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同学们

今天我们要学习的内容为可燃固体的燃烧

首先我们来学习可燃固体的燃烧过程

相对于气体和液体物质的燃烧而言

固体的燃烧过程要复杂得多

而且不同类型固体的燃烧又有不同的过程

固体的燃烧可分为有焰燃烧和无焰燃烧

下面从简单到复杂的顺序分别进行讨论

第一

高蒸气压固体的燃烧过程

在所有固体的燃烧过程中

高蒸气压固体的燃烧是最简单的

首先可燃性固体受热升华直接变成蒸气

然后蒸气与空气混合就可形成

扩散有焰燃烧或预混动力燃烧

如萘、樟脑等

第二

高熔点纯净物固体的燃烧过程

高熔点纯净物可燃性固体的

燃烧过程也比较简单

不需要经过物理相变或化学分解的过程

可燃物与空气在固体表面上

直接接触并进行表面燃烧

如焦炭、木炭、铝、铁等的燃烧

第三

低熔点纯净物固体和

低熔点混合物固体的燃烧过程

低熔点纯净物固体（如硫磺、白磷、钠、钾）

和低熔点混合物固体（如石蜡、沥青）的

燃烧过程同样也比较简单

首先可燃性固体经过熔化

气化两个相变过程

然后蒸气与空气混合燃烧

第四

高熔点混合物的燃烧过程为

第一步

受热可燃性固体在其表面

逸出可燃气体进行有焰燃烧

第二步

低熔点可燃性固体熔化

气化进行有焰燃烧

第三步

高熔点的可燃物受热分解

碳化产生可燃气体进行有焰燃烧

第四步

不能再分解的高熔点固体进行表面燃烧

在学习了可燃固体的燃烧过程后

我们来学习可燃固体的燃烧形式

这是生活中大家能见到的

可燃固体的燃烧图片

可燃固体的第一种燃烧形式是

蒸发燃烧

固体的蒸发燃烧是指

可燃性固体受热升华或熔化后蒸发

产生的可燃气体与空气

边混合边着火的有焰燃烧

如硫磺、白磷等物质的燃烧都属于蒸发燃烧

蜡烛燃烧是典型的固体物质的蒸发燃烧形式

可燃固体的第二种燃烧形式是

表面燃烧

表面燃烧是指

固体在其表面上直接吸附氧气而发生的燃烧

在发生表面燃烧的过程中

固体物质受热时既不熔化或气化

也不发生分解

只是在其表面直接吸附氧气进行燃烧反应

所以表面燃烧不能生成火焰

而且燃烧速率也相对较慢

在生产生活中

结构稳定、熔点较高的可燃性固体

如焦炭、木炭、铁等物质的燃烧

就属于典型的表面燃烧实例

燃烧过程中它们不会熔融

升华或分解产生气体

固体表面呈高温炽热发光而无火焰的状态

空气中的氧不断扩散到固体高温表面被吸附

进而发生气固非均相反应

反应的产物带着热量从固体表面逸出

在学习了前面两种可燃固体的燃烧形式后

第三种燃烧形式是

分解燃烧

固体受热分解产生可燃气体

而后发生的有焰燃烧

叫分解燃烧

煤、木材、纸张、棉、麻、农副产品等物质

它们都是成分复杂的高熔点固体有机物

受热不发生整体相变

而是分解析出可燃气体

扩散到空气中发生有焰燃烧

当固体完全分解不再析出可燃气体后

留下的碳质固体残渣

即开始进行无焰的表面燃烧

塑料、橡胶、化纤等高聚物

它们是由许多重复的物质结构单元

组成的大分子

绝大多数高分子材料都是易燃材料

而且受热条件下会软化熔融

产生熔滴

发生分子断裂

从大分子裂解成小分子

进而不断析出可燃烧气体（如CO、H2、CH4、C2H6等）

扩散到空气中发生有焰燃烧

直至燃尽为止

可燃固体的第四种燃烧形式是什么

那就是大家不太熟悉的阴燃

阴燃是指在氧气不足

温度较低或湿度较大的条件下

固体物质发生的只冒烟而无火焰的燃烧

固体物质阴燃是

燃烧条件不充分的条件下发生的缓慢燃烧

属于固体物质特有的燃烧形式

液体或气体物质不会发生阴燃

现实中

成捆堆放的棉、麻、纸张

及大量堆垛的煤、稻草、烟叶、布匹等

都会发生阴燃

在一定条件下

阴燃与有焰燃烧之间会发生相互转化

如在缺氧或湿度较大条件下发生的火灾

由于燃烧消耗氧气及水蒸汽的蒸发耗能

使燃烧体系氧气浓度和温度均降低

燃烧速率减慢

固体分解出的气体量减少

火焰逐渐熄灭

此时有焰燃烧可能转为阴燃

如果改变通风条件

增加供氧量

或可燃物中水分蒸发到一定的程度

