第 6 章 1 可燃固體的燃燒課件

1、1,學(xué)習(xí)交流PPT,第6章 可燃固體的燃燒,6.1 固體燃燒概述 6.2 幾類典型固體的燃燒（高聚物、木材、煤） 6.3 固體可燃物的陰燃 6.4 粉塵爆炸 6.5 固體材料的阻燃概況,2,學(xué)習(xí)交流PPT,6.1 固體燃燒概述,6.1.1固體燃燒的形式 （1）蒸發(fā)燃燒 蠟燭、硫、磷、鉀、鈉、瀝青、樟腦，萘 （2）表面燃燒 可燃固體（如木炭、焦炭、鐵、銅等） （3）分解燃燒 木材、煤、塑料、橡膠等 （4）熏煙燃燒（陰燃） 只冒煙而無(wú)火焰的燃燒現(xiàn)象 （5）動(dòng)力燃燒（爆炸） 燃粉塵爆炸 / 炸藥爆炸 / 轟燃（回燃、回火）,3,學(xué)習(xí)交流PPT,6.1.2 評(píng)定固體火災(zāi)危險(xiǎn)性的參數(shù) （1）熔點(diǎn)、閃點(diǎn)和

2、燃點(diǎn) 熔點(diǎn)越低的可燃固體，閃點(diǎn)和燃點(diǎn)也越低，火災(zāi)危險(xiǎn)性越大 （2）熱分解溫度 可燃固體的熱分解溫度越低，燃點(diǎn)也越低，火災(zāi)危險(xiǎn)性越大 （3）自燃點(diǎn) 自燃點(diǎn)越低的固體，越容易燃燒，因而火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。 （4）比表面積 相同的可燃固體，比表面積越大，火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。 隨著粉塵的比表面積增大，其爆炸下限降低，最小引爆能變小而最大爆炸壓力增大。,4,學(xué)習(xí)交流PPT,（5）（極限）氧指數(shù)（LOI，OI) 定義：剛好維持物質(zhì)燃燒時(shí)的混合氣體中最低氧含量的體積百分?jǐn)?shù)。 氧指數(shù)越小的高聚物，火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。 氧指數(shù)小于22的屬易燃材料； 氧指數(shù)在2227之間的屬難燃材料； 而氧指數(shù)大于27的屬高難燃材料。,5,

3、學(xué)習(xí)交流PPT,固體著火溫度測(cè)試儀,6,學(xué)習(xí)交流PPT,幾種可燃固體的熱分解溫度與燃點(diǎn)的關(guān)系,常見(jiàn)高分子物質(zhì)的自燃點(diǎn),7,學(xué)習(xí)交流PPT,氧指數(shù)測(cè)定儀 1試樣； 2夾具； 3點(diǎn)火器； 4金屬絲網(wǎng)； 5支架； 6柱內(nèi)玻璃珠； 7鋼底盤； 8三通管； 9截止閥； 10支持器內(nèi)小孔； 11壓力表； 12精密壓力調(diào)節(jié)器 13過(guò)濾器； 14針形閥； 15轉(zhuǎn)子流量計(jì),8,學(xué)習(xí)交流PPT,表63 某些常見(jiàn)高聚物的氧指數(shù),9,學(xué)習(xí)交流PPT,6.1.3 固體著火燃燒理論,6.1.3.1 固體引燃條件和引燃時(shí)間,引燃條件：,如果 S0，固體表面接受的熱量除了能維持持續(xù)燃燒，還有多余部分。這部分熱量可以使可燃?xì)獾?/p>

4、釋放速率進(jìn)一步提高，為固體持續(xù)燃燒創(chuàng)造更好的條件； S=0 固體能否被引燃的臨界條件。,10,學(xué)習(xí)交流PPT,對(duì)于一定厚度無(wú)限大固體，可用下式估算：,Gcr與 有如下關(guān)系：,h為火焰和固體間的對(duì)流換熱系數(shù)，c為空氣熱容量,11,學(xué)習(xí)交流PPT,一些高聚物的Gcr和值,12,學(xué)習(xí)交流PPT,例 1： 用一溫度為1300的火焰緊靠表面照射一厚度為50mm的有機(jī)玻璃，如果表面溫度達(dá)到燃點(diǎn)（約需6s）后移走火焰，判斷該玻璃板能否引燃？ 相關(guān)參數(shù)：1.1107 m2/s，K=0.19w/(m.K)， HC26.2 KJ/g，LV1.62 KJ/g，Gcr3.2g/(m2.s) =0.27，著火點(diǎn)Ti54

