消防燃烧学第一章.doc

第一章 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 第一章燃烧的化学基础基础化学、热化学、化学动力学等方面的知识对燃烧的研究起着重要作用。 第一节燃烧的本质和条件 一、燃烧的本质 所谓燃烧，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(或)发烟的现象。燃烧区的温度较高，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颖粒，这样就形成了烟。 从本质上讲，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。 二、燃烧的条件及其在消防中的应用 (一)燃烧的条件 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、乙快、酒精、汽油、木材、纸张、硫、磷、钾、钠等。 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、高锰酸钾、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探，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。但是既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他条件，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，通常称之为着火三角形，如图11(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，很多燃烧的发生和持续有游离基(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，如图11(b)所示。 (二)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，是指在时间或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，可采取通风；在森林中采用防火隔离林等。 2.隔绝空气 涉及易然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，要充入情性介质保护；隔绝空气储存某些物质等。 3.消除点火源 在易产生可燃性气体的场所，应采用防爆电器；同时禁止一切火种等。 根据着火三角形，可以得出以下灭火方法； l.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然物就会熄火。 2.窒息法 用不燃或难燃物捂住燃烧物表面；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孔洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄火。 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。 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就是防止燃烧条件的形成和破坏已形成的燃烧条件。 第二节燃烧反应速度理论 着火条件的分析、火势发展快慢的估计、燃烧历程的研究及灭火条件的分析等，都用到燃烧反应速度方程。此方程可以根据化学动力学理论得到。 一、反应效率的基本概念 化学反应进行的快慢，可以用单位时间内在单位体积中反应物消耗或生成物的摩尔数来衡量，并称之为反应速率，用公式表达为 (11)式中是反应速率，；V是体积，m3；dn和dc分别是物质摩尔数和摩尔浓度的变化量，mol和mol/m3 是发生变化的时间，s。 