第 6 章 1 可燃固体的燃烧课件

1、1,学习交流PPT,第6章 可燃固体的燃烧,6.1 固体燃烧概述 6.2 几类典型固体的燃烧（高聚物、木材、煤） 6.3 固体可燃物的阴燃 6.4 粉尘爆炸 6.5 固体材料的阻燃概况,2,学习交流PPT,6.1 固体燃烧概述,6.1.1固体燃烧的形式 （1）蒸发燃烧 蜡烛、硫、磷、钾、钠、沥青、樟脑，萘 （2）表面燃烧 可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等） （3）分解燃烧 木材、煤、塑料、橡胶等 （4）熏烟燃烧（阴燃） 只冒烟而无火焰的燃烧现象 （5）动力燃烧（爆炸） 燃粉尘爆炸 / 炸药爆炸 / 轰燃（回燃、回火）,3,学习交流PPT,6.1.2 评定固体火灾危险性的参数 （1）熔点、闪点和

2、燃点 熔点越低的可燃固体，闪点和燃点也越低，火灾危险性越大 （2）热分解温度 可燃固体的热分解温度越低，燃点也越低，火灾危险性越大 （3）自燃点 自燃点越低的固体，越容易燃烧，因而火灾危险性越大。 （4）比表面积 相同的可燃固体，比表面积越大，火灾危险性越大。 随着粉尘的比表面积增大，其爆炸下限降低，最小引爆能变小而最大爆炸压力增大。,4,学习交流PPT,（5）（极限）氧指数（LOI，OI) 定义：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。 氧指数越小的高聚物，火灾危险性越大。 氧指数小于22的属易燃材料； 氧指数在2227之间的属难燃材料； 而氧指数大于27的属高难燃材料。,5,

3、学习交流PPT,固体着火温度测试仪,6,学习交流PPT,几种可燃固体的热分解温度与燃点的关系,常见高分子物质的自燃点,7,学习交流PPT,氧指数测定仪 1试样； 2夹具； 3点火器； 4金属丝网； 5支架； 6柱内玻璃珠； 7钢底盘； 8三通管； 9截止阀； 10支持器内小孔； 11压力表； 12精密压力调节器 13过滤器； 14针形阀； 15转子流量计,8,学习交流PPT,表63 某些常见高聚物的氧指数,9,学习交流PPT,6.1.3 固体着火燃烧理论,6.1.3.1 固体引燃条件和引燃时间,引燃条件：,如果 S0，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧，还有多余部分。这部分热量可以使可燃气的

4、释放速率进一步提高，为固体持续燃烧创造更好的条件； S=0 固体能否被引燃的临界条件。,10,学习交流PPT,对于一定厚度无限大固体，可用下式估算：,Gcr与 有如下关系：,h为火焰和固体间的对流换热系数，c为空气热容量,11,学习交流PPT,一些高聚物的Gcr和值,12,学习交流PPT,例 1： 用一温度为1300的火焰紧靠表面照射一厚度为50mm的有机玻璃，如果表面温度达到燃点（约需6s）后移走火焰，判断该玻璃板能否引燃？ 相关参数：1.1107 m2/s，K=0.19w/(m.K)， HC26.2 KJ/g，LV1.62 KJ/g，Gcr3.2g/(m2.s) =0.27，着火点Ti54

5、3K，环境温度T0293K,13,学习交流PPT,薄片状固体（Bi=hL/K数较小）： 如窗帘、幕布之类 估算薄物的引燃时间 假设一薄物体的厚度、密度、热容和它与周围环境间的对流换热系数分别为、c、和 h； 薄物体的燃点和环境温度（或物体初温）分别为 Ti和T0。 （1）当薄物体两边同时受温度为T的热气流加热,T,积分：t=0到ti；T=T0到Ti,14,学习交流PPT,（2）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间为,（3）如果物体单面受热，另一面不绝热,T,T0,15,学习交流PPT,对该式从T0到Ti积分得引燃时间为,（4）当物体一面受热通量为的辐射加热，另一面绝热时 假设物体吸收率为，在