5、3K，環(huán)境溫度T0293K,13,學(xué)習(xí)交流PPT,薄片狀固體（Bi=hL/K數(shù)較?。?如窗簾、幕布之類 估算薄物的引燃時(shí)間 假設(shè)一薄物體的厚度、密度、熱容和它與周圍環(huán)境間的對(duì)流換熱系數(shù)分別為、c、和 h； 薄物體的燃點(diǎn)和環(huán)境溫度（或物體初溫）分別為 Ti和T0。 （1）當(dāng)薄物體兩邊同時(shí)受溫度為T的熱氣流加熱,T,積分：t=0到ti；T=T0到Ti,14,學(xué)習(xí)交流PPT,（2）如果物體單面受熱，另一面絕熱，引燃時(shí)間為,（3）如果物體單面受熱，另一面不絕熱,T,T0,15,學(xué)習(xí)交流PPT,對(duì)該式從T0到Ti積分得引燃時(shí)間為,（4）當(dāng)物體一面受熱通量為的輻射加熱，另一面絕熱時(shí) 假設(shè)物體吸收率為，在

6、時(shí)間間隔dt內(nèi)，能量平衡方程可寫成,T0,Qr,16,學(xué)習(xí)交流PPT,（5）如果一面受輻射熱，另一面不絕熱，則有,17,學(xué)習(xí)交流PPT,例 2： 一塊厚度為0.8mm的幕布，密度、熱容及其與周圍空氣的對(duì)流換熱系數(shù)分別為：0.3 g/m3，1.2 KJ/(kg.K)，15 w/m2，初始溫度20，燃點(diǎn)260，求幕布懸掛在300的熱空氣中時(shí)的引燃時(shí)間 ？如果該幕布一面受熱通量為20 w/m2 輻射加熱，兩面均有散熱損失，幕布系數(shù)系數(shù)為0.8時(shí)的引燃時(shí)間為多少？,18,學(xué)習(xí)交流PPT,6.1.3.2 固體火焰?zhèn)鞑ダ碚?根據(jù)能量守恒方程，“火焰?zhèn)鞑サ幕痉匠獭睘?燃燒起始表面,V, 指固體火焰?zhèn)鞑r(shí)正

7、在燃燒的火焰與未燃物質(zhì)之間的界面，穿過(guò)該界面的傳熱速率決定了火焰?zhèn)鞑セ蚧馂?zāi)蔓延的速度。,19,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2 幾類典型固體的燃燒,6.2.1 高聚物的燃燒 塑料、橡膠和纖維 熱塑型、熱固型 高聚物著火的過(guò)程分為受熱軟化熔融、熱分解、著火燃燒等階段 熱塑料物質(zhì)容易軟化熔融 高聚物燃燒的普遍性特點(diǎn)，可以概括為三個(gè)方面 （1）發(fā)熱量較高、燃燒速度較快 （2）發(fā)煙量較大，影響能見(jiàn)度 由于高聚物的分子結(jié)構(gòu)中含碳量普遍較高，因此在其燃燒（包括熱分解）過(guò)程中發(fā)煙量較大。,20,學(xué)習(xí)交流PPT,煙密度箱 1光電倍增管罩；2試驗(yàn)箱；3送風(fēng)板； 4帶窗的活動(dòng)門；5排氣口控制器；6輻射儀輸出插孔；7溫度（壁

8、)）指示器；8自耦變壓器；9爐子開(kāi)關(guān)；10電壓表；11熔斷器；12輻射儀空氣流量計(jì)；13燃?xì)夂涂諝饬髁坑?jì)；14流量計(jì)截流閥；15樣品移動(dòng)調(diào)節(jié)器；16光源開(kāi)關(guān)；17光源電壓插孔；18線路開(kāi)關(guān)；19箱基；20指示燈；21微光度計(jì)；22光學(xué)體系桿；23光學(xué)體系下透光窗；24排氣口調(diào)節(jié)器；25進(jìn)氣口調(diào)節(jié)器；26入口孔,21,學(xué)習(xí)交流PPT,煙密度（比光密度） 式中V煙箱容積，mm3； A試樣暴露面積，mm2； L光路長(zhǎng)，mm； D比光密度； I有煙時(shí)光強(qiáng)度； I0無(wú)煙時(shí)光強(qiáng)度； Ds=16 時(shí)，能見(jiàn)度57m,光吸收定律:,光密度:,22,學(xué)習(xí)交流PPT,（3）燃燒（或分解）產(chǎn)物的危害性大 高聚物在燃燒