虽然用反应物浓度变化和用生成物浓度变化得出的反应速率值不同，但是它们之间存在单值计量关系，这可由化学反应式得到。如已知任一反应aA+bBeE+F，反应速率可写成 (12) 以上四个反应速率之间有如下关系： (13)上式中，代表反应系统的化学反应速率，其数值是唯一的，称之为系统反应速率。 二、质量作用定律 通常用化学计量方程式来表达反应前后反应物与生成物之间的数量关系。这种表达式描述的只是反应的总体情况，没有说明反应的实际过程，即未给出反应过程中经历的中间过程。例如氢与氧化合生成水的反应可用2H2+O2=2H2O表达，但实际上H2和O2需要经过若干步反应才能转化为H2O。 反应物分子在碰撞中一步转化为产物分子的反应。称为基元反应，一个化学反应从反应物分子转化为最终产物分子往往需要经历若干个基元反应才能完成。实验证明：对于单相的化学基元反应，在等温条件下，任何瞬间化学反应速度与该瞬间各反应物浓度的某次幂的乘积成正比。在基元反应中，各反应物浓度的幂次等于该反应物的化学计量系数。这种化学反应速度与反应物浓度之间关系的规律，称为质量作用定律。其简单解释为：化学反应是由于反应物各分子之间碰撞后产生的，因此单位体积内的分子数目越多，即反应物浓度越大，反应物分子与分子之间碰撞次数就越多，反应过程进行得就越快，这样，化学反应速度是与反应物浓度成正比的。对于反应式aA十bBeE+fF，根据质量作用定律可以得出化学反应速度方程为： (14) 式中，比例常数K称为反应速度常数，其值等于反应物为单位浓度时的反应速率(a +b)称为反应级数。 必须强调指出，质量作用定律只适用于基元反应，因为只有基元反应才能代表反应进行的真实途径。对于非基元反应，只有分解为若干个基元反应时，才能逐个运用质量作用定律。 三、阿累尼乌斯定律 大量的实脸证明：反应温度对化学反应速度的影响很大，同时这种影响也很复杂，但是最常见的情况是反应速度随着温度的升高而加快。范德霍夫近似规则认为：对于一般反应，如果初始浓度相等，温度每升高10，反应速度大约加快24倍。 温度对反应速度的影响，集中反映在反应速度常数K上。阿累尼乌斯提出了反应速度常数K与反应温度T之间有如下关系： (15) 式中，K0称为频率因子,与K单位相同，相对于温度对K0的影响可以忽略不计；E和R分别为活化能和通用气体常数。 式(15)所表达的关系通常称为阿累尼乌斯定律，它不仅适用于基元反应。而且也适用于具有明确反应级数和速度常数的复杂反应。 将式(l5)两边取对数，得 或者 (16) 由上式看出： 或对作图，可得到一条直线，由其斜率可求E，由其截距可求K0。根据质量作用定律和阿累尼乌斯定律，可得出基元反应的速度方程，即 (17) 四、燃烧反应速度方程 假定在燃烧反应中，可燃物的浓度为CF，反应系数为，助燃物(主要指空气)的浓度为，反应系数为；“频率因子”为；“活化能”为ES，反应温度为TS。这样，仿照式(17)可写出燃烧反应速度方程，即 (l8) 在处理某些燃烧问题时，常假定反应物的浓度为常数，因此各种物质的浓度比也为常数，一种物质的浓度可由另一种物质的浓度来表示。例如在方程(l8)中，设，为常数，且反应级数为，这样方程(18)可表示为 (19)式中，。 对于大多数的碳氢化合物的燃烧反应，反应级数都近似等于2，且x=y=1，因此燃烧反应速度方程可写为 (110) 假定反应物的浓度为常数，根据方程(l9)燃烧反应速度方程可写为 (111) 在实际工作中，用质量相对浓度表示物质的浓度时，使用起来比较方便。这样，方程(110)可表示为如下常见形式： (112) 方程(l11)可表示为如下形式： (113)式(112)推导过程为：假定可燃物和助燃物的摩尔质童分别为、，质量浓度分别为、燃烧反应过程的总质量浓度为，可燃物和助燃物的质量相对浓度分别为、。根据质量浓度和摩尔浓度之间的关系，有 ， 而 ， 则 ， 将此两式代入方程(l10)得： 令，上式就变为方程(112)的形式。