6、时间间隔dt内，能量平衡方程可写成,T0,Qr,16,学习交流PPT,（5）如果一面受辐射热，另一面不绝热，则有,17,学习交流PPT,例 2： 一块厚度为0.8mm的幕布，密度、热容及其与周围空气的对流换热系数分别为：0.3 g/m3，1.2 KJ/(kg.K)，15 w/m2，初始温度20，燃点260，求幕布悬挂在300的热空气中时的引燃时间 ？如果该幕布一面受热通量为20 w/m2 辐射加热，两面均有散热损失，幕布系数系数为0.8时的引燃时间为多少？,18,学习交流PPT,6.1.3.2 固体火焰传播理论,根据能量守恒方程，“火焰传播的基本方程”为,燃烧起始表面,V, 指固体火焰传播时正

7、在燃烧的火焰与未燃物质之间的界面，穿过该界面的传热速率决定了火焰传播或火灾蔓延的速度。,19,学习交流PPT,6.2 几类典型固体的燃烧,6.2.1 高聚物的燃烧 塑料、橡胶和纤维 热塑型、热固型 高聚物着火的过程分为受热软化熔融、热分解、着火燃烧等阶段 热塑料物质容易软化熔融 高聚物燃烧的普遍性特点，可以概括为三个方面 （1）发热量较高、燃烧速度较快 （2）发烟量较大，影响能见度 由于高聚物的分子结构中含碳量普遍较高，因此在其燃烧（包括热分解）过程中发烟量较大。,20,学习交流PPT,烟密度箱 1光电倍增管罩；2试验箱；3送风板； 4带窗的活动门；5排气口控制器；6辐射仪输出插孔；7温度（壁

8、)）指示器；8自耦变压器；9炉子开关；10电压表；11熔断器；12辐射仪空气流量计；13燃气和空气流量计；14流量计截流阀；15样品移动调节器；16光源开关；17光源电压插孔；18线路开关；19箱基；20指示灯；21微光度计；22光学体系杆；23光学体系下透光窗；24排气口调节器；25进气口调节器；26入口孔,21,学习交流PPT,烟密度（比光密度） 式中V烟箱容积，mm3； A试样暴露面积，mm2； L光路长，mm； D比光密度； I有烟时光强度； I0无烟时光强度； Ds=16 时，能见度57m,光吸收定律:,光密度:,22,学习交流PPT,（3）燃烧（或分解）产物的危害性大 高聚物在燃烧

9、（或分解）过程中，会产生CO、氮氧化物、HCl、HF、HCN、SO2及COCl2（光气）等有害气体，加上缺氧窒息作用，对火场人员的生命安全构成极大的威胁。,23,学习交流PPT,不同类型高聚物的燃烧有如下特点： （1）只含碳和氢的高聚物，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，燃烧时有溶滴，并产生有毒的一氧化碳气体。 （2）含有氧的高聚物，如有机玻璃、赛璐珞等，易燃且猛烈，火焰呈黄色，燃烧时变软，无溶滴，并产生有毒的一氧化碳。 （3）含有氮的高聚物，燃烧情况比较复杂，如脲甲醛树脂为难燃自熄；三聚氰胺树脂为缓燃缓熄；尼龙为易燃以烬。它们在燃烧时都有溶

10、滴，并产生一氧化碳、一氧化氮有毒气体和氰化氢剧毒气体。 （4）含有氯的高聚物，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，并产生氯化氢气体，有毒且溶于水后有腐蚀性。 （5）含有氟的高聚物，实际不燃，但加强热时，能放出腐蚀毒害性的氟化氢气体。 （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。,24,学习交流PPT,6.2.2 木材的燃烧,6.2.2.1 木材的组成,表6-10 木材中有机物组成,25,学习交流PPT,6.2.2.2 木材的热分解 加热到130时，首先是水的蒸发，接着开始微弱的分解； 加热到150

11、时木材开始显著分解，分解产物主要是水和二氧化碳； 到200以上，构成木材主要成分的纤维素被分解，生成 一氧化碳、氢和碳氢化合物； 加热到270380时，木材发生剧烈的热分解，热分解的剩余物得到3038的碳。,26,学习交流PPT,表6-12 木材在各种温度下分解产生的气体组成,27,学习交流PPT,6.2.2.3木材的燃烧过程 在木材被加热过程中，若遇火源，会出现闪燃、引燃。 若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃 木材燃烧大体分为 有焰燃烧 和 无焰燃烧 两个阶段。 木材有焰燃烧： 木材热分解出的可燃气燃烧，它的特点是燃烧速度快； 燃烧量大，约占整个木材重量的70； 火焰温度高，燃烧时间

