第-6-章-1-可燃固体的燃烧课件

燃烧学-第六章1学习交流PPT第6章可燃固体的燃烧6.1固体燃烧概述6.2几类典型固体的燃烧（高聚物、木材、煤）6.3固体可燃物的阴燃6.4粉尘爆炸6.5固体材料的阻燃概况2学习交流PPT6.16.1固体燃烧概述固体燃烧概述6.1.1固体燃烧的形式（1）蒸发燃烧蜡烛、硫、磷、钾、钠、沥青、樟脑，萘（2）表面燃烧可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等）（3）分解燃烧木材、煤、塑料、橡胶等（4）熏烟燃烧（阴燃）只冒烟而无火焰的燃烧现象（5）动力燃烧（爆炸）燃粉尘爆炸/炸药爆炸/轰燃（回燃、回火）3学习交流PPT6.1.2评定固体火灾危险性的参数（1）熔点、闪点和燃点熔点越低的可燃固体，闪点和燃点也越低，火灾危险性越大（2）热分解温度可燃固体的热分解温度越低，燃点也越低，火灾危险性越大（3）自燃点自燃点越低的固体，越容易燃烧，因而火灾危险性越大。（4）比表面积相同的可燃固体，比表面积越大，火灾危险性越大。随着粉尘的比表面积增大，其爆炸下限降低，最小引爆能变小而最大爆炸压力增大。4学习交流PPT（5）（极限）氧指数（LOI，OI)定义：刚好维持物质燃烧时的混合气体中最低氧含量的体积百分数。氧指数越小的高聚物，火灾危险性越大。氧指数小于22的属易燃材料；氧指数在2227之间的属难燃材料；而氧指数大于27的属高难燃材料。5学习交流PPT固体着火温度测试仪固体着火温度测试仪6学习交流PPT几种可燃固体的热分解温度与燃点的关系几种可燃固体的热分解温度与燃点的关系250300235蚕丝150200107麻250295150木材15018090100赛璐珞210120棉花18040硝化棉燃点（）热分解温度（）固体名称燃点（）热分解温度（）固体名称 常见高分子物质的自燃点常见高分子物质的自燃点141硝酸纤维素450462有机玻璃260白松475醋酸纤维素454聚氯乙烯230报纸424聚酰胺349聚乙烯255棉花自燃点（）物质名称自燃点（）物质名称自燃点（）物质名称7学习交流PPT氧指数测定仪氧指数测定仪 1试样；试样；2夹具；夹具；3点火器；点火器；4金属丝网；金属丝网；5支架；支架；6柱内玻璃珠；柱内玻璃珠；7钢底盘；钢底盘；8三通管；三通管；9截止阀；截止阀；10支持器内小孔；支持器内小孔；11压力表；压力表；12精密压力调节器精密压力调节器13过滤器；过滤器；14针形阀；针形阀；15转子流量计转子流量计 8学习交流PPT表表63 某些常见高聚物的氧指数某些常见高聚物的氧指数物质物质名称名称氧指数氧指数物质名物质名称称氧指氧指数数物质名物质名称称氧指数氧指数聚苯聚苯乙烯乙烯18聚苯并聚苯并咪唑咪唑41氯丁橡氯丁橡胶胶26聚乙聚乙烯醇烯醇22聚酰甲聚酰甲胺胺41硅橡胶硅橡胶2639聚氯聚氯乙稀乙稀45聚糖醇聚糖醇31缩醛共缩醛共聚物聚物15聚苯聚苯氧氧28酚醛树酚醛树脂脂35聚碳酸聚碳酸酯酯27聚砜聚砜32环氧树环氧树脂脂20聚四氟聚四氟乙烯乙烯959学习交流PPT6.1.36.1.3固体着火燃烧理论固体着火燃烧理论6.1.3.1固体引燃条件和引燃时间引燃条件引燃条件：v如果如果 S0，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧，还有多余，固体表面接受的热量除了能维持持续燃烧，还有多余部分。这部分热量可以使可燃气的释放速率进一步提高，为固体部分。这部分热量可以使可燃气的释放速率进一步提高，为固体持续燃烧创造更好的条件；持续燃烧创造更好的条件；vS=0 固体能否被引燃的固体能否被引燃的临界条件临界条件。10学习交流PPT 对于一定厚度无限大固体对于一定厚度无限大固体，可用下式估算：，可用下式估算：Gcr与与 有如下关系：有如下关系：h为火焰和固体间的对流换热系数，为火焰和固体间的对流换热系数，c为空气热容量为空气热容量 11学习交流PPT 一些高聚物的Gcr和值物质名称Gcrg/（m2s）物质名称Gcrg/（m2s）聚甲醛3.90.45酚醛泡沫（GM57）4.40.17聚甲基丙烯酸甲酯3.20.27聚乙烯42Cl6.50.12聚乙烯1.91.9聚氨酯泡沫5.60.11聚丙烯2.22.2聚异氰酸酯泡沫5.40.11聚苯乙烯3.03.0聚乙烯25Cl6.00.1912学习交流PPT例1：用一温度为1300的火焰紧靠表面照射一厚度为50mm的有机玻璃，如果表面温度达到燃点（约需6s）后移走火焰，判断该玻璃板能否引燃？