2 → 2OH
(1-25) (1-26) (1-27)
H2 + M → H + H + M
O2 + O2 → O3 + O
式中
M
—与不稳定分子碰撞的任一稳定分子。
活化中心与稳定分子相互作用的活化能是不大的， 故在系统 中可发生以下反应：
H + O2 → O + OH
燃烧基本理论
。
一般，对于>100μm的大 颗粒，且挥发分含量较多 的煤，在慢速加热的条件 下（<100℃/s），煤中的 挥发分有可能在颗粒周围 达到着火条件而首先发生 均相着火。对于较小煤粒 及快速加热条件下，则可 能是煤表面首先着火，这 就是非均相着火。
1）非均相着火
经典理论是热爆炸理论（Thermal Explosion Theory）即TET理论。
1967年Ｅssenhign将煤粒通过一个平面火焰来考察 煤粒的着火情况。实验表明，挥发分在平面火焰前 后几乎是保持不变，而火焰前后混合物中的ＣＯ２ 和的着Ｏ火２都是发非生均了相显的著（的焦变炭化首，先着据火此）认。为煤在火焰中
Ｅssenhigh[19]认为，大多数情况下煤粒着火是非均 相的，他的理由是煤粒着火温度与相同煤粒脱去挥 发分之后的煤焦着火温度基本相同，煤粒着火温度 与热解温度基本没有关系。
通常所谈到的煤的热解特性仅指挥发分 的析出特性。
实验证明
在400℃之前，基本上只有CO2析出 在400~~600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相继
达到最大值，同时焦油也在形成；
在600℃以后主要是H2和CO析出，并达到最大值。 通常工业生产中所用到的挥发分含量是煤的工业
爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着 火 温 度 以 上 而 燃 烧 ， 火 焰 传 播 速 度 大 ， 约 为 1000— 4000m/s。通常是在高压、高温下进行。
一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。
二、煤粉的燃烧研究
对燃烧领域来说，主要关心的是煤的燃烧特性 和污染特性
分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥 的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中 加热7min，煤样所失去的重量。
3.1-2 semenov自然理论
2. 引燃（Ignition）：可燃物局部受到火花、炽热
体等高温热源的强烈加热而着火、燃烧，然后燃烧传
播到整个可燃物中。简言之：火焰的局部引发及其相3
继的传播。
燃烧与爆炸学-CUP
试判断下列情况下的着火方式各属什么类型?
1、 厨房热锅中植物油着火 2、 CaC2遇水发生的爆炸 3、 Use a lighter to ignite a cigarette 4、 新疆克拉玛依幼儿园剧场着火
体等高温热源的强烈加热而着火、燃烧，然后燃烧传
播到整个可燃物中。简言之：火焰的局部引发及其相
继的传播。
2
燃烧与爆炸学-CUP
第一节 着火分类和着火条件
二、着火方式
1.自燃（self-ignition）：可燃物在没有外部火花、 火焰等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产 生的自然燃烧。
热自燃：可燃物因被预先均匀加热而产生的自 燃，整体温度T↗, 达某一温度着火。
第三章 着火与灭火基本理论
1 燃烧与爆炸学-CUP
第一节 着火分类和着火条件
一、着火 可燃体系因某种原因引起自动升温,反应自动
加速,最后出现火焰的过程。
二、着火方式
1.自燃（self-ignition）：可燃物在没有外部火花、 火焰等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产 生的自然燃烧。
2. 引燃（Ignition）：可燃物局部受到火花、炽热
研究对象：预混可燃气体
简化假设:① 体积为V,表面积为S；
② 内部气体温度为T,且各处均相同； ③ 内部无对流，容器与环境存在对流换热；
12
④ 着火前燃烧后与爆物炸质学-浓CUP 度变化很小。
燃烧的定义初中化学
燃烧的定义初中化学
燃烧的定义(初中化学)
燃烧是一种化学反应,它是物质与氧气发生剧烈的化学反应,释放出热量和光能。
燃烧的基本条件有三个:可燃物质、助燃物质(通常是氧气)和点火能量。
1. 可燃物质
可燃物质是指能够与氧气发生化学反应的物质,如木材、煤炭、天然气等。
可燃物质可分为固体、液体和气体三种。
2. 助燃物质