9、（或分解）過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生CO、氮氧化物、HCl、HF、HCN、SO2及COCl2（光氣）等有害氣體，加上缺氧窒息作用，對(duì)火場(chǎng)人員的生命安全構(gòu)成極大的威脅。,23,學(xué)習(xí)交流PPT,不同類型高聚物的燃燒有如下特點(diǎn)： （1）只含碳和氫的高聚物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，易燃但不猛烈，離開(kāi)火焰后仍能持續(xù)燃燒，火焰呈蘭色或黃色，燃燒時(shí)有溶滴，并產(chǎn)生有毒的一氧化碳?xì)怏w。 （2）含有氧的高聚物，如有機(jī)玻璃、賽璐珞等，易燃且猛烈，火焰呈黃色，燃燒時(shí)變軟，無(wú)溶滴，并產(chǎn)生有毒的一氧化碳。 （3）含有氮的高聚物，燃燒情況比較復(fù)雜，如脲甲醛樹脂為難燃自熄；三聚氰胺樹脂為緩燃緩熄；尼龍為易燃以燼。它們?cè)谌紵龝r(shí)都有溶

10、滴，并產(chǎn)生一氧化碳、一氧化氮有毒氣體和氰化氫劇毒氣體。 （4）含有氯的高聚物，如聚氯乙烯等，硬的為難燃自熄，軟的為緩燃緩熄，火焰呈黃色，燃燒時(shí)無(wú)熔滴，有炭瘤，并產(chǎn)生氯化氫氣體，有毒且溶于水后有腐蝕性。 （5）含有氟的高聚物，實(shí)際不燃，但加強(qiáng)熱時(shí)，能放出腐蝕毒害性的氟化氫氣體。 （6）酚醛樹脂，無(wú)填料的為難燃自熄，有木粉填料的為緩燃緩熄，火焰呈黃色，冒黑煙，放出有毒的酚蒸氣。,24,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2.2 木材的燃燒,6.2.2.1 木材的組成,表6-10 木材中有機(jī)物組成,25,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2.2.2 木材的熱分解 加熱到130時(shí)，首先是水的蒸發(fā)，接著開(kāi)始微弱的分解； 加熱到150

11、時(shí)木材開(kāi)始顯著分解，分解產(chǎn)物主要是水和二氧化碳； 到200以上，構(gòu)成木材主要成分的纖維素被分解，生成 一氧化碳、氫和碳?xì)浠衔铮?加熱到270380時(shí)，木材發(fā)生劇烈的熱分解，熱分解的剩余物得到3038的碳。,26,學(xué)習(xí)交流PPT,表6-12 木材在各種溫度下分解產(chǎn)生的氣體組成,27,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2.2.3木材的燃燒過(guò)程 在木材被加熱過(guò)程中，若遇火源，會(huì)出現(xiàn)閃燃、引燃。 若無(wú)火源，只要加熱溫度足夠高，也會(huì)發(fā)生自燃 木材燃燒大體分為 有焰燃燒 和 無(wú)焰燃燒 兩個(gè)階段。 木材有焰燃燒： 木材熱分解出的可燃?xì)馊紵?，它的特點(diǎn)是燃燒速度快； 燃燒量大，約占整個(gè)木材重量的70； 火焰溫度高，燃燒時(shí)間