需要特别指出的是，由于燃烧反应都不是基元反应，而是复杂反应，因而都不严格眼从质量作用定律和阿累尼乌斯定律，所以在上面的公式中，和ES都不再具有直接的物理意义，它们只是由试验得出的表观数据。某些常见可燃烧物质的和ES列于表11中。 上述燃烧反应速度方程式是根据气态物质推导出来的近似公式，从这一公式中可以得出一些有用结论。如在火灾现场。可燃物和氧气的浓度越低，燃烧反应速度越慢，火灾现场温度越低，燃烧反应速度越慢，这是冷却灭火法的依据；可燃物反应时活化能(用来破坏反应物分子内部化学键所需要的能量)越高，燃烧反应速度越慢，等等。相对于气态可燃物而言，液态和固态可然物的燃烧反应过程更加复杂，这是因为其中伴有蒸发、熔融、裂解等现象。因此，质量作用定律和阿累尼乌斯定律用于描述这两类物质的燃烧反应，与实际情况相差就很远了。液态和固态可燃物的燃烧反应速度不能用上述方程来表达，而要采用其它的表达形式。 第三节燃烧时空气需要量计算 空气中含有近21%体积(23.2%重量)的氧气，一般可燃物在其中遇点火源就能燃烧。空气量或其中氧含量不足时，可燃物就不能燃烧或正在进行的燃烧就会逐渐熄灭。空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示了一定量可燃物燃烧所需的空气质最或体积。其计算是在可燃物完全燃烧的条件下进行的。 一、固体和液体可燃物的理论空气需要量 对固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，其成分为： C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100% (114) 式中，C、H、O、N、S、A和w分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分的质量百分数，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。 按照完全燃烧的化学反应式，碳燃烧时的数量关系为： C + O2 = CO2 分子量 12 32 即1kg碳完全燃烧时，需要号8/3kg的氧气。 同理1kg氢完全然烧时需要8kg的氧气；1kg硫完全燃烧时需要1kg的氧气。 因此，每1kg可燃物完全燃烧时需要的氧气量为： (kg/kg) (115) 式中，下标“0”表示理论计算量。假定计算中涉及的气体是理想气体，即1000mol气体在标准状态下(0、0.1013MPa)的体积为22.4m3,这样，所需氧气的体积为： (m3/kg) (116) 每1kg可燃物完全燃烧时所需空气的质量为： 即 (kg/kg) (117) 所需空气量的体积为： 即 (m3/kg) (118) 例 11试求4kg木材然烧所需要的理论空气量。已知木材的组成为；C43%，H7%，O41%，N2%，W6%，A1%(质量百分数)。 解 燃烧4kg这种木材所需理论空气量为质量 体积 二、气体可燃物的理论空气量 对气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为： (119) 式中CO、H2、H2S、CO2、O2、N2、H2O分别表示气态可燃物中各相应成分的体积百分数。表示碳氢化合物的通式，它可能是CH4、C2H2、C2H4、C3H8、等等。 如果可燃物完全燃烧，则有如下反应式 从上式可以看出：燃烧1mol的CO需要0.5mol的O2,根据理想气体状态方程和分体积定律，则然烧lm3的CO需要0.5m3的O2。 同理，燃烧1m3的H2、H2S、分别需要0.5m3、1.5m3、(n+m/4)m3的O2。因此，每1m3可然物完全燃烧时需要的氧气体积为： (m3/m3) (120) 每1m3可燃物完全燃烧的理论空气需要量为 (m3/m3) (121) 例 12 试求5m3焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量。已知焦炉煤气的组成为：CO6.8%，H257%，CH422.5%,C2H43.7%，CO22.3%,N24.7%,H2O3% (均为体积百分数)。