助燃物质是指能够与可燃物质发生化学反应的物质,最常见的就是空气中的氧气。
在缺氧的环境下,燃烧就无法进行。
3. 点火能量
点火能量是指引发燃烧反应所需的初始能量,如火星、电火花等。
只有当点火能量足够高时,才能使可燃物质和助燃物质发生反应。
燃烧过程实际上是一种放热的化学反应。
在这个过程中,可燃物质与氧气发生剧烈的化学反应,原子重新排列形成新的化合物,同时释放出热量和光能。
燃烧必须具备可燃物质、助燃物质和点火能量这三个基本条件。
掌握燃烧的基本原理,有助于我们正确认识和预防火灾等安全隐患。
燃烧学基本理论
部分预混
–
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2013/11/17
气体燃料火焰类型
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气体燃料火焰类型
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液体燃料燃烧
预蒸发型燃烧
– – –
燃料进入燃烧空间之前蒸发为油蒸气，以不同比例 与空气混合后进入燃烧室中燃烧。 例如：汽油机装有汽化器，燃气轮机装有蒸发管。 此燃烧方式与气体燃料燃烧原理相同。
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固体燃料(煤)燃烧
煤的燃烧过程大致可分为5步： – 干燥。100℃左右，析出水分； – 热解（挥发分析出）。约300℃，热分解析出挥发 分，为气态的碳氢化合物，同时生成焦和半焦； – 着火。约500℃，挥发分首先着火，然后焦开始着 火； – 燃烧。挥发分燃烧，焦炭燃烧。挥发分燃烧速度快 ，从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时间 的10%；挥发分的燃烧过程为气-气同相化学反应 ，焦炭的燃烧为气-固异相化学反应； – 燃尽。焦炭继续燃烧，直到燃尽。这一过程燃烧速 度慢，燃尽时间长。
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固体燃料(煤)燃烧
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固体燃料(煤)燃烧
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煤的热解
Stickler提出了两个平行反应方程模型，假定煤粉颗粒 在快速热解下由两个平行反应控制
k1
C k2
挥发分av1+剩余焦炭ah1 a1 1-a1
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• 该式表明，当热源表面达到点火温度时，表面处的温度梯
度为零，热源不再向可燃物传热，此后的着火过程的进行
将与热源无关，而将取决于可燃混合物的性质和对外界的
散热条件
• 点火温度与着火温度的联系，二者在概念上均指 可以实现着火的最低温度，但数值上，点火温度 往往高于着火温度，即当固体热源的表面温度达 到着火温度时，可燃混合物并不准能着火。
• 切点3处相应的温度为着火温度TB，则有TB为：
TB
T0
RT02 E
TB
T0
RT02 E
点火过程
• 工业炉燃烧技术中，使可燃混合物进行着火燃烧 的方式采用强制点火
• 点火热源的类型
–小火焰，高温气体，炽热的物体或电火花
• 点火和自燃着火的区别和联系
– 区别：点火先是一小部分可燃混合物着火，然后靠燃 烧（火焰前沿）的传播使可燃混合物的其余部分达到 着火燃烧。自燃着火：所有的可燃混合物一起着火
• 发热曲线和散热曲线的用途
– 根据发热曲线和散热曲线讨论容器内所进行反 应可能的混合物状态
• Q1与Q2在低温区有一个交点
– 在1点Q1=Q2；在1点之前Q1>Q2，发热大于散热，系统被加 热；T继续提高，到达1点时热量达到平衡。
– 当Q2>Q1时，散热>发热，T降低，系统将重新回到1点，这种 情况自然着炎是不可能的
分
• 温度和压力对可燃混合物的着火温度都有一定的 影响
• 在一定温度和压力下，并非所有的可燃预混合物 成分都能着火，而是存在一定的浓度范围
• 着火浓度界限：在一定的压力或温度下，能使可 燃混合气成分着火的一定的浓度范围，称为着火 浓度界限。
– 浓度上限：实现着火的最大浓度 – 浓度下限：实现着火的最小浓度