12、短，火災(zāi)發(fā)展速度猛烈，是火災(zāi)發(fā)展中的有決定性意義的時(shí)期。 木材有焰燃燒+無(wú)焰燃燒 在木材的有焰燃燒階段，木材表面上生成的碳，雖然處在灼熱的狀態(tài)，但不燃燒。因?yàn)榇藭r(shí)，分解產(chǎn)物的燃燒阻礙了氧氣擴(kuò)散到碳的表面上去。當(dāng)析出的氣體產(chǎn)物很少時(shí)，氧擴(kuò)散到碳的表面，即有焰燃燒接近尾聲時(shí)，碳才開(kāi)始燃燒。 木材無(wú)焰燃燒 兩種形式燃燒同時(shí)進(jìn)行若干時(shí)期以后，完全不析出可燃?xì)鈺r(shí)，才出現(xiàn)僅有碳的無(wú)火焰燃燒。,28,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2.2.4 木材燃燒速度 木材的燃燒速度 重量速度:所謂重量燃燒速度就是單位時(shí)間、單位面積的可燃物的重量損失 線速度:單位時(shí)間的碳化深度。 木材的燃燒速度主要決定于 （1）木材密度的影響 （

13、2）含水量的影響 （3）木材比表面的影響,29,學(xué)習(xí)交流PPT,（1）木材密度的影響 木材的密度越大，燃燒速度越小 原因：密度大的木材導(dǎo)熱性能好，大量熱被導(dǎo)入木材深處，使表面溫度上升慢，熱分解慢，不容易著火，燃燒速度慢。,30,學(xué)習(xí)交流PPT,（2）含水量的影響 木材含水量越大，木材越不易著火，著火后燃燒速度也慢,31,學(xué)習(xí)交流PPT,木材的燃燒速度的經(jīng)驗(yàn)公式,杉木、松木：,木垛的燃燒 (1)松散堆積的木垛，燃燒速度主要由單個(gè)木材的粗細(xì)度控制。 (2)堆積緊密的木垛，其燃燒速度主要取決于木垛的“孔隙率” (通風(fēng)狀態(tài)）,X-燃燒線速度(碳化深度)，mm/min,（3）木材比表面的影響 比表面積是

14、木材的表面積和其體積之比。 比表面積越大，燃燒速度越快。 原因：比表面積大，燃燒時(shí)單位體積的木材承受的熱量就大，與氧氣接觸面積也大，所以易著火且燃燒速度大。,32,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2.3 煤的燃燒,6.2.3.1 固體燃料煤的燃燒過(guò)程 煤顆粒的燃燒歷程 首先煤顆粒被加熱干燥，而后可燃性氣體開(kāi)始析出。在足夠高的溫度和供氧條件下，可燃性氣體在顆粒周圍著火燃燒，形成光亮的火焰。 燃燒消耗的氧氣來(lái)自周圍空氣，靠擴(kuò)散作用進(jìn)入火焰區(qū)，但不能到達(dá)顆粒表面，此時(shí)顆粒本身呈暗黑色，顆粒中心溫度不超過(guò)600700 -分解燃燒 可燃性氣體一方面阻礙了顆粒本身的燃燒；另一方面可燃性氣體在顆粒周圍的燃燒對(duì)顆粒有強(qiáng)烈

15、的加熱作用 可燃性氣體著火后，經(jīng)過(guò)不長(zhǎng)時(shí)間，火焰逐漸縮短，直至消失，這表明可燃性氣體已基本燃燒完畢 然后煤顆粒表面開(kāi)始燃燒、發(fā)亮，其溫度逐漸升高，達(dá)到最高值（一般為1100）-表面燃燒（無(wú)焰燃燒）,33,學(xué)習(xí)交流PPT,6.2.3.2 固體碳粒的燃燒過(guò)程 碳在空氣中燃燒是一多相燃燒過(guò)程，分為五個(gè)階段： 氧氣擴(kuò)散到固體燃料表面 擴(kuò)散到固體表面的氣體（或氧氣）須被固體表面所吸附。 吸附的氣體和固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成吸附后的生成物 吸附后的生成物從固體表面上解吸 解吸后的氣體生成物擴(kuò)散離開(kāi)固體表面。,碳燃燒釋熱的化學(xué)過(guò)程為:,C+O2CO2+40.9104kJ 2C+O22CO+24.5104kJ,注意：實(shí)際上碳和氧并不是按照上式機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的。上式只是表示整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的物料平衡和熱平衡而已,34,學(xué)習(xí)交流PPT,關(guān)于碳和氧的反應(yīng)機(jī)理，目前有三種說(shuō)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）中間碳氧絡(luò)化物模型