1.8 第八节轰燃和回燃

《消防燃烧学》教案序号1.8课题第二章第八节轰燃和回燃课时课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.理解室内火灾概述，掌握室内火灾温度-时间曲线（图1-12）及曲线a、b、c、d四种火灾发展过程，掌握火灾的初期增长阶段、充分发展阶段、衰减阶段的特点，理解轰燃是火灾进入充分发展阶段的标志；2.掌握轰燃的定义、形成原因（热辐射的三个热源：热烟气层、扩展顶棚、火焰），掌握轰燃的临界条件（沃特曼实验、休格拉德判据），掌握轰燃的征兆、影响因素（可燃物性质、房屋条件）和危害，掌握轰燃的安全防范措施；3.掌握回燃的定义及产生机理（封闭空间通风突然改变，非均匀预混气体燃烧，火焰烧回室内），理解帕格内模型实验，掌握回燃的征兆和安全防范措施；4.理解轰燃与回燃的异同，掌握坚持"安全第一、预防为主"，消防救援人员预防轰燃和回燃对自身伤害的方法。本节是《消防燃烧学》第二章"燃烧基础"中的重要内容，也是与消防救援实战联系最为紧密的内容之一。轰燃和回燃是室内火灾中最危险、最突然的两种火灾现象，掌握其产生机理、征兆和防范措施，对于消防救援人员保护自身安全、科学组织灭火救援具有重要意义。特别是近年来轰燃、回燃造成的消防救援人员伤亡事故多发，掌握本节知识是确保战斗安全的重要基础。【过程与方法】1.通过室内火灾温度-时间曲线（图1-12）和四曲线（a、b、c、d）的分析，理解室内火灾的发展阶段及轰燃、回燃在曲线中的位置；2.通过轰燃形成原因（热辐射三热源）、临界条件（沃特曼20kW/m2、40g/s，休格拉德600℃）、征兆、影响因素、危害的条理化讲解，系统掌握轰燃知识；3.通过回燃的产生机理、帕格内模型实验、征兆、防范的讲解，系统掌握回燃知识；4.结合新疆五家渠保鲜库轰燃案例、上海龙吴路盛华景苑回燃案例，培养运用轰燃、回燃知识分析实战事故、制定防范措施的能力；5.通过轰燃与回燃的对比分析（定义、产生机理、条件、征兆、防范），培养归纳比较的思维能力。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员深刻认识到轰燃和回燃是室内火灾中极具突然性和破坏性的危险现象，牢固树立"安全第一、预防为主"的理念，强化个人防护和风险评估意识。结合案例深刻认识到盲目内攻、贸然开门破拆的危害，培养科学、严谨、规范的灭火救援职业素养，增强保护自身安全、科学组织救援的责任感和使命感。（二）教学要求1.识记轰燃、回燃、初期增长阶段、充分发展阶段、衰减阶段、物料控制型燃烧、通风控制型燃烧等概念；2.掌握室内火灾温度-时间曲线及四种发展过程（曲线a、b、c、d）；3.掌握轰燃的定义、形成原因、临界条件、征兆、影响因素、危害及安全防范措施；4.掌握回燃的定义、产生机理、征兆及安全防范措施；5.掌握轰燃与回燃的异同，掌握预防轰燃、回燃伤害的方法。二、教学重点1.室内火灾温度-时间曲线（图1-12）及火灾的三个发展阶段（初期增长、充分发展、衰减）；2.轰燃的定义、形成原因、临界条件、征兆、影响因素、危害；3.回燃的定义、产生机理、征兆；4.轰燃与回燃的安全防范措施及消防救援人员的自我保护。三、教学难点1.室内火灾温度-时间曲线中曲线a、b、c、d四种发展过程的成因分析；2.轰燃形成的机理（热辐射三热源：热烟气层、扩展顶棚、火焰）及临界条件的定量理解；3.