– 强制点火（简称点火）：在冷混合物中，用一个不大的点热源， 在某一局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动地向其他 地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧。这就叫做强制点 火
• 着火或点火的实质
– 燃烧反应的自动加速
• 活化中心的积累
– 升高燃烧系统的温度 » 实际燃烧室内的着火过程都是靠高温实现着火的
– 联系：都是燃烧反应的自动加速过程
Байду номын сангаас
• 点火过程 • 设有一容器内装有可燃混合物，器壁中有一部分点火热源，
其温度不断升高。
• 该图说明的问题？
• 惰性气体与可燃气体的区别在于是否存在燃烧反 应
• 对于可燃气体，在低于T2的条件下，处于反应的 感应期，在这个时期虽然可燃混合物不能燃烧， 但却是大量活性中心积累的过程，温度分布曲线 说明了这一点
– 1点为低温稳定点，2点为高温不稳定点，3点为临界点 – 由此可见，发生自燃着火的条件是Q1>Q2，而临界条
件是Q1与Q2有一个切点，与切点相对应的温度便称为 “着火温度”或“着火点”，用TB表示。
• 着火温度：可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到 自燃着火的最低温度 – 必须明确，着火温度对某一可燃混合物来说，并不是 一个化学常数或物理常数，而是随具体的热力学条件 不同而不同的
• 当压力或温度下降时，着火浓度范围 缩小
• 当压力或温度下降超过某一点时，任 何浓度成分的混合气将不能着火
• 强制点火过程也存在着点火浓度界限， 超过了这个界限便不能实现点火
• 几种可燃物质的混合气体，其浓度界限（上、 下限）的计算
l
100
%
P1 P2 P3
l1 l2 l3
式中：
– P1、P2、P3－各单一可燃气体占混合气体的体积百分 数
Q2＝A(T T0 )
式中α—气体对外界的总放热系数；A—容器表面积。假设α与温 度无关，而A为定值。
Q2＝B(T T0 )
• 发热曲线与散热曲线
– 由发热速速度和散热速度的定义知：Q1与T为 超越函数关系，而Q2与T为直线关系，在Q－T 坐标系统内，Q1的曲线称为发热曲线，Q2的 曲线称为散热曲线
• 改变散热条件如容器表面积得到三组不同 斜率的散热曲线
1.
Q2 Q自1 燃
2.
Q2与Q1有一切点3，过切点3自燃
3.
Q2与Q有1一交点1—稳定平衡点
• 改变T0得到一组平行散热曲线
Q1与 Q有2两个交点：1.低温稳定点；2.高温不稳定点 Q1与Q有2 一切点3
Q1 Q自2燃
• 散热曲线不变，改变发热曲线
• 当温度达到T2时，反应速度加快到一定程度，温 度不再下降，即T2应该是一个临界温度
• 当温度超过T2时，反应速度迅速加快，温度迅速 升高，达到着火
• 点火温度的概念
• 在点火的过程中，T2是一个临界温度，点火热源的温度超 过T2，便会引起着火，该临界温度便称为“点火温度”
• 点火温度的临界条件
第三篇
燃烧基本理论
第九章
着火过程
概述
• 着火过程的定义
– 指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开始化学反应，温度升高达 到激烈的燃烧反应之前的一段过程。
• 两种着火方式
– 自燃着火：使混合物整个容积同时达到某一温度，超过该温度， 混合物便自动地、不再需要外界作用而着火达到燃烧状态。这种 过程叫做自燃着火
• 本章的研究内容
1. 介绍着火过程的热力理论 2. 研究实现着火过程的温度条件 3. 研究使燃烧反应状态保持稳定的条件 4. 研究使火焰熄灭的条件
着火过程和着火温度
• 反应的发热速度
– 容器的体积V，内部充满可燃的混合物，器壁的温度为 T0，热效应为q，反应速度为W，反应时的温度为T， 则反应发热的速度（单位时间内反应发出的热量）为：
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火温度越 低
– 点火热源的性质
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火 温度越低
– 点火热源的性质
燃烧室着火浓度界限
• 影响着火的条件
– 温度—着火和点火的温度。 – 可燃物浓度—浓度又取决于压力和可燃物的成
Q1＝q W V
W＝K0
Cn
exp(
E) RT
Q1＝qVK 0Cnexp(
E RT
)
q、V、K0均为定值，C反应过程中均不变，是初始浓度
Q1＝Aexp(
E RT
)
• 体系的散热速度
– 容器内的温度升高到T，此时系统向外散失热量，设容器的表面 积为A，气体对外界的总放热系数为α ，则散热速度（单位时间 内由体系向外散出的热量）为：