第三節(jié)燃燒方式與特點(diǎn)

　　可燃物質(zhì)受熱后，因其聚集狀態(tài)的不同，而發(fā)生不同的變化。絕大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒都是在蒸氣或氣體的狀態(tài)下進(jìn)行的，并出現(xiàn)火焰。而有的物質(zhì)則不能成為氣態(tài)，其燃燒發(fā)生在固相中，如焦炭燃燒時(shí)，呈灼熱狀態(tài)，而不呈現(xiàn)火焰。由于可燃物質(zhì)的性質(zhì)、狀態(tài)不同，燃燒的特點(diǎn)也不一樣。

　　一、氣體燃燒的特點(diǎn)

　　可燃?xì)怏w的燃燒不需像固體、液體那樣需經(jīng)熔化、蒸發(fā)過(guò)程，所需熱量?jī)H用于氧化或分解，或?qū)�氣體加熱到燃點(diǎn)，因此容易燃燒且燃燒速度快。根據(jù)燃燒前可燃?xì)怏w與氧混合狀況不同，其燃燒方式分為擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒。

　　(一)擴(kuò)散燃燒

　　即可燃性氣體和蒸氣分子與氣體氧化劑互相擴(kuò)散，邊混合邊燃燒。在擴(kuò)散燃燒中，化學(xué)反應(yīng)速度要比氣體混合擴(kuò)散速度快得多。整個(gè)燃燒速度的快慢由物理混合速度決定。氣體(蒸氣)擴(kuò)散多少，就燒掉多少。人們?cè)谏�產(chǎn)、生活中的用火(如燃?xì)庾鲲�、點(diǎn)氣照明、燒氣焊等)均屬這種形式的燃燒。

　　擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)為：燃燒比較穩(wěn)定，擴(kuò)散火焰不運(yùn)動(dòng)，可燃?xì)怏w與氧化劑氣體的混合在可燃?xì)怏w噴口進(jìn)行。對(duì)穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒，只要控制得好，就不至于造成火災(zāi)，一旦發(fā)生火災(zāi)也較易撲救。

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　　(二)預(yù)混燃燒

　　又稱動(dòng)力燃燒或爆炸式燃燒。它是指可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵預(yù)先同空氣(或氧)混合，遇火源產(chǎn)生帶有沖擊力的燃燒。預(yù)混燃燒一般發(fā)生在封閉體系中或在混合氣體向周圍擴(kuò)散的速度遠(yuǎn)小于燃燒速度的敞開(kāi)體系中，燃燒放熱造成產(chǎn)物體積迅速膨脹，壓力升高，壓強(qiáng)可達(dá)709.1～810.4kPa。通常的爆炸反應(yīng)即屬此種。

　　預(yù)混燃燒的特點(diǎn)為：燃燒反應(yīng)快，溫度高，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤�，反�?yīng)混合氣體不擴(kuò)散，在可燃混氣中引入一火源即產(chǎn)生一個(gè)火焰中心，成為熱量與化學(xué)活性粒子集中源。如果預(yù)混氣體從管口噴出發(fā)生動(dòng)力燃燒，若流速大于燃燒速度，則在管中形成穩(wěn)定的燃燒火焰，由于燃燒充分，燃燒速度快，燃燒區(qū)呈高溫白熾狀，如汽燈的燃燒即是如此。若混氣在管口流速小于燃燒速度，則會(huì)發(fā)生“回火”。如制氣系統(tǒng)檢修前不進(jìn)行置換就燒焊，燃?xì)庀到y(tǒng)開(kāi)車前不進(jìn)行吹掃就點(diǎn)火，用氣系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓回火或者漏氣未被發(fā)現(xiàn)而用火時(shí)，往往形成動(dòng)力燃燒，有可能造成設(shè)備的損壞和人員傷亡。

　　二、液體燃燒的特點(diǎn)

　　易燃、可燃液體在燃燒過(guò)程中，并不是液體本身在燃燒，而是液體受熱時(shí)蒸發(fā)出來(lái)的液體蒸氣被分解、氧化達(dá)到燃點(diǎn)而燃燒，即蒸發(fā)燃燒。因此，液體能否發(fā)生燃燒、燃燒速率高低，與液體的蒸氣壓、閃點(diǎn)、沸點(diǎn)和蒸發(fā)速率等性質(zhì)密切相關(guān)。

　　常見(jiàn)的可燃液體中，液態(tài)烴類燃燒時(shí)，通常具有橘色火焰并散發(fā)濃密的黑色煙云。醇類燃燒時(shí)，通常具有透明的藍(lán)色火焰，幾乎不產(chǎn)生煙霧。某些醚類燃燒時(shí)，液體表面伴有明顯的沸騰狀，這類物質(zhì)的火災(zāi)較難撲滅。在含有水分、粘度較大的重質(zhì)石油產(chǎn)品，如原油、重油、瀝青油等發(fā)生燃燒時(shí)，有可能產(chǎn)生沸溢現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。