回燃的产生机理（封闭空间通风突然改变，非均匀预混燃烧）及与轰燃的区别；4.将轰燃、回燃知识应用于实战（判断征兆、防范伤害、科学内攻）。四、教学方法与手段本节教学内容以概念、原理和规律为主，插图1个（图1-12室内火灾温度-时间曲线），案例2个（新疆五家渠保鲜库轰燃案例、上海龙吴路盛华景苑回燃案例）。教学应注重概念的条理化讲解、机理的深入剖析以及理论联系实际的案例分析。授课全过程使用PPT课件，将室内火灾温度-时间曲线、轰燃与回燃的产生机理、征兆、防范措施等以结构图、示意图清晰展示；采用讲授法与案例法相结合，插入新疆五家渠保鲜库轰燃案例、上海龙吴路盛华景苑回燃案例，通过贴近实战的实例帮助学员理解抽象概念，强化安全防范意识。教学中注重系统观念的培养：轰燃和回燃都是室内火灾发展过程中的特殊火灾现象，应从产生条件、发生机理、征兆判断、防范措施全链条理解。同时强调"安全第一、预防为主"的理念，强化个人防护和风险评估意识。教学中设置提问、讨论环节（如"为什么小房间更易发生轰燃""为什么破拆入户门要采取限位措施""轰燃与回燃有何异同"），启发学员思考，将理论与火场实际相结合。五、教学过程设计首先，从室内火灾概述出发，讲解室内火灾温度-时间曲线（图1-12）及曲线a、b、c、d四种火灾发展过程，使学员建立室内火灾发展阶段的整体认识；其次，系统讲解轰燃（定义、形成原因、临界条件、征兆、影响因素、危害、安全防范），插入新疆五家渠保鲜库轰燃案例；再次，系统讲解回燃（定义、产生机理、征兆、安全防范），插入上海龙吴路盛华景苑回燃案例；最后，对比轰燃与回燃的异同，进行课堂小结、布置思考题。（一）引言同学们，在前面几节我们学习了燃烧的本质、条件、火焰、燃烧热、热量传递和火灾烟气。本节课学习室内火灾中最危险、最突然的两种火灾现象——轰燃和回燃。请大家思考：为什么有的火灾会突然整个房间瞬间燃起？为什么打开一间久燃的密闭房门时，火焰会突然喷出？轰燃和回燃对消防救援人员有什么威胁？我们又该如何防范？这就是本节课要学习的内容。引导学员回顾前节所学：火灾烟气、通风条件、燃烧产物。轰燃和回燃都与室内可燃物、通风条件、热辐射、烟气积累密切相关。带着"什么是轰燃、什么是回燃、有何危害、如何防范"这四个问题进入本节学习。（二）阐述、分析、推导【板书】第二章燃烧基础【板书】第八节轰燃和回燃【板书】一、室内火灾概述【讲解】室内火灾通常是从某种可燃物着火开始的，最初发生在室内的某个房间或室内某个部位，然后蔓延到相邻的房间或区域，以及整个楼层，最后蔓延到整个建筑物。室内火灾受可燃物、火焰、烟气羽流、烟气层、壁面和通风口等多因素的影响。【讲解】室内平均温度是表征火灾燃烧强度的重要参数，常用这一温度随时间变化的情况描述室内火灾的发展过程，室内火灾温度-时间曲线见图1-12所示。【讲解】从图1-12可以看出，室内火灾的发展过程主要有4种情况，分别对应图中的4条曲线。下面分别对4条曲线代表的火灾发展过程进行分析。【板书】曲线a：火灾自由发展的三阶段【讲解】曲线a：室内有足够的可燃物，有足够的助燃物即良好的通风条件，火灾发生后没有任何的人为干预，火灾自由的发展，直至可燃物全部烧完。该情况下的火灾可分成三个阶段，即火灾的初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。