第2讲 燃烧基本知识.ppt

1、第2讲 燃烧学说和理论,2.1 燃烧素学说 2.2 燃烧的氧学说 2.3 燃烧的分子碰撞理论 2.4活化能理论 2.5过氧化物理论 2.6链式反应理论,2,0 燃烧的定义,燃烧是可燃物质(气体、液体或固体)与助燃物(氧或氧化剂)发生的伴有放热和发光的一种激烈的化学反应。 它具有发光、发热、生成新物质三个特征。最常见、最普通的燃烧现象是可燃物在空气或氧气中燃烧。,3,2.1燃烧素学说,主要观点： 燃烧素学说认为，某种物质之所以能燃烧是因为其中含有一种燃烧素，燃烧时，燃烧素就从物体内逸出。 火是由无数细小活跃的微粒构成的物质实体，由于这种火微粒构成的火的元素就是燃烧素，物质如果不含有燃烧素则不能燃

2、烧。 评价： 燃烧素学说不是建立在科学根据的基础上，而是凭空臆造出一个“燃烧素”来，始终也说明不了燃烧素是由什么成分组成的物质。它是唯心主义的，不科学的。,4,法国化学家拉瓦锡于1777年提出了燃烧的氧学说，认为燃烧是可燃物与氧的化合反应，同时放出光和热。拉瓦锡指出物质根本不存在一种所谓燃烧素的成分。 燃烧的氧学说的建立是对燃烧科学的一大贡献，它宣告了燃烧素学说的破灭。,2.2燃烧的氧学说,5,燃烧是可燃物与氧的化合反应，同时放出光和热。燃烧的氧化反应是怎样发生的呢？亦燃烧的实质是什么呢？ 燃烧的分子碰撞理论认为，燃烧的氧化反应是由于可燃物和助燃物两种气体分子的互相碰撞而引起的。 众所周知，气

3、体的分子都是处于急速运动的状态中，并且不断地彼此互相碰撞，当两个分子发生碰撞时，则有可能发生化学反应。 但用这种理论来解释燃烧的氧化反应时，其可能性非常微小。,2.3燃烧的分子碰撞理论,6,氢与氯的混合物在常温下避光存储于容器中，它们的分子每秒彼此碰撞达10亿次之多，但察觉不到有任何反应。 可是，若把这种混合物置于日光照射下，虽不改变其温度和压力，氢与氯两者却可以极快的速度进行反应，生成氯化氢，并呈现出光和热的燃烧现象，甚至能引起爆炸。 由此可见，气态下物质的反应速度，并不能仅以分子碰撞次数的多少来加以解释。,7,这是因为在互相碰撞的分子间会产生一般的排斥力，只有在它们的动能极高时，才能在分子

4、组成部分产生显著的振动，引起键能减弱，使分子各部分的重排有可能，亦即有可能引起化学反应。这种动能其大小应接近于键能的破坏能，因而至少是2.141.8kJ/mol。这就意味着一切反应必须在极高温度下才能发生，因为41.8kJ/mol的活化能相当于12001400的反应高温。,8,假如同意这种观点，那么燃烧与氧化反应应该是特别困难的，因为双键OO的破坏能是49kJ/mol，而CH键的破坏能为33.541.8kJ/mol。但是实验证明，最简单的碳氢化合物的燃烧、氧化反应在300 左右就可以进行。 因而，认为可燃物质的燃烧是它们的分子与氧分子直接起作用而生成的最终的氧化产物也是不正确的。,9,为了使可

5、燃物和助燃物两种气体分子间产生氧化反应，仅仅依靠两种分子发生碰撞还不够，如前述，在互相碰撞的分子间会产生一般的排斥力。在通常的条件下，这些分子没有足够的能量来发生氧化反应，只有当一定数量的分子获得足够的能量以后，才能在碰撞时引起分子的组成部分产生显著的振动，使分子中的原子或原子群之间的结合减弱，分子各部分的重排才有可能，亦即有可能引起化学反应。,2.4燃烧的活化能理论,10,这些具有足够能量的、在互相碰撞时会发生化学反应的分子，称为活化分子。活发分子所具有的能量比普通分子平均能量高出一定值。使普通分子变为活化分子所必需的能量，称为活化能。,A表示系统的初始状态。当系统接受能量E，从初始状态达到