相关参数：1.1107m2/s，K=0.19w/(m.K)，HC26.2KJ/g，LV1.62KJ/g，Gcr3.2g/(m2.s)=0.27，着火点Ti543K，环境温度T0293K13学习交流PPT薄片状固体（Bi=hL/K数较小）：如窗帘、幕布之类估算薄物的引燃时间假设一薄物体的厚度、密度、热容和它与周围环境间的对流换热系数分别为、c、和h；薄物体的燃点和环境温度（或物体初温）分别为Ti和T0。（1）当薄物体两边同时受温度为T的热气流加热T积分：积分：t=0到到ti；T=T0到到Ti14学习交流PPT（2）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间）如果物体单面受热，另一面绝热，引燃时间为为（3）如果物体单面受热，另一面不绝热）如果物体单面受热，另一面不绝热TT015学习交流PPT对该式从对该式从T0到到Ti积分得引燃时间为积分得引燃时间为（4）当物体一面受热通量为的辐射加热，另一面绝热时）当物体一面受热通量为的辐射加热，另一面绝热时 假设物体吸收率为假设物体吸收率为，在时间间隔，在时间间隔dt内，能量平衡方程可写成内，能量平衡方程可写成 T0Qr16学习交流PPT（5）如果一面受辐射热，另一面不绝热，则）如果一面受辐射热，另一面不绝热，则有有T0QrT017学习交流PPT例2：一块厚度为0.8mm的幕布，密度、热容及其与周围空气的对流换热系数分别为：0.3g/m3，1.2KJ/(kg.K)，15w/m2，初始温度20，燃点260，求幕布悬挂在300的热空气中时的引燃时间？如果该幕布一面受热通量为20w/m2辐射加热，两面均有散热损失，幕布系数系数为0.8时的引燃时间为多少？18学习交流PPT6.1.3.2固体火焰传播理论根据能量守恒方程，根据能量守恒方程，“火焰传播的基本方程火焰传播的基本方程”为为燃烧起始表面燃烧起始表面V 指固体火焰传播时正在指固体火焰传播时正在燃烧的火焰与未燃物质燃烧的火焰与未燃物质之间的界面，穿过该界之间的界面，穿过该界面的传热速率决定了火面的传热速率决定了火焰传播或火灾蔓延的速焰传播或火灾蔓延的速度。度。19学习交流PPT6.26.2几类典型固体的燃烧几类典型固体的燃烧6.2.1高聚物的燃烧塑料、橡胶和纤维热塑型、热固型高聚物着火的过程分为受热软化熔融、热分解、着火燃烧等阶段热塑料物质容易软化熔融高聚物燃烧的普遍性特点，可以概括为三个方面（1）发热量较高、燃烧速度较快（2）发烟量较大，影响能见度由于高聚物的分子结构中含碳量普遍较高，因此在其燃烧（包括热分解）过程中发烟量较大。20学习交流PPT烟密度箱烟密度箱 1光光电电倍倍增增管管罩罩；2试试验验箱箱；3送送风风板板；4带带窗窗的的活活动动门门；5排排气气口口控控制制器器；6辐辐射射仪仪输输出出插插孔孔；7温温度度（壁壁)）指指示示器器；8自自耦耦变变压压器器；9炉炉子子开开关关；10电电压压表表；11熔熔断断器器；12辐辐射射仪仪空空气气流流量量计计；13燃燃气气和和空空气气流流量量计计；14流流量量计计截截流流阀阀；15样样品品移移动动调调节节器器；16光光源源开开关关；17光光源源电电压压插插孔孔；18线线路路开开关关；19箱箱基基；20指指示示灯灯；21微微光光度度计计；22光光学学体体系系杆杆；23光光学学体体系系下下透透光光窗窗；24排排气气口口调调节节器器；25进进气气口口调调节节器器；26入入口口孔孔21学习交流PPTv烟密度（比光密度）烟密度（比光密度）式中式中V烟箱容积，烟箱容积，mm3；A试样暴露面积，试样暴露面积，mm2；L光路长，光路长，mm；D比光密度；比光密度；I有烟时光强度；有烟时光强度；I0无烟时光强度；无烟时光强度；Ds=16 时，能见度时，能见度57m 光吸收定律光吸收定律:光密度光密度:22学习交流PPT（3）燃烧（或分解）产物的危害性大高聚物在燃烧（或分解）过程中，会产生CO、氮氧化物、HCl、HF、HCN、SO2及COCl2（光气）等有害气体，加上缺氧窒息作用，对火场人员的生命安全构成极大的威胁。23学习交流PPT不同类型高聚物的燃烧有如下特点：（1）只含碳和氢的高聚物，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，易燃但不猛烈，离开火焰后仍能持续燃烧，火焰呈兰色或黄色，燃烧时有溶滴，并产生有毒的一氧化碳气体。