解 燃烧5m3这种煤气所需理论空气体积为 (m3) 三、实际空气需要量 上述用完全燃烧反应式计算可燃物燃烧所需要的空气量，是理论空气需要量。然而在实际火灾的燃烧过程中，由于可燃物与空气混合或接触不是非常均匀或充分等原因，保证可燃物完全燃据所需要的空气量要多于理论空气需要量。完全燃烧所耗用的实际空气量与理论空气量之差，称为超量空气。实际空气量与理论空气量之比，称为空气消耗系数，用表示，即 (122)式中，是实际空气需要量。 值一般在12之间，各态物质完全燃烧时的经验值为：气态可燃物；液态可燃物；固态可燃物。常见可燃物燃烧所需空气量列于表12。 第四节 燃烧产物及其计算 生成新物质是燃烧反应的基本特征之一。燃烧产物是燃烧反应的新生成物质，它的危害作用很大。关于燃烧产物的计算，主要包括产物量计算、产物百分组成计算及产物密度计算。 一、燃烧产物的基本概念 由于燃烧而生成的气体、液体和固体物质，叫做燃烧产物，它有完全燃烧产物和不完全燃烧产物之分，所谓完全燃烧是指可燃物中C变成CO2(气)、H变成H2O(液)、S变成SO2(气)、N变成N2(气)；而CO、NH3、醇类、酮类、醛类、醚类等是不完全燃烧产物。 燃烧产物主要以气态形式存在，其成分主要取决于可燃物的组成和燃烧条件。大部分可燃物属于有机化合物，它们主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成。在空气充足的条件下，燃烧产物主要是完全燃烧产物。不完全燃烧产物量很少；如果空气不足或温度较低，不完全燃烧产物量相对增多。 氮在一般条件下不参加燃烧反应，而呈游离状态(N2)析出。但在特定条件下，氮也能被氧化生成NO或与一些中间产物结合生成和月HCN等。表13列出了建筑火灾中常见的可燃物及其燃烧产物。 在燃烧产物中，有一类特殊的物质，这就是烟。它是由燃烧或热解作用所产生的悬浮于大气中能被人们看到的产物，烟的主要成分是一些极小的炭黑粒子，其直径一般在cm之间，大直径的粒子容易由烟中落下来成为烟尘或炭黑。 碳粒子的形成过程十分复杂。例如碳氢可燃物在燃烧过程中，会因受热裂解产生一系列中间产物，中间产物还会进一步裂解成更小的“碎片”这些小“碎片”会发生脱氢、聚合、环化等反应，最后形成石墨化碳粒子，构成了烟。 碳粒子的形成受氧气供给情况、可燃物分子结构及其分子中碳氢比值等因素的影响。氧气供给充分，可燃物中的碳主要与氧反应生成CO2或CO，碳粒子生成少，甚至不生成碳粒子，芳香族有机物属于环状结构，它们的生碳能力比直链的脂肪族有机物要高，可燃物分子中碳氢比值大的生碳能力强。 二、燃烧产物的毒害作用 在火场上，燃烧产物的存在具有极大的毒害作用，主要体现在如下几个方面： (一)缺氧、室息作用在火灾现场，由于可燃物燃烧消耗空气中的氧气。使空气中氧含量大大低于人们生理正常所需要的数值，从而给人体造成危害表14列出了氧浓度下降对人体的危害。 二氧化碳是许多可燃物燃烧的主要产物。在空气中CO2含量过高会刺激呼吸系统，引起呼吸加快，从而产生窒息作用。表15列出了不同浓度的CO2对人体的影响。 (二)毒性、刺激性及腐蚀性作用 燃烧产物中含有多种毒性和刺激性气体，在着火的房间等场所。这些气体的含量极易超过人们生理正常所允许的最低浓度，造成中毒或刺激性危害。另外，有的产物本身或其水溶液具有较强的腐蚀性作用，会造成人体组织坏死或化学灼伤等危害。下面介绍几种典型产物的毒害作用。 1.一氧化碳(CO)这是一种毒性很大的气体，火灾中CO引起的中毒死亡占很大比例。这是由子它能从血液的氧血红素里取代氧而与血红素结合生成羰基化合物，使血液失去输氧功能。表16列出了不同浓度的CO对人体的影响。 2. 二氧化硫(SO2)这是一种含硫可燃物(如橡胶)然烧时释放出的产物，SO2有毒，它是大气污染中危害较大的一种气体，它能刺激人的眼睛和呼吸道，引起咳嗽，甚至导致死亡。同时SO2极易形成一种酸性的腐蚀性溶液。表17列出了不同浓度的SO2对人体的影响。 3.