在火灾的初期增长阶段和充分发展阶段之间，有一个温度急剧上升的瞬变状态，即轰燃，它是火灾进入充分发展阶段的标志。【板书】1．初期增长阶段【讲解】初期增长阶段从出现明火算起。此阶段主要为物料控制型燃烧，燃烧面积较小，只局限于着火点处的可燃物燃烧，局部温度较高，室内平均温度不高，各点的温度分布不平衡，其燃烧状况与敞开环境中的燃烧状况差不多。此阶段火势较小，是灭火的有利时机。【板书】2．充分发展阶段【讲解】充分发展阶段从轰燃开始算起。此阶段既有物料控制型燃烧又有通风控制型燃烧，以通风控制型燃烧为主。轰燃发生后，室内可燃物出现全面燃烧，可燃物热释放速率很大，室温急剧上升，并出现持续高温，室内温度可超过1000℃。火焰和高温烟气在火风压的作用下，会从房间的门窗、孔洞等处大量涌出，沿走廊、吊顶迅速向水平方向蔓延扩散。同时，由于烟囱效应的作用，火势会通过竖向的管井、共享空间等向上蔓延。轰燃的发生标志着火势的失控，产生的高温会对建筑物的衬里材料及结构造成严重影响。这是火灾中最危险的阶段。【板书】3．衰减阶段【讲解】衰减阶段是火灾逐渐熄灭的阶段，一般认为，火灾衰减阶段是从室内平均温度降到其峰值的80%时算起。此阶段随着室内可燃物数量的减少，火灾燃烧速度减慢，室内温度逐渐下降，直至火灾完全熄灭。【板书】曲线b：火灾未发展到充分发展阶段即熄灭或被扑灭【讲解】曲线b：火灾已经发生，但未发展到充分发展阶段就自动熄灭或被扑灭。室内火灾，如果起火点周边没有可燃物，为孤立火源，着火物质烧完火灾自行熄灭。室内火灾，即便不是孤立火源，但火灾被及时发现，及时干预，且灭火行动高效，火灾还未发展到充分发展阶段就被扑灭。【板书】曲线c：火灾有焰燃烧转为阴燃后慢慢熄灭【讲解】曲线c：室内火灾发生，有足够的可燃物，但燃烧空间相对密闭，燃烧一段时间后，室内氧含量逐渐降低，火灾由有焰燃烧转为阴燃，燃烧速度下降，火灾慢慢熄灭。【板书】曲线d：通风条件突然改变发生回燃【讲解】曲线d：室内火灾发生，有足够的可燃物，但燃烧空间相对密闭，燃烧一段时间后，室内氧含量逐渐降低，火灾由有焰燃烧转为阴燃，但是，此时通风条件突然改变，热烟气流出，新鲜空气流入，发生回燃，室内再次发生有焰燃烧，火灾进入充分发展阶段。【提问】请同学们思考：从图1-12可以看出，轰燃和回燃在温度-时间曲线中分别对应什么位置？曲线c和曲线d的区别是什么？【讲解】轰燃对应曲线a中初期增长阶段与充分发展阶段之间的温度急剧上升的瞬变状态；回燃对应曲线d中阴燃后通风条件突然改变引起的温度再次上升。曲线c中火灾由有焰燃烧转为阴燃后慢慢熄灭，未发生回燃；曲线d中通风条件突然改变，发生回燃，火灾再次进入充分发展阶段。【板书】二、轰燃【讲解】某一空间内，所有可燃物的表面全部卷入燃烧的瞬变过程称为轰燃。建筑物室内火灾轰燃即为初期增长阶段发展为充分发展阶段的瞬变过程。轰燃的发生标志着室内火灾进入全面（充分）发展阶段。【板书】（一）轰燃形成的原因【讲解】建筑物内某个局部起火之后，可能出现以下三种情形：（1）明火只在起火点附近存在，室内的其它可燃物没有受到影响。孤立位置起火时，多数是这种情形；（2）如果通风条件不太好，明火可能自动熄灭，也可能在氧气浓度较低的情况下以很慢的速率维持燃烧；（3）如果可燃物较多且通风条件足够好，则明火可以逐渐扩展，乃至蔓延到整个房间。【讲解】轰燃是在第三种情形下出现的，是室内火灾由局部燃烧瞬间向全面燃烧的转变，转变完成后，室内所有可燃物表面几乎都开始燃烧，是火灾由初期增长阶段向充分发展阶段转变的最显著特征之一。