6、活化状态B，将引起反应，放出能量E达到结束状态C, EE。,活化能理论指出了可燃物和助燃物两种气体分子间产生氧化反应的可能性及其条件。,反应中分子活化能示意图,11,2.5过氧化物理论,该理论认为，分子在各种能量（热能、辐射能、电能、化学反应能等）的作用下可以被活化。比如在燃烧反应中，首先是氧分子O=O在热能的作用下活化，被活化的氧分子的双键之一断开，形成过氧基OO，这种基能结合于被氧化物质的分子上面而形成过氧化物： AO2AO2 过氧化物中含有过氧基OO，这种基中的氧原子较之游离氧分子中的氧原子更不稳定。因此，过氧化物是强烈的氧化剂，不仅能氧化物质A，而且能氧化分子氧很难氧化的其他物质B：

7、AO2A2AO AO2BAOBO,12,氢与氧的燃烧反应，通常直接表达为： 2H2 O22H2O 按照过氧化物理论则认为先是氢和氧生成过氧化氢，而后才是过氧化氢与氢反应生成水。其反应式如下： H2O2 H2 O2 H2 O2 H2 2 H2 O,13,有机过氧化物可以看成是过氧化氢 HOOH的衍生物，其中，有一个或两个氢原子被烃基所取代而成为HOOR或ROOR。所以过氧化物是可燃物质被氧化时的最初产物，它们是不稳定的化合物，能够在受热、撞击、摩擦等情况下分解而产生自由基和原子，从而又促使新的可燃物质的氧化。,14,过氧化物理论在一定程度上解释了为何物质在气态下有被氧化的可能性。它假定氧分子只进

8、行单键的破坏，这比双键的破坏要容易些。但是考虑到CH键也必须破坏，氧分子也必须与碳氢化合物反应而形成过氧化物，则氧化过程是比较困难的。因此巴赫又提出了另一种说法，即易氧化的可燃物质具有足以破坏氧中单键所需的“自由能”，所以不是可燃物质本身而是它的自由基被氧化。这种观点是近代关于氧化作用的链式反应理论的基础。,15,2.6链式反应理论,链式反应理论是由苏联科学家谢苗诺夫提出的。他认为物质的燃烧经历了以下过程： 可燃物质或助燃物质先吸收能量而离解为游离基，与其他分子相互作用发生一系列连锁反应，将燃烧热释放出来，直至全部物质燃烧完或由于中途受到抑制而停止燃烧。,16,以氯和氢的作用为例来说明。 氯在

9、光的作用下被活化成活性分子，于是构成一连串的反应： Cl2+hv(光子)=Cl。+ Cl。链的引发 Cl。H2HCl+ H。 H。Cl2HCl+ Cl。 链的传递 Cl。H2HCl+ H。 H。Cl2HCl+ Cl。 依此类推 Cl。 Cl。 Cl2 链的中断 H。 H。 H2,17,最初的游离基（或称活性中心、作用中心等）是某种能源的作用下生成的，产生游离基的能源可以是受热分解或光照、氧化、还原、催化和射线照射等。 游离基由于具有比普通分子平均动能更多的活化能，所以其活动能力非常强，在一般条件下是不稳定的，容易与其他物质分子进行反应而生成新的游离基，或者自行结合成稳定的分子。,18,因此，利

10、用某种能源设法使反应物产生少量的活性中心游离基时，这些最初的游离基即可以连锁反应，因而使燃烧得以持续进行，直至反应物全部反应完毕。在连锁反应中，如果作用中心消失，就会使连锁反应中断，而使反应减弱直至燃烧停止。,19,最初的游离基（或称活性中心、作用中心等）是某种能源的作用下生成的，产生游离基的能源可以是受热分解或光照、氧化、还原、催化和射线照射等。,（1） 链的引发,总的来说，连锁反应机理大致可分为三段： （1）链引发，即游离基生成，使链式反应开始。 （2）链传递，游离基作用于其它参与反应的化合物，产生新的游离基； （3）链终止，即游离基的消耗，使连锁反应中止。,20,21,链式反应有分支链锁