也可能由阴燃转变成为有火焰燃烧或爆燃

火场上的复燃现象以及固体阴燃引起的火灾等

都是阴燃在一定条件下转化为有焰燃烧的例子

总之在固体的四种燃烧形式中

蒸发燃烧和分解燃烧都是有焰的均相燃烧

只是可燃气体的来源不同

蒸发燃烧的可燃气体是相变的产物

分解燃烧的可燃气体则来自固体的热分解

固体的表面燃烧和阴燃

都是发生在固体表面与空气的界面上

呈无焰的非均相燃烧

二者的区别在于

阴燃中固体有分解反应

而表面燃烧则没有

可燃固体的燃烧速率

是接下来我们要学习的内容

固体燃烧速率是指在一定条件下

固体物质燃烧的快慢

它受多种因素影响

常用直线燃烧速率和质量燃烧速率来表示

固体的质量燃烧速率

是指一定条件下可燃性固体

在单位时间和单位面积上烧掉的质量

固体的直线燃烧速率

是指一定条件下可燃性固体

在单位时间内烧掉的厚度

影响固体燃烧速率的主要因素有哪些呢

第一是固体的理化性质与结构

固体的熔化、蒸发、分解、化合等理化特性

是决定固体燃烧速率的内部原因

在相同外界条件下

固体物质的化学活性越强

那么它的燃烧速率越快

反之则慢

如红磷与白磷晶体结构不同

白磷35℃即可自燃且燃速很快

红磷则需加热到260℃才发生自燃

燃速也小于白磷

影响固体燃烧速率的第二个因素是

氧指数

也可以用OI来表示

固体的燃烧速率与氧指数有关

氧指数又称临界氧浓度或极限氧浓度

它是指在规定条件下

试样在氧、氮混合气流中

维持平稳燃烧所需要的最低氧气浓度

以氧所占的体积百分比来表示

氧指数也是物质本身的固有特性之一

试样的值越大

说明该物质材料的燃烧性能越差

其燃烧速率就越慢

试样的值越小

说明该材料的燃烧性能越好

其燃烧速率就越快

因此氧指数

是评价固体材料燃烧性能的一个重要指标

通常以之为依据将固体材料进行分类

具体的指标为

氧指数OI＞50%的为不燃材料

50％≥氧指数OI＞27%的为难燃材料

27％≥氧指数OI＞20%的为可燃材料

氧指数OI≤20％的为易燃材料

氧指数可按下列公式来计算

公式中

氧气和氮气的流量单位都为 L/min

固体燃烧速率还和比表面积有关

比表面积

即单位体积物质的总表面积

固体物质比表面积越大

燃烧速率越快

如大块木材、煤炭燃烧速率都很慢

而一旦成为刨花、薄片、小块状

比表面积增大

氧化作用越容易

燃烧速率也就越快

如果成粉尘状

比表面积更大

则能发生粉尘爆炸的危险

水分及不燃介质含量

也会影响固体的燃烧速率

固体中或表面的水分

泥土等介质可看成是阻燃剂

它们的含量越多

固体的氧指数越大

其燃速越慢

反之亦然

例如干木材较湿木材易燃等

燃烧速率与固体密度的平方成反比

因此固体的密度越大

燃烧速率越小

而热容大

导热性差的物质

燃烧速率也小

火灾负荷也会影响固体燃烧速率

火灾负荷是指单位火场面积上的可燃物数量

火灾负荷大

则火场放热速率高

从而使燃烧速率加快

燃烧方向也会影响固体燃烧速率

大家想一下

固体可以在任何方向的表面上燃烧

这一点与液体不同

从蒸气与氧气的混合及产物的扩散分析

固体呈垂直燃烧时速率最快

因为燃烧的火焰和产物向上方扩散

使其未燃部分预热升温

促使蒸发、分解

燃烧速率加快

固体的燃速一般是

垂直向上方向＞水平方向＞垂直向下方向

固体物质发生燃烧过程中

外界的空气流会不会增大

可燃材料的表面氧气的供给

从而使燃烧速率加快呢

答案是肯定的

风可使火焰倾斜

增强了向前部分未燃材料表面的传热速率

所以在一定风力范围内

空气流速越大

固体的燃烧速率就越快

阻燃剂也影响固体燃烧速率

可燃性固体用阻燃剂处理后

其氧指数会升高

燃烧性能明显减弱

可使易燃材料变成难燃材料或不燃材料

有的仅碳化而不着火、不冒烟

有的虽碳化、着火或发烟

而一旦离开火源

则可自动熄灭

难以延烧

致使燃烧速率降低

今天我们学习了可燃固体的燃烧过程

燃烧形式和可燃固体的燃烧速率

希望大家在学习了以后能够学以致用

能很好地把所学的知识应用到消防实际工作中