氯化氢(HCl) HCl是一种具有较强毒性和刺激性的气体，由于它能吸收空气中的水份成为酸雾，具有较强的腐蚀性。在浓度较高场合会强烈刺激人的眼睛，引起呼吸道发炎和肺水肿。表l8列出了不同浓度的HCl对人体的影响。 4.氰化氢(HCN)这是一种剧毒气体，主要是聚丙烯腈、尼龙、丝、毛发等蛋白质物质的燃烧产物。HCN可以任何比例与水混合形成剧毒的氢氰酸。表19列出了不同浓度的HCN对人体的影响。 5.氮的氧化物氮的氧化物主要有NO和NO2，是硝化纤维等含氮有机化合物的燃烧产物，硝酸和含硝酸盐类物质的爆炸产物中也含有NO、NO2等。它们都是毒性和刺激性气体，能刺激呼吸系统，引起肺水肿，甚至死亡，表110列出了含氮化合物对人体的影响。 此外，H2S、P2O5、PH3、Cl2、HF、NH3等气体产物和苯、羧酸、醛类、酮类等液体产物以及烟尘粒子也都有一定的毒性、刺激性、腐蚀性。 (三)高温气体的热损伤作用 人们对高温环境的忍耐性是有限的，有关资料表明在65时。可短时忍受；在120时，短时间内将产生不可恢复的损伤；温度进一步提高，损伤时间更短。在着火房间内，高温气体可达数百度，在地下建筑物中，温度高达1 000以上。 三、燃烧产物计算 下面在完全燃烧的条件下进行此类计算。 计算中涉及的产物主要有CO2、H2O、SO2和N2，如果空气消耗系数1，产物中还有部分。 (一)完全燃烧产物量计算 1.固体和液体可燃物的燃烧产物量 已知可燃物的成分为式(114)所列。按照完全燃烧的化学反应式，碳燃烧时的数量关系为： C + O2 = CO2 分子量 12 44 即1kg碳完全燃烧时能生成kg的CO2，表示为标准状况下的体积就是 。所以1kg可燃物完全燃烧时生成的CO2的体积就是 (m3/kg) 同理，1kg可燃物完全燃烧时生成SO2 、H2O和N2的体积分别 (m3/kg) (m3/kg) (m3/kg) 因此，燃烧产物的总体积为： (m3/kg) (123) 将(118)式代入上式，得 (m3/kg) (124) 2.气体可燃物的燃烧产物量 已知可燃物的成分为式( 119 )所列。根据完全燃烧的化学反应式，每m3，可燃物燃烧生成的CO2、SO2、H2O和N2的体积分别为： (m3/m3) (m3/m3) (m3/m3) (m3/m3)因此，燃烧产物的总体积为： (m3/m3) (125) 将(121)式代入上式，得 (m3/m3) (126) 上面的计算是空气消耗系数=1时的情况，因此是理论燃烧产物量。如果1，则实际燃烧产物中，CO2、SO2和H2O的体积不变，N2的体积会增加，同时还有一定体积的O2，产物的总体积相应增加。有关计算公式如下： (气体可燃物) (m3/m3) (127) (固、液体可燃物) (m3/m3) (128) (m3/m3或m3/kg) (129) (m3/m3或m3/kg) (130) (二)燃烧产物的百分组成计算 如果用、分别表示燃烧产物中CO2、SO2、H2O、N2和O2的体积百分含量，则有 (131) (三)燃烧产物的密度计算 1.固体、液体可燃物燃烧产物密度 计算固体、液体可燃物燃烧产物的密度时，可采用以下两种方法： (1)通过燃烧产物中各组分百分组成计算 因为1m3燃烧产物中各组分的质量在标准状态下分别为：；所以燃烧产物的密度(即1m3燃烧产物质量)为： (131) (2)通过反应物的质量计算 根据质量守恒原理，反应前的总质量应等于反应后的总质量。因此，可以用反应物的总质量除以燃烧产物的总体积而得到燃烧产物的密度： (133)式中，A为可燃物中灰分的百分含量。因为灰分不进入气体燃烧产物，所1kg可燃物总质量要减去灰分的质量； 1.293为空气密度，kg/m3。 2. 气体可燃物燃烧产物密度 计算气体可燃物燃烧产物的密度，也可以采用上述两种方法，采用第一种方法的计算公式同式(132)；采用第二种方法的计算公式由1 m3可燃气的总质量加上空气需要量除以l m3可燃气燃烧时燃烧产物的总体积得到，即 (kg/m3) (133) 例 13 试求4kg木材燃烧的产物量、产物的百分组成及产物的密度。