11、反应和不分支连锁反应两种。,上述氯和氢的反应是不分支连锁反应的典型，即活化一个氯分子可出现两个氯的游离基，也就是两个连锁反应的活性中心，每一个氯的游离基都进行自己的连锁反应，而且每次反应只引出一个新的游离基。,不分支链锁反应,（2） 链传递,22,分支链锁反应,一个游离基在链传递过程中，生成最终产物的同时，产生2个或2个以上的游离基，游离基的数目在反应过程中随时间增加，因此，反应速率是加速的。,图2-3 分支链反应图,23,24,造成游离基消耗的原因是多方面的，如游离基相互碰撞生成分子，与掺入混合物中的杂质起副反应，与非活性的同类分子或惰性分子互相碰撞而将能量分散，撞击器壁而被吸附等。 游离基

12、的连锁反应较圆满地解释了燃烧反应的化学实质。按照链式反应理论，燃烧不是两个气态分子之间直接起作用，而是它们离解形成的游离基这种中间产物进行的链式反应。,（3） 链的中断,第3讲 燃烧基础知识,3.1 燃烧的条件 3.2 物质的燃烧过程 3.3 物质燃烧形式 3.4燃烧热化学参数 3.5燃烧分类 3.6,26,3.1 燃烧的条件,燃烧必须同时具备下述三个条件：可燃性物质、助燃性物质、点火源。每一个条件要有一定的量，相互作用，燃烧方可产生。 (1)可燃物 (2)助燃物 (3)点火源,27,28,一般可燃物质，当空气中氧气含量小于14%时，便不会发生燃烧。 甲烷的浓度小71.4或空气中氧气含量小于1

13、2时，甲烷便不能燃烧。 由燃烧的链锁反应机理还可知道，铁锁反应的起始步骤是链引发，链引发是需要能量的，也就是说，要导致燃烧发生必须具备一定强度和能量的引燃能源。 一根火柴不能点燃一根木材。,29,常见的火源种类,在生产中，常见的引起火灾爆炸的点火源有以下8种： (1) 明火 (2) 高热物及高温表面 (3) 电火花 (4) 静电、雷电 (5) 摩擦与撞击 (6) 易燃物自行发热 (7) 绝热压缩 (8) 化学反应热及光线和射线,30,3.2.1 可燃气体的燃烧过程,可燃气体最易燃 烧，燃烧所需热量只用 于本身氧化分解，所以 将可燃气体加热到其燃 点即可燃烧。,3.2 物质的燃烧过程,31,液体

14、在火源作用下，首先使其蒸发成蒸气，然后蒸气被氧化、分解而后在气相中燃烧。,3.2.2 可燃液体的燃烧过程,32,3.2.3 可燃固体的燃烧过程,在固体燃烧时，如果是硫、磷、萘等单质它们首先受热熔化或升华，然后蒸发成蒸气，氧化后进行燃烧，其中没有分解过程。 如果是复杂的化合物，在受热时首先分解，析出气态和液态产物，然后气态产物和液态产物的蒸气发生氧化后着火燃烧。,33,3.2.4 燃烧过程的温度变化情况,物质受热燃烧，它的温度变化是很复杂的，燃烧过程的温度变化情况见图。,可燃物质燃烧过程的温度分布图,34,A点的温度为TA，是可燃物开始加热时的温度，在这最初阶段，外界提供加热的热量主要用于可燃物

15、的熔化、蒸发和分解可燃物，温度上升缓慢。 B点的温度是TB，当可燃物达到TB温度时，在凝缩相开始氧化并放热，但由于温度尚低，故氧化速度较低，氧化所产生的热量还不足以抵消体系向周围环境的散热。此时若停止供热，可燃物将降低温度，因而不能发生燃烧；若继续在热的环境中加热，因氧化反应逐步加剧，而使温度上升较快。,35,C点的温度为TC。 当可燃物温度升到TC时，可燃物氧化产生的热量和体系向环境散失的热量相等，也就是说，在TC温度时体系产生的热量和向环境散失的热量达到平衡，若再供一点热使温度升高一点，即可打破这种平衡状态，此时可燃物氧化产生的热量多于体系向环境散失的热量，这时即使环境停止加热，温度亦能上

16、升，因此TC即为自燃点。,36,D点的温度为TD。 当可燃物温度上升到了TD时，可燃物即燃烧起来，同时出现火焰并且温度继续上升。 E点的温度为TE，此时是可燃物经燃烧后，其产物达到的最高温度。 若是气体可燃物燃烧，将会缩短从TA升到TB所需要的时间。,37,可燃物在TA和TB温度之间，是它的受热区域； 在TB和TC温度之间是可燃物在凝缩相中的反应区域； 在TC和TD温度之间是可燃物在气相中的反应区域； TD温度以后，可燃物产生火焰，反应物变成了生成物，温度达到燃烧最高温度TE， 把可燃物从TA升温到TC所需要的时间称作预备期； 把从TC升温到TD所需要的时间称作诱导期,38,可燃物处于预备期时