12、短，火灾发展速度猛烈，是火灾发展中的有决定性意义的时期。 木材有焰燃烧+无焰燃烧 在木材的有焰燃烧阶段，木材表面上生成的碳，虽然处在灼热的状态，但不燃烧。因为此时，分解产物的燃烧阻碍了氧气扩散到碳的表面上去。当析出的气体产物很少时，氧扩散到碳的表面，即有焰燃烧接近尾声时，碳才开始燃烧。 木材无焰燃烧 两种形式燃烧同时进行若干时期以后，完全不析出可燃气时，才出现仅有碳的无火焰燃烧。,28,学习交流PPT,6.2.2.4 木材燃烧速度 木材的燃烧速度 重量速度:所谓重量燃烧速度就是单位时间、单位面积的可燃物的重量损失 线速度:单位时间的碳化深度。 木材的燃烧速度主要决定于 （1）木材密度的影响 （

13、2）含水量的影响 （3）木材比表面的影响,29,学习交流PPT,（1）木材密度的影响 木材的密度越大，燃烧速度越小 原因：密度大的木材导热性能好，大量热被导入木材深处，使表面温度上升慢，热分解慢，不容易着火，燃烧速度慢。,30,学习交流PPT,（2）含水量的影响 木材含水量越大，木材越不易着火，着火后燃烧速度也慢,31,学习交流PPT,木材的燃烧速度的经验公式,杉木、松木：,木垛的燃烧 (1)松散堆积的木垛，燃烧速度主要由单个木材的粗细度控制。 (2)堆积紧密的木垛，其燃烧速度主要取决于木垛的“孔隙率” (通风状态）,X-燃烧线速度(碳化深度)，mm/min,（3）木材比表面的影响 比表面积是

14、木材的表面积和其体积之比。 比表面积越大，燃烧速度越快。 原因：比表面积大，燃烧时单位体积的木材承受的热量就大，与氧气接触面积也大，所以易着火且燃烧速度大。,32,学习交流PPT,6.2.3 煤的燃烧,6.2.3.1 固体燃料煤的燃烧过程 煤颗粒的燃烧历程 首先煤颗粒被加热干燥，而后可燃性气体开始析出。在足够高的温度和供氧条件下，可燃性气体在颗粒周围着火燃烧，形成光亮的火焰。 燃烧消耗的氧气来自周围空气，靠扩散作用进入火焰区，但不能到达颗粒表面，此时颗粒本身呈暗黑色，颗粒中心温度不超过600700 -分解燃烧 可燃性气体一方面阻碍了颗粒本身的燃烧；另一方面可燃性气体在颗粒周围的燃烧对颗粒有强烈

15、的加热作用 可燃性气体着火后，经过不长时间，火焰逐渐缩短，直至消失，这表明可燃性气体已基本燃烧完毕 然后煤颗粒表面开始燃烧、发亮，其温度逐渐升高，达到最高值（一般为1100）-表面燃烧（无焰燃烧）,33,学习交流PPT,6.2.3.2 固体碳粒的燃烧过程 碳在空气中燃烧是一多相燃烧过程，分为五个阶段： 氧气扩散到固体燃料表面 扩散到固体表面的气体（或氧气）须被固体表面所吸附。 吸附的气体和固体表面进行化学反应，形成吸附后的生成物 吸附后的生成物从固体表面上解吸 解吸后的气体生成物扩散离开固体表面。,碳燃烧释热的化学过程为:,C+O2CO2+40.9104kJ 2C+O22CO+24.5104kJ,注意：实际上碳和氧并不是按照上式机理进行反应的。上式只是表示整个化学反应的物料平衡和热平衡而已,34,学习交流PPT,关于碳和氧的反应机理，目前有三种说法： （1）二氧化碳模型 C+O2CO2 CO2+C2CO 2CO+O22CO2 （2）一氧化碳模型 2C+O22CO 2CO+O22CO2 （3）中间碳氧络化物模型