　　(一)沸溢

　　以原油為例，其粘度比較大，且都含有一定的水分，以乳化水和水墊兩種形式存在。所謂乳化水是原油在開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程中，原油中的水由于強(qiáng)力攪拌成細(xì)小的水珠懸浮于油中而成。放置久后，油水分離，水因比重大而沉降在底部形成水墊。

　　燃燒過(guò)程中，這些沸程較寬的重質(zhì)油品產(chǎn)生熱波，在熱波向液體深層運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于溫度遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，因而熱波會(huì)使油品中的乳化水氣化，大量的蒸氣就要穿過(guò)油層向液面上浮，在向上移動(dòng)過(guò)程中形成油包氣的氣泡，即油的一部分形成了含有大量蒸氣氣泡的泡沫。這樣，必然使液體體積膨脹，向外溢出，同時(shí)部分未形成泡沫的油品也被下面的蒸氣膨脹力拋出罐外，使液面猛烈沸騰起來(lái)，就像“跑鍋”一樣，這種現(xiàn)象叫沸溢。

　　從沸溢過(guò)程說(shuō)明，沸溢形成必須具備三個(gè)條件：

　　①原油具有形成熱波的特性，即沸程寬，比重相差較大;

　�、谠�油中含有乳化水，水遇熱波變成蒸氣;

　�、墼�油粘度較大，使水蒸汽不容易從下向上穿過(guò)油層。

　　(二)噴濺

　　在重質(zhì)油品燃燒進(jìn)行過(guò)程中，隨著熱波溫度的逐漸升高，熱波向下傳播的距離也加大，當(dāng)熱波達(dá)到水墊時(shí)，水墊的水大量蒸發(fā)，蒸氣體積迅速膨脹，以至把水墊上面的液體層拋向空中，向罐外噴射，這種現(xiàn)象叫噴濺。

　　一般情況下，發(fā)生沸溢要比發(fā)生噴濺的時(shí)間早的多。發(fā)生沸溢的時(shí)間與原油的種類、水分含量有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，含有1%水分的石油，經(jīng)45～60min燃燒就會(huì)發(fā)生沸溢。噴濺發(fā)生的時(shí)間與油層厚度、熱波移動(dòng)速度以及油的燃燒線速度有關(guān)。

　　三、固體燃燒的特點(diǎn)

　　固體可燃物由于其分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、物理性質(zhì)的不同，其燃燒方式也不相同。主要有下列四種。

　　(一)蒸發(fā)燃燒

　　可熔化的可燃性固體受熱升華或熔化后蒸發(fā)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w進(jìn)而發(fā)生的有焰燃燒，稱為蒸發(fā)燃燒。發(fā)生蒸發(fā)燃燒的固體，在燃燒前受熱只發(fā)生相變，而成分不發(fā)生變化。一旦火焰穩(wěn)定下來(lái)，火焰?zhèn)鳠峤o蒸發(fā)表面，促使固體不斷蒸發(fā)或升華燃燒，直至燃盡為止。分子晶體、揮發(fā)性金屬晶體和有些低熔點(diǎn)的無(wú)定形固體的燃燒，如石蠟、松香、硫、鉀、磷、瀝青和熱塑性高分子材料等燃燒，均為蒸發(fā)燃燒。燃燒過(guò)程總保持邊熔化、邊蒸發(fā)、邊燃燒形式，固體有蒸發(fā)面的部分都會(huì)有火焰出現(xiàn)，燃燒速度較快。鉀、鈉、鎂等之所以稱為揮發(fā)金屬，因其燃燒屬蒸發(fā)式燃燒，而生成白色濃煙是揮發(fā)金屬蒸發(fā)式燃燒的特征。

　　(二)分解燃燒

　　分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固體可燃物，在受熱后分解出其組成成分及與加熱溫度相應(yīng)的熱分解產(chǎn)物，這些分解產(chǎn)物再氧化燃燒，稱為分解燃燒。如木材、紙張、棉、麻、毛、絲、以及合成高分子的熱固性塑料、合成橡膠等燃燒。

　　煤、木材、紙張、棉花、農(nóng)副產(chǎn)品等成分復(fù)雜的固體有機(jī)物，受熱不發(fā)生整體相變，而是分解釋放出可燃?xì)怏w，燃燒產(chǎn)生明亮的火焰，火焰的熱量又促使固體未燃部分的分解和均相燃燒。當(dāng)固體完全分解且析出可燃?xì)怏w全部燒盡后，留下的碳質(zhì)固體殘?jiān)�才開(kāi)始無(wú)火焰的表面燃燒。