已知空气消耗系数为1.5，木材的组成见例11。 解 由公式(124)得理论燃烧产物量为： 据例题11的计算结果()，由公式(130)得=1.5时的实际燃烧产物量为： CO2、H2O、N2和O2的体积分别为： 因此燃烧产物的百分组成分别为： 由公式(132)得燃烧产物的密度为： 由公式(130)计算的产物密度为： 例 14试求5 m3焦炉煤气燃烧产物量、产物的百分组成及产物的密度。已知空气消耗系数为1.2，煤气的组成见例题12。 解 根据例题12的计算结果()，由公式(125)得理论燃烧产物量为： 由公式(l30)得时的实际燃烧产物量为： 其中CO2、H2O、N2和O2的体积分别为： 因此燃烧产物的百分组成分别为： 由公式(129)得燃烧产物的密度为： 由公式(134)计算的产物密度为： 四、燃烧产物(烟气)的危害性 有关统计资料表明火灾燃烧的产物(火灾烟气)是火灾致死人命的主要原因。这是因为烟气具有如下几方面的危害性。 (一)烟气的毒害性除了CO2和H2O外，烟气中的其他成分都有一定的毒性、刺激性或腐蚀性。火场上的人员如不及时采取防护措施，就会有中毒、窒息或灼伤的危险。表111列出了几种毒害性烟气的人们生理正常所允许的浓度和火灾琉散条件浓度。 （二）烟气的减光性可见光波长入为m，一般火灾烟气中的烟粒子粒径d为几m到几十m，由于，烟粒子对可见光是不透明的。烟气在火场上弥漫，会严重影响人们的视线，使人们难以寻找起火地点、辩别火势发展方向和寻找安全疏散路线。同时，烟气中有些气体对人的肉眼有极大的刺激性，使人睁不开眼而降低能见度。试验证明，室内火灾在着火后大约15min左右，烟气的浓度最大，此时人们的能见距离一般只有数10cm。 (三)烟气的爆炸性烟气中的不完全燃烧产物，如CO、H2S、HCN、NH3、苯、烃类等，一般都是易燃物质，而且这些物质的爆炸下限都不高，极易与空气形成爆炸性的混合气体。使火场有发生爆炸的危险。室内火灾中的轰燃现象就是这一危险性的体现。 此外，烟气的恐怖性的危害也是很大的。火灾发生后，人们要注意利用烟气的某些性质，提高灭火效率，做好安全疏散，表112列出了一些常见可燃物燃烧时烟的特征。在火场上，根据烟的特征可以判别燃烧的物质。此外，根据烟的浓度、温度和流动方向，可以查找火源，并大体上判断物质的燃烧速度和火势的发展方向。 最后值得指出的是，由于空气供给不足、空气与可燃物接触或混合不均匀等诸多方面的原因，实际火灾的燃烧一般都是不完全；由于燃烧温度一般都较高，所以燃烧产物都会不同程度地发生离解。因此，实际燃烧产物的成分十分复杂。有些产物的量虽然不大，但对燃烧的影啊很大，如碳氢化合物的燃烧产物在火灾中离解出的H和OH，在燃烧反应中起传递作用，促使燃烧不断发展。不完全燃烧产物和离解产物的计算非常复杂，许多数据要通过实验测定，计算的主要依据仍然是物质平衡原理，还涉及到压力平衡常数的间题。 第五节燃烧热及燃烧温度计算 放热是燃烧反应的重要特征。放出的热量是由可燃物中的化学能经燃烧反应转换而来的，它使燃烧产物的温度得以升高。 一、热容 热容是指在没有相变化和化学变化的条件下，一定量物质温度每升高一度所需要的热量。热容有恒压热容和恒容热容之分。这里只介绍恒压热容，它是在物质压力不变条件下的热容，用CP表示，常用单位是kJ/(kmolK)或kJ/(m3K) 。 假定nkmol物质在恒压下由T1绝对温度升高到T2绝对温度所需要的热量为QP(kJ)，则 (135) 物质在不同温度下每升高一度所需要的热量是不同的。因此，热容是温度的函数。具体函数式有多种，用得较为普遍的形式是 (136) 式中，a,b和c都是由实验测定的特性常数，表113列出了某些气体的a,b和c值 用热容与温度间的具体函数关系计算恒压热虽然比较准确，但是计算过程比较复杂。工程计算中常采用平均热容的概念。平均恒压热容就是在恒压条件下，一定量的物质从温度升高到时平均每升高一度所需要的热量，用表示，平均热容与恒压热容关系为 (l37) 有了平均热容，的计算可不用积分，即 或 (1一38 式中，V是物质的体积，m3。