17、，只要移去升温热源即可中止燃烧过程。但预备期的温度往往较低，燃烧现象不明显，因而不易被察觉。 当可燃物处于诱导期时，温度急剧升高，产生大量烟气容易被察觉，一些固体可燃物的诱导期较长，可利用诱导期温度急剧升高、产生烟气的信息，带动防火灭火装置，制止火灾发生。,39,当可燃气体(如氢、乙炔、汽油蒸气等)从管口、管道和容器的裂缝等处流向空气时，由于可燃气体分子和空气分子互相扩散、混合，其混合浓度达到爆炸范围的部分遇火源即能着火燃烧、形成火焰，并能使燃烧维续下去。 工业或生活中使用的天燃气、液化石油气通过燃烧器的燃烧。,3.3 燃烧形式,3.3.1 扩散燃烧,40,可燃气体与助燃气体在容器内或空间中充

18、分扩散混合，其浓度在爆炸范围内，此时遇火源即会发生燃烧，这种燃烧在混合气所分布的空间中快速进行，我们称之为混合燃烧。 很多火灾、爆炸事故是由混合燃烧引起的。在五种燃烧形式中，失去控制的混合燃烧往往造成重大的经济损失和人员伤亡。,预混气燃烧爆炸示意图,3.3.2 预混燃烧,41,可燃性液体如酒精、苯等，它们的燃烧就是由于液体蒸发产生的蒸气随点燃起火而形成的，蒸气点燃产生了火焰，它放出的热量进一步加热液体表面，从而促使液体持续蒸发，使燃烧继续下去。 萘、硫磺等在常温下虽为固体，但在受热后会升华产生蒸气或熔融后产生蒸气因而同样能够引起蒸发烧挠。,3.3.3 蒸发燃烧,42,可燃性液体如酒精、苯等，它

19、们的燃烧就是由于液体蒸发产生的蒸气随点燃起火而形成的，蒸气点燃产生了火焰，它放出的热量进一步加热液体表面，从而促使液体持续蒸发，使燃烧继续下去。 萘、硫磺等在常温下虽为固体，但在受热后会升华产生蒸气或熔融后产生蒸气因而同样能够引起蒸发烧挠。,3.3.3 蒸发燃烧,43,在燃烧过程中可燃物首先遇热分解，再由热分解产物和氧反应产生火焰的燃烧。 木材、煤、纸等固体可燃物的燃烧； 油、脂等高沸点液体和低熔点的固体烃类(如蜡、沥青等)的燃烧。 木材在空气中燃烧时，火源加热木材首先使木材失去水分而干燥，然后发生热分解，放出可燃气体，这种气体被点燃产生火焰，并放出热量，由燃烧放出的热量不断地加热木材，使木材

20、不断地分解，从而使燃烧继续下去。,3.3.4 分解燃烧,44,固体碳和铝、镍、铁等金属熔点较高，在热源作用下不氧化也不分解，它们的燃烧发生在空气和固体表面接触的部位，能产生红热的表面，但不产生火焰，燃烧的速度和固体表面的大小有关。这种燃烧形式称为表面燃烧。 综上所述，预混燃烧与扩散燃烧是发生在所在气相物质的燃烧；蒸发燃烧则发生在液相和部分固相物质中；分解燃烧主要发生在一般固体可燃物和低熔点固体烃类和油脂类高沸点液体中；而表面燃烧则发生在不能气化的固相物质燃烧中。,3.3.5 表面燃烧,45,3.4.1 完全燃烧： 有机可燃气体燃烧，可燃气体分子中所含的碳全部氧化成二氧化碳，氢全部氧化生成水，这