　　塑料、橡膠、化纖等高聚物，是由許多重復(fù)的較小結(jié)構(gòu)單位(鏈節(jié))所組成的大分子。絕大多數(shù)高分子材料都是易燃的，而且大部分發(fā)生分解式燃燒，燃燒放出的熱量很大。一般說(shuō)來(lái)，高聚物的燃燒過(guò)程包括受熱軟化熔融、解聚分解、氧化燃燒。分解產(chǎn)物隨分解時(shí)的溫度、氧濃度及高聚物本身的組成和結(jié)構(gòu)不同而異。所有高聚物在分解過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，分解產(chǎn)生的較大分子會(huì)隨燃燒溫度的提高進(jìn)一步蒸發(fā)熱解或不完全燃燒。高聚物在火災(zāi)的高溫下邊熔化、邊分解，邊呈有焰均相燃燒，燃著的熔滴可把火焰從一個(gè)區(qū)域擴(kuò)展到另一個(gè)區(qū)域，從而促使火熱蔓延發(fā)展。

　　(三)表面燃燒

　　可燃物受熱不發(fā)生熱分解和相變，可燃物質(zhì)在被加熱的表面上吸附氧，從表面開(kāi)始呈余燼的燃燒狀態(tài)叫表面燃燒(也叫無(wú)火焰的非均相燃燒)。

　　這類燃燒的典型例子，如焦炭、木炭和不揮發(fā)金屬等的燃燒。表面燃燒速度取決于氧氣擴(kuò)散到固體表面的速度，并受表面上化學(xué)反應(yīng)速度的影響。焦炭、木炭為多孔性結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單固體，即使在高溫下也不會(huì)熔融、升華或分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w。氧擴(kuò)散到固體物質(zhì)的表面，被高溫表面吸附，發(fā)生氣固非均相燃燒，反應(yīng)的產(chǎn)物從固體表面解吸擴(kuò)散，帶著熱量離開(kāi)固體表面。整個(gè)燃燒過(guò)程中固體表面呈高溫?zé)霟岚l(fā)光而無(wú)火焰，燃燒速度小于蒸發(fā)速度。

　　鋁、鐵等不揮發(fā)金屬的燃燒也為表面燃燒。不揮發(fā)金屬的氧化物熔點(diǎn)低于該金屬的沸點(diǎn)。燃燒的高溫尚未達(dá)到金屬沸點(diǎn)且無(wú)大量高熱金屬蒸氣產(chǎn)生時(shí)，其表面的氧化物層已熔化退去，使金屬直接與氧氣接觸，發(fā)生無(wú)火焰的表面燃燒。由于金屬氧化物的熔化消耗了一部分熱量，減緩了金屬被氧化，致使燃燒速度不快，固體表面呈熾熱發(fā)光。這類金屬在粉末狀、氣熔膠狀、刨花狀時(shí)，燃燒進(jìn)行得很激烈，且無(wú)煙生成。

　　(四)陰燃

　　陰燃是指物質(zhì)無(wú)可見(jiàn)光的緩慢燃燒，通常產(chǎn)生煙和溫度升高的跡象。這種燃燒看不見(jiàn)火苗，可持續(xù)數(shù)天甚至數(shù)十天，不易發(fā)現(xiàn)。

　　1.容易發(fā)生陰燃的狀況

　　一些固體可燃物在空氣不流通、加熱溫度較低或濕度較大的條件下發(fā)生干餾分解，產(chǎn)生的揮發(fā)成分未能發(fā)生有焰燃燒;固體材料受熱分解，必須能產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)多孔性炭化材料。常見(jiàn)易發(fā)生陰燃物質(zhì)，如成捆堆放的棉、麻、紙張及大量堆放的煤、雜草、濕木材、布匹等。

　　2.陰燃和有焰分解燃燒的相互轉(zhuǎn)化

　　在缺氧或濕度較大條件下發(fā)生火災(zāi)，由于燃燒消耗氧氣及水蒸氣的蒸發(fā)耗能，使燃燒體系氧氣濃度和溫度均降低，燃燒速度減慢，固體分解出的氣體量減少，火焰逐漸熄滅，由有焰燃燒轉(zhuǎn)為陰燃。如果通風(fēng)條件改變，當(dāng)持續(xù)的陰燃完全穿透固體材料時(shí)，由于對(duì)流的加強(qiáng)，會(huì)使空氣流入量相對(duì)增大，供氧量增加，或可燃物中水分蒸發(fā)到一定程度，也可能由陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢鹧娴姆纸馊紵�甚至爆燃�；饒?chǎng)上的復(fù)燃現(xiàn)象和由于固體陰燃引起的火災(zāi)等，都是陰燃在一定條件下轉(zhuǎn)化為有焰分解燃燒的例子。

　　固體的上述四種燃燒形式中，蒸發(fā)燃燒和分解燃燒都是有火焰的均相燃燒，只是可燃?xì)怏w的來(lái)源不同。蒸發(fā)燃燒的可燃?xì)怏w是相變產(chǎn)物，分解燃燒的可燃?xì)怏w來(lái)自固體的熱分解。固體的表面燃燒和陰燃，都是發(fā)生在固體表面與空氣的界面上，呈無(wú)火焰的非均相燃燒。陰燃和表面燃燒的區(qū)別，就在于表面燃燒的過(guò)程中固體不發(fā)生分解。

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