在火灾初起阶段后期，当通风条件良好，可燃物数量适当，火灾范围会迅速扩大，并引起室内相当数量的可燃物的热解和汽化，一旦可燃气体达到一定浓度且室内温度达到可燃气体燃点时，经过较短时间就会出现一种全室性气相火焰现象，并迅速点燃室内绝大多数可燃物表面，燃烧十分猛烈，温度升高很快，它标志着火灾由初起阶段后期进入全盛阶段。【讲解】轰燃的出现是火灾燃烧释放出大量热量积累的结果，引起室内轰燃的热源主要是热辐射。建筑物室内地板接收到的热通量的辐射热源主要有以下三个方面：【板书】（1）顶棚下方的热烟气层【讲解】当烟气较浓且较多时，烟气层对房间下方的热辐射很强。【板书】（2）顶棚与侧壁所有热表面的辐射【讲解】燃烧生成的热烟气在顶棚下积累，将使顶棚和墙壁上部（两部分合称扩展顶棚）受到加热，扩展顶棚温度的升高，增大辐射，加速可燃物的分解。【板书】（3）火焰【讲解】包括火羽流与顶棚射流。如果火焰区的体积较大，火焰还可直接撞击到顶棚，甚至随烟气顶棚射流扩散开来，这样向扩展顶棚传送的热量就更多，辐射到可燃物的热量也更多。【讲解】在顶棚和墙壁的限制下，这些热量不会很快从可燃物周围散失。热量的累积将加速可燃物的热解，产生更多的可燃气体，具备了轰燃的条件。【板书】（二）轰燃的临界条件【讲解】为了从定量的角度说明出现轰燃的临界条件，沃特曼（Waterman）在一长宽高为3.64m×3.64m×2.43m的房间内进行了实验，并测试出要使室内发生轰燃的基本定量条件是：地板平面处至少要接收到20kW/m2以上的热通量，可燃物燃烧速率必须大于40g/s，并维持一段时间。【讲解】休格拉德（Hugglund）在高2.7m的室内实验基础上提出顶棚温度达到600℃才能出现轰燃，并以此作为基本判据。【板书】（三）轰燃的征兆【讲解】轰燃的发生很难预测，有时室内发生火灾后不久，轰燃就发生了。有时会经过很长时间，轰燃也发生。尽管目前尚无准确预测轰燃产生的时间，按照通常的经验，发生轰燃有如下征兆：【板书】（1）产生灼热皮肤的辐射热，几秒钟后辐射热强度可达到10kW/m2；【板书】（2）室内的热气流使人无法坚持，室内温度接近450℃；【板书】（3）门热得烫手，木质部分温度平均超过320℃；【板书】（4）室内顶棚及门窗充满高热浓烟，或烟从窗口上部喷出，并呈翻滚现象；【板书】（5）烟气层降至离地面1m左右，并出现滚动现象。【板书】（四）影响轰燃的因素【板书】1．室内可燃烧物的性质【讲解】合成纤维及其制品起火后比天然纤维及其制品更容易发生轰燃。由于合成纤维的燃烧能很快产生大量烟气并产生高热，短时间内就有发展成轰燃危险。轰燃时间的提前到来，将为灭火及救助被困人员带来不利因素。【板书】2．房屋的条件【讲解】（1）房间大小，决定轰燃发生的先后。两个大小不同，但燃烧强度一致的房间，当发生火灾后，小房间先发生轰燃。【讲解】（2）与房间内保温有关。在房间顶棚、壁体的空间充填了保温材料的，燃烧时产生的热量难以传导消散，使更多的热产生辐射作用，所以要比不保温房间发生得更快。【讲解】（3）用塑料纸和可燃性粘结剂装饰顶棚和墙壁，在火灾中先开始燃烧，这就更增加了室内的热量，轰燃将更快到来。【板书】（五）轰燃的危害【讲解】轰燃发生后，可燃物全都进入燃烧状态，火焰充满整个空间。燃烧破坏力极强，危害较大。其危害主要体现在以下几方面：【板书】1．