21、样的过程称为完全燃烧。 3.4.2 燃烧热： 燃烧热的数值是用热量计在常压下测得，是单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧后冷却到18时所放出的热量(kJ/kg，kJ/mol，kJ/m3)。,3.4 燃烧特性,46,金属的燃烧热数值是很大的，可为一般燃料的五倍到二十倍。由于金属的燃烧热值大，一些轻金属(如铝、镁等)一旦着火，引起火灾它的危害是很严重的，金属的燃烧热值见表2-7。,47,例如，1mol 乙炔完全燃烧时，放出130.6104J的热量，这些热量就是乙炔的燃烧热，其反应式为： C2H22.5O22CO2H2O 130.6104J 可燃物质的热值是用量热法测定出来的，或者根据物质的元素组成用

22、经验公式计算。,48,3.4.3 燃烧温度： 可燃物质燃烧所产生的热量将燃烧产物加热到的最高温度。 理论燃烧温度：是指可燃物与空气在绝热条件下完全燃烧，所释放出来的热量全部用于加热燃烧产物，使燃烧产物达到的最高燃烧温度。 实际燃烧温度：可燃物燃烧的完全程度与可燃物在空气中的浓度有关，燃烧放出的热量也会有一部分散失于周围环境，燃烧产物实际达到的温度称为实际燃烧温度，也称火焰温度。实际燃烧温度不是固定的值，它受可燃物浓度和一系列外界因素的影响。,49,50,3.4.4 燃烧速度： 气体燃烧速度： 火焰在可燃介质中的传播速度也称燃烧速度。 在实验中，直接测定火焰锋的运动速度不易准确，转而采用测定相对

23、速度的方法，从图2-5(b)所示管道的右侧以较小速度通入未燃混合气体，当火焰锋面保持不动时，混合气体的流入速度即等于火焰锋面的法向运动速度，于是测得了混合气体的燃烧速度。,51,52,一些可燃气体与空气按完全燃烧的比例配制的混合气体在直径为25.4mm的管道中，测得的火焰传播速度数据列于表2-l中。,53,气体燃烧速度的影响因素： (1)可燃气体浓度 理论上讲，可燃气体在完全反应浓度时的燃烧速度是火焰传播速度的最大值，但实际测定发现，是在稍高于完全反应浓度的时候。 （2）气体的组成 混合物中的惰性气体浓度增加，由于消耗热能而使火焰传播速度降低。,54,55,（3）初温 混合气体的初始温度越高，

24、火焰传播速度越快。 （4）管道直径 火焰传播速度在不同直径的管道中测试结果表明，一般随管道直径的增加，火焰传播速度增大，但有个极限值，管道直径超过这个极限值，火焰传播速度不再增大；反之，当管道直径减小，火焰传播速度减慢，当管道直径小于某一直径时，火焰就不能传播。 （5）压力和流动状态(如层流、紊流、湍流等) （6）燃烧形式,56,57,（6）燃烧形式 由于气体分子间的扩散速度比较慢。所以扩散燃烧方式的气体燃烧速度是比较慢的，它的速度取决于气体分子间的扩散速度。混合气体因可燃气和助燃气已混合均匀构成预混气，它的燃烧速度取决于本身化学反应进行的速度，混合燃烧的速度要比扩散燃烧的速度快得多。,58,

25、液体的燃烧速度 液体的燃烧速度取决于液体蒸发。液体在自由表面上燃烧时，液体的燃烧速度工业上有两种表示方法： 一种是以单位面积上单位时间内烧掉的液体质量来表示，叫做液体燃烧的质量速度，单位为g/(cm2.min)或kg/(m2.h)； 另一种是以单位时间内烧掉液层的高度来表示，叫做液体燃烧的直线速度，单位为mm/min，cm/h。,59,60,为加快液体的燃烧速度和提高燃烧效率，可采用喷雾燃烧，即通过喷雾嘴将液体喷成雾滴，从而扩大液体蒸发的表面积，提高燃烧效率和燃烧速度。 影响因素： （1）初温 提高液体的初始温度，会加快燃烧速度。如苯在初温为16，燃烧速度为3.15mm/min；在初温为17

26、时，燃烧速度为2.68mm/min。 （2） 含水量 含有水分比不含水分的石油产品燃烧速度慢。,61,（3）液体在储罐内液面的高低不同，燃烧速度亦不同，储罐中低液位燃烧比高液位燃烧的速度快。 （4）风速、风向 风速对火焰蔓延速度也有很大影响，风速大时，火焰温度高，液面的热量多，燃烧速度增快。 （5）储罐直径 液体燃烧速度与储罐直径有关。,62,固体的燃烧速度 固体的燃烧速度一般小于可燃气体和液体的燃烧速度。有些固体的燃烧过程需先受热熔化，经蒸发、气化、分解再氧化燃烧，所以速度慢，然而火（炸）药，则燃烧速度很快。不同组成、不同结构的固体物质，燃烧速度有很大差别。 影响因素： (1)组成、结构 可