由于物质的热容与温度有关，所以从式(137)可知平均热容的数值与温度范围有关。表114列出了某些气体的值。 二、燃烧热和热值计算 (一)基本概念 在化学反应过程中，系统在反应前后的化学组成发生变化，同时伴随着系统内能量分配的变化。后者表现反应后生成物所含能量总和与反应物所含能量总和间的差异。此能量差值以热的形式向环境散发或从环境吸收，这就是反应热，它与反应时的条件有关，在定温定压过程中，反应热等于系统焓的变化。 化学反应中由稳定单质反应生成某化合物时的反应热，称为该化合物的生成热。在0.1013MPa和指定温度下，由稳定单质生成1mol某物质的恒压反应热，称为该物质的标准生成热，用表示。燃烧反应是可燃物和助燃物作用生成稳定产物的一种化学反应，此反应的反应热称为燃烧热，最常见的助燃物是氧气，在0.1013MPa和指定温度下，l mol某物质完全燃烧时的恒压反应热。称为该物质的标准燃烧热，用表示。表115和表116分别列出了某些物质的标准生成热和标准燃烧热。 (二)燃烧热的计算 在整个化学反应过程中保持恒压或恒容，且系统没有做任何非体积功时，化学反应热只取决于反应的开始和最终状态，与过程的具体途径无关的这一规律称作盖斯定律，它是热化学中的一个很重要的定律，根据盖斯定律，任一反应的恒压反应热等于产物生成热之和减去反应物生成热之和，即 (l39) 据(l39)式可求物质的标准燃烧热，该式中Vi是i组分在反应式中的系数。 例 l5求乙醉在25下的标准燃烧热。解 乙醇燃烧反应式为 查表l15得： ， 利用公式(139)得 根据标准燃烧热的定义，乙醇的标准燃烧热为1366.8KJ/mol。 有的燃烧过程的反应热，利用盖斯定律计算起来十分方便。 例16在latm下，有燃烧反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),始态反应物为150,末态产物控制在450，求这一燃烧过程的反应热。 解 设所要求的反应热为H，各物质为理想气体，故不考虑混合热及压力对焓差的影响。 又设在上述始、末 状态经历如下虚线所示的途径： 利用盖斯定律，其中，查表115得 ， ，。所以 由于始、末态温差不太大，所以有 而 查表113得 同理， 由此 则 即该燃烧过程的反应热为18.09kJ,也即放热18.09kJ。 气态混合物的燃烧热，可用下式粗略计算，即 (140)式中，是混合物中i组分的体积百分比； 是i组分的燃烧热。 例17求焦炉煤气的标准燃烧热。焦炉煤气的组成见例12。解 查表115得该煤气中各可燃组分的标准燃烧热分别为：， 由式(140)得该种煤气的标准燃烧热为： (三)热值的计算 热值是燃烧热的另一种表示形式，在工程上常用。所谓热值是指单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧所发出的热量，通常用Q表示。对于液态和固态可燃物，表示为质量热值Qm(kJ/kg。对于气态可燃物，表示为体积热值(kJ/m3)。 某些物质燃烧放出的热量，既可用燃烧热表示，也可用热值表示，两者之间的换算关系，对于液态和固态可燃物是 (141)(式中M为液态或固态可燃物的摩尔质量。) 对于气态可燃物是 (142) 如果可燃物中含有水分和氢元素，热值有高、低热值之分。高热值（)就是可燃物中的水和氢燃烧生成的水以液态存在时的热值；而低热值()就是可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值。在研究火灾的燃烧中，常用低热值。 有很多可燃物，如石油、煤炭、木材等，分子结构很复杂，摩尔质量很难确定。因此，它们燃烧放出的热量一般只用热值表示，且通常用经验公式计算。最常用的有门捷列夫公式： (143) (144) 上两式中，C，H，S和W分别为可燃物中碳、氢、硫和水的重量百分含量；O是可燃物中氧和氮的总重最百分含量。 例 l8求4 kg木材燃烧的高、低热值。木材的组成见例题12。解 由公式(l