轰燃对人员逃生危害大【讲解】轰燃发生后，氧气浓度急剧下降，在轰燃的鼎盛期，氧气的浓度只有3%左右。对处在着火房间的人员来说，氧气浓度下降到6%，5min就会死亡。在缺氧的条件下人员会失去活动能力，从而不能逃离火场。其次，轰燃温度可达1100℃，极易造成人员灼烧。【板书】2．轰燃加速火势蔓延【讲解】轰燃发生后，火焰面上的热辐射不仅直接危害着火房间，而且严重威胁毗邻的建筑物。喷出的火焰是造成建筑物层间及建筑物与建筑之间火势蔓延的主要驱动力。【板书】3．轰燃会破坏建筑物结构【讲解】轰燃发生后，不仅仅是装饰物等在燃烧，建筑物的支撑结构也会受到破坏。如承重墙受到火势侵袭而承重能力降低，导致建筑物坍塌。【板书】（六）轰燃的安全防范【讲解】轰燃是热量累积的结果，热量主要来自火灾烟气、扩展顶棚、火焰的热辐射，火灾救援中既要防范轰燃的发生更要防范轰燃发生时对消防救援人员的危害。【讲解】预防轰燃的发生，一是加强火场的排烟散热；二是强制冷却，开花水对火灾烟气、扩展顶棚、可燃物进行强制冷却。减小轰燃对消防救援人员的危害，一是设立安全员、观察哨，不间断对火场进行侦查，发现轰燃征兆，及时撤离；二是强化安全意识，加强安全防护。【板书】【案例】【讲解】2018年9月19日16时15分，新疆维吾尔自治区五家渠市枣园西街园艺场保鲜库发生火灾。指挥中心接警后，先后调派3个消防救援站和1个专职队共11辆消防车、48名指战员到场处置。16时32分，首批救援力量3辆消防车、13名指战员到场，铺设2条干线出2支水枪实施搜救灭火，辅助组架设排烟机对火场进行排烟。16时38分，搜救发现被困工人陈某某在保鲜库内距入口约4米处，随即将其救出。16时42分，保鲜库内突然发生轰燃，造成聚氨酯泡沫材料猛烈燃烧，内部货架倒塌，竹竿、木质模具散落，进攻通道被堵塞。【讲解】保鲜库具有通风差、出口少、较密闭、排烟难、散热难、泄压面少等特点。保温材料多为聚氨酯泡沫材料，这类材料燃烧速度快、热值高、火势蔓延快，易产生大量易燃易爆有毒有害气体。由于空间密闭、燃烧热值高、火灾烟气多、散热难，故易发生轰燃。【讲解】扑救保鲜库火灾，内攻人员必须严格落实个人防护安全措施，并做好出入登记、安全提示等。组织内攻时，应充分利用热成像仪、可燃气体探测仪进行侦察检测，并进行风险评估。内攻作业时，水枪阵地应尽量设置在建筑物承重墙、承重柱或门梁处，紧急撤离时可沿水带撤离。【提问】请同学们思考：保鲜库火灾为什么容易发生轰燃？内攻人员应如何防范轰燃危害？【讲解】因为保鲜库空间密闭、通风差、出口少、排烟散热难，保温材料聚氨酯泡沫燃烧速度快、热值高、产烟多，热量累积快，极易发生轰燃。内攻人员应落实个人防护、做好出入登记和安全提示，利用热成像仪、可燃气体探测仪侦察检测和风险评估，水枪阵地设置在承重墙、承重柱或门梁处，紧急撤离时沿水带撤离。【板书】三、回燃【板书】（一）回燃的产生【讲解】封闭空间火灾发生一段时间后，由于新鲜空气补充不足，不能满足加速燃烧的要求，火灾逐步进入缺氧性燃烧状态，但室内温度较高，可燃物继续分解，烟气中逐渐积累大量可燃气体，如果通风条件突然改变，在火风压的作用下，热烟气从通风口涌出，在通风口处与新鲜空气形成非均匀预混气体，非均匀预混气体发生燃烧，火焰由室外烧回室内，室内再次发生有焰燃烧，这种燃烧现象称为回燃。