27、燃固体的密度越大，燃烧速度越慢； (2) 风向和风力 (3) 含水量 可燃固体的含水量越多，燃烧速度越慢。 (4) 比表面积(表面积对体积的比值) 比表面积越大，燃烧速度越快。,63,根据可燃物状态的不同，燃烧分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧三种形式。 根据燃烧方式的不同，燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧、蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧。 根据燃烧发生瞬间的特点，燃烧分为闪燃、着火和自燃三种形式。,3.5 燃烧的分类,64,3.5.1 闪燃与闪点,液体的表面都有一定数量的蒸气存在，蒸气的浓度取决于该液体所处的温度，温度越高则蒸气浓度越大。 在一定温度下，可燃性液体(包括少量可熔化的固体，如萘、樟脑、硫

28、磺、石蜡、沥青等)蒸气与空气混合后，达到一定的浓度时，遇点火源产生的一闪即灭的燃烧现象，叫做闪燃。闪点是指可燃性液体产生闪燃现象的最低温度。 闪点是液体可以引起火灾危险的最低温度。液体的闪点越低，它的火灾危险性越大。,65,闪点的影响因素,同系物液体的闪点随着相对分子量、相对密度、沸点的增加和蒸汽压的降低而增加。 同类组分混合液，如汽油、煤油等，由烃类的同系物组成，其闪点随着馏分的增高而增设。 异构体的闪点低于正构体。 能溶于水的易燃液体，闪点随浓度的降低而增高。 油漆类液体的闪点取决于油漆中所含溶剂的闪点。 两种可燃液体混合物的闪点一般低于这两种液体闪点的平均值。,66,（1）闪点是生产厂房

29、的火灾危险性分类的重要依据； （2）闪点是储存物品仓库的火灾危险性分类的依据；（3）闪点是甲、乙、丙类可燃液体危险分类的依据； 甲类（一级易燃液体）：液体闪点小于28 ； 乙类（二级易燃液体）：闪点大于28小于60 ； 丙类（可燃液体）：液体闪点大于60 （4）以甲、乙、丙类液体分类为依据规定了厂房和库房的耐火等级、层数、占地面积、安全疏散、防火间距、防爆设置等； （5）以甲、乙、丙类液体的分类为依据规定了液体储罐、堆场的布置、防火间距、可燃和助燃气体储罐的防火间距，液化石油气储罐的布置、防火间距等。,闪点的意义,67,着火是指可燃物受到外界火源的直接作用而燃烧，并在火源移去后仍能保持继续燃烧

30、的现象。 例如，用火柴点燃稻草，就会引起着火。 可燃物质开始着火所需要的最低温度，叫做燃点，又称着火点。一切液体的燃点都高于闪点。,3.5.2 着火与着火点,68,可燃物在没有外部火花、火焰等点火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热而发生的自然燃烧现象，叫做自燃。 可燃物质在没有火焰、电火花等明火源的作用下，由于本身受空气氧化而放出热量，或受外界温度、湿度影响使其温度升高而引起燃烧的最低温度称为自燃点（或引燃温度）。,3.5.3 自燃与自燃点,69,自燃有以下两种情况。 (1)受热自燃：可燃物质在外部热源作用下温度升高，达到自燃点而自行燃烧。 (2)自热自燃：可燃物在无外部热源影响下，其内部发生

31、物理的、化学的或生化过程而产生热量，并经长时间积累达到该物质的自燃点而自行燃烧的现象。,70,自燃点的影响因素,物质的自燃点不是固定不变的数值，而是受压力、密度、容器直径、浓度等因素的影响。 掌握了物质的自燃点，不仅对评定它们的火灾危险性大小有着实际意义，而且对它们的安全生产和储存也有重要意义。例如，根据自燃点，选择防爆电气型式，控制反应温度，设计阻火器的直径，隔离热源等等。,71,可燃物质的自燃温度并不是一个物理常数，它的数值大小与许多因素有关。 （1）压力的影响 压力对可燃气体和液体的自燃温度有显著影响，压力愈高，自燃温度愈低。如：CH4，当压力从0.5atm增大到10atm，其自燃温度下

32、降100。 （2）浓度的影响 在热损失相同的情况下，贫乏的和富裕的燃料空气混合物的自燃温度较高，化学计算浓度时自燃温度最低。如：H2S在爆炸下限浓度时，自燃温度为373；在爆炸上限浓度时，自燃温度为304；而在化学计算浓度时，自燃温度仅为246。,自燃点的影响因素,72,（3）催化剂 活性催化剂能降低物质的自燃点，惰性催化剂能提高物质的自燃点。 （4）容器 一般地讲，容器体积愈小，自燃温度愈高。当容器很小时，可导致燃料混合物失去燃烧性。此外，容器的材质、形状及表面积与体积的比值都对样品的自燃温度产生影响。 （5）可燃固体的粒度 它们粉碎的程度愈高，粒度愈细，自燃温度就愈低。,73,（6）可燃物

33、质的种类 同系物中，碳原子数较少的自燃点较高，随着碳原子数增多自燃点逐个降低。如：甲烷的自燃点高于乙烷， 乙烷高于丙烷，丙烷高于丁烷。 饱和烃的自燃点高于碳原子数相同的不饱和烃的自燃点。例如：乙烷的自燃点为515，乙烯为490，乙炔为305。 芳香烃的自燃点高于原子数相同的脂肪族化合物的自燃点。如：苯的自燃点为550 ，己烷的自燃点为248。,74,7.环境温度、湿度 环境温度、湿度等对自燃温度的测试结果均有一定的影响。 对轻质燃料油而言，一般地讲，液体燃料的比重越小，其闪点越低，而自燃温度却越高。,正构体化合物的自燃点比异构体低。例如：正丁醇是242 ，而异丁醇为413。 液体燃烧的密度越小

34、，则闪点越低，而自燃点越高，反之，密度越大，则闪点越高，而自燃点越低。,75,极限氧指数（limited oxygen index, LOI），简称氧指数。指在规定条件下，固体材料在氧、氮混合气流中，维持有焰燃烧所需的最低氧浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。它表征材料燃烧的难易程度。 氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。一般认为氧指数22%属于易燃材料，氧指数在22-27%之间属可燃材料，氧指数27%属难燃材料。,3.6 氧指数概念,76,3.7.1 预混合燃烧概念,可燃气体和氧（或空气）预先混合成均匀的混合气， 此可燃混合气称为预混合气，预混合气在燃烧器内 进行着火、燃

35、烧的过程称为预混合燃烧。,3.7 火焰传播（燃烧波）,典型预混合燃烧装置,77,可燃气和空气按一适当的比例混合使混合气的浓度在爆炸范围内，如果把这种气体点燃，由火源的能量使邻近的混合气产生游离基，游离基作为活化中心使附近的混合气层发生化学反应，发生反应的层又成为新的火源和活性中心源，使下一层混合气体发生化学反应，以此层层传播。这种现象叫做火焰的传播。反应层也称为反应带，有人把反应带称作燃烧波。,3.7.2 预混合气燃烧过程,78,一维层流火焰图,火焰扩展方向,79,火焰传播(flame propagating),随时间推移，火焰面在预混合气中不断向 前扩展，所呈现的现象。 可燃气体混合物的局部

36、首先着火，着火部 分向未燃部分传递热量和活性粒子，使之 相继着火的过程称为火焰传播。,80,火焰及其特征,火焰的定义 火焰的特征 具有发热、发光特征； 辐射现象 具有电离特性； 具有自行传播的特性。,火焰(flames)是在气相状态下发生的燃 烧的外部表现。,81,在燃烧波传播的混合气体层内，它是一种强烈的自身加速反应，由反应带放出的热量剧烈地预热邻近的混合气体层，使化学反应在极薄的带内完成，我们把化学反应进行完全的区域称为火焰锋。 火馅锋的界限并不明显，但由于在火焰锋区域内反应激烈，各组分浓度和温度变化都非常明显，所以火焰锋是可以观察到的。可燃混合气火焰锋的厚度般不超过十分之几毫米，所以经常把火焰锋作新鲜混合气体和热燃烧生成物之间的界面，如前图所示。,82,层流火焰图,3.7.3 层流火焰传播,预混可燃气体与流速不高（层流状态）的火焰传