【讲解】帕格内（Pagni）等人使用一个长宽高为2.4m×1.2m×1.2m的模型进行回燃传播实验，该实验以甲烷燃烧器为火源，先将模型开口全部关闭，使燃烧器的火焰逐渐缩小，最终缺氧而窒息，然后打开模型一端的开口，经过一段时间的延时，启动电火花点火器，形成的火焰由点火源开始，大体沿室内上半部的热烟气和冷空气交界区所形成的非均匀可燃混合气体处迅速蔓延开来，甚至从开口窜出。【讲解】根据以上现象可以看出，烟气回燃是一种发生在烟气层下表面附近的非均匀预混燃烧。可燃烟气层处于室内上半部，如无强烈扰动，后期进入的新鲜冷空气一般会沉在下面。两者在交界面处扩散掺混，生成可燃混合气体。若气体扰动较大，混合区将会加厚，但这种可燃混合气体通常不均匀。一旦遇到点火源，可燃混合气体就可燃烧，并以火焰传播的形式向外扩展。【板书】（二）回燃的征兆【讲解】回燃的发生是很难精准预判，按照通常的经验，可以通过以下几点来预判：【板书】（1）相对封闭的空间进行了较长时间的燃烧，燃烧状态由有焰燃烧转为阴燃；【板书】（2）室内温度很高，超过可燃物的热分解温度；【板书】（3）热烟气接近对面，门窗被熏黑；【板书】（4）通风条件突然改善。【板书】（三）回燃的安全防范【讲解】回燃是通风条件改变的结果，主要为通风控制型燃烧。在相对密闭的空间，通风条件改变和室内的高温是发生回燃的基本条件。消防救援人员在进入密闭的室内进行人员搜救及火灾扑救时必须防范回燃的发生及回燃发生时对自身的危害。【讲解】预防回燃的发生，一是坚持非必要不破拆密闭着火空间的门窗，如果救人、内攻等需要开启门窗，人员应采取限位措施，按照门控技术实施，及时出水冷却热烟气；二是火场散热排烟应在房间顶棚或墙壁上部开口，可燃烟气应直接排到室外；三是打开通风口时，应沿开口向房间内喷射开花水，人员应避开泄压面。【讲解】预防回燃对消防救援人员的危害，一是设立安全员、观察哨，不间断对火场进行侦查，发现回燃征兆，及时撤离；二是强化安全意识，加强安全防护；三是消防救援人员进入密闭着火房间前，应使用热成像仪等器材测试房间温度，严格按照门控技术开展作业。【板书】【案例】【讲解】2014年5月1日14时01分，上海市徐汇区龙吴路盛华景苑1301室居民住宅发生火灾。接警后，调派5个消防中队、13辆消防车、100余名指战员赶赴现场扑救。14时07分，辖区中队到达现场，经侦察，发现小区24号楼十三层南侧阳台有烟雾冒出，有群众从楼内自行疏散，具体人员被困情况不明。到场指战员即刻展开战斗，在破拆着火进户室防盗门过程中，由于锁牙被切割破坏，在外部风力作用下突然开启，大量高温浓烟瞬间涌出，充满楼道和电梯前室，随即发生回燃。【讲解】扑救高层建筑火灾，应充分考虑高空风力强、住宅房间密闭、火灾荷载大、蔓延途径多等不利因素，预判烟热流动方向及对内攻人员可能造成的威胁，科学确定人员疏散、排烟散热和内攻灭火方案。破拆入户门要采取限位措施，防止突然大面积开启后大量热烟气涌出。开启入户门前，应使用热成像仪等器材测试房间温度，严格按照门控技术开展作业。【提问】请同学们思考：上海龙吴路盛华景苑案例中，为什么破拆防盗门会引发回燃？破拆入户门应采取什么措施？【讲解】因为室内久燃后缺氧转为阴燃，积聚大量高温可燃烟气，破拆防盗门使通风条件突然改变，大量新鲜空气涌入，可燃烟气与空气形成非均匀预混气体发生燃烧，引发回燃。破拆入户门应采取限位措施，防止突然大面积开启后大量热烟气涌出；开启入户门前应用热成像仪测试房间温度，严格按照门控技术开展作业。【板书】四、轰燃与回燃的对比分析【讲解】轰燃与回