（2）含有氧的高聚物，如有机玻璃、赛璐珞等，易燃且猛烈，火焰呈黄色，燃烧时变软，无溶滴，并产生有毒的一氧化碳。（3）含有氮的高聚物，燃烧情况比较复杂，如脲甲醛树脂为难燃自熄；三聚氰胺树脂为缓燃缓熄；尼龙为易燃以烬。它们在燃烧时都有溶滴，并产生一氧化碳、一氧化氮有毒气体和氰化氢剧毒气体。（4）含有氯的高聚物，如聚氯乙烯等，硬的为难燃自熄，软的为缓燃缓熄，火焰呈黄色，燃烧时无熔滴，有炭瘤，并产生氯化氢气体，有毒且溶于水后有腐蚀性。（5）含有氟的高聚物，实际不燃，但加强热时，能放出腐蚀毒害性的氟化氢气体。（6）酚醛树脂，无填料的为难燃自熄，有木粉填料的为缓燃缓熄，火焰呈黄色，冒黑烟，放出有毒的酚蒸气。24学习交流PPT6.2.2 木材的燃烧木材的燃烧 6.2.2.1 木材的组成木材的组成表表6-10 木材中有机物组成木材中有机物组成成分成分纤维素纤维素木质素木质素多索已糖多索已糖含量（）含量（）39.9757.8418.2426.178.6727.07多缩戊糖多缩戊糖蛋白质蛋白质脂肪、蜡和树脂肪、蜡和树脂脂灰分灰分2.613.580.632.290.73.320.421.2125学习交流PPT6.2.2.2木材的热分解加热到130时，首先是水的蒸发，接着开始微弱的分解；加热到150时木材开始显著分解，分解产物主要是水和二氧化碳；到200以上，构成木材主要成分的纤维素被分解，生成一氧化碳、氢和碳氢化合物；加热到270380时，木材发生剧烈的热分解，热分解的剩余物得到3038的碳。26学习交流PPT表表6-12 木材在各种温度下分解产生的气体组成木材在各种温度下分解产生的气体组成气体组成气体组成（）（）木材的分解温度木材的分解温度200300400500600700每每100kg木木材的气体材的气体产量（产量（m3）0.45.69.512.814.316.0CO275.0056.749.3643.2040.9838.55CO25.0040.1734.0029.0127.2025.19CH43.7614.3121.7223.4224.94C2H20.863.685.748.50H21.472.342.662.8127学习交流PPT6.2.2.3木材的燃烧过程在木材被加热过程中，若遇火源，会出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃木材燃烧大体分为有焰燃烧和无焰燃烧两个阶段。木材有焰燃烧：木材热分解出的可燃气燃烧，它的特点是燃烧速度快；燃烧量大，约占整个木材重量的70；火焰温度高，燃烧时间短，火灾发展速度猛烈，是火灾发展中的有决定性意义的时期。木材有焰燃烧+无焰燃烧在木材的有焰燃烧阶段，木材表面上生成的碳，虽然处在灼热的状态，但不燃烧。因为此时，分解产物的燃烧阻碍了氧气扩散到碳的表面上去。当析出的气体产物很少时，氧扩散到碳的表面，即有焰燃烧接近尾声时，碳才开始燃烧。木材无焰燃烧两种形式燃烧同时进行若干时期以后，完全不析出可燃气时，才出现仅有碳的无火焰燃烧。28学习交流PPT6.2.2.4木材燃烧速度木材的燃烧速度重量速度:所谓重量燃烧速度就是单位时间、单位面积的可燃物的重量损失线速度:单位时间的碳化深度。木材的燃烧速度主要决定于（1）木材密度的影响（2）含水量的影响（3）木材比表面的影响29学习交流PPT（1）木材密度的影响木材的密度越大，燃烧速度越小原因：密度大的木材导热性能好，大量热被导入木材深处，使表面温度上升慢，热分解慢，不容易着火，燃烧速度慢。0 2 4 6 8 10时间（min）10080604020图6-1 木材燃烧速度与密度关系1350kg/m3；2540kg/m3；3620kg/m3；12330学习交流PPT（2）含水量的影响木材含水量越大，木材越不易着火，着火后燃烧速度也慢0 5 10 15 20 25水分（）10080604020图6-2 木材燃烧速度与含水量的关系1枞树550kg/m3；2橡树700kg/m3；3山毛榉720kg/m3；123燃烧时重量损失（）0 3 6 9 12 15 18时间(min)10080604020图6-3 不同断面木材的燃烧速度燃烧时重量损失（）11cm21.51.5cm222cm22.52.5cm2 44cm231学习交流PPTv木材的燃烧速度的经验公式木材的燃烧速度的经验公式杉木、松木杉木、松木：v木垛的燃烧木垛的燃烧(1)松散堆积的木垛，燃烧速度主要由单个木材的粗细度控制。松散堆积的木垛，燃烧速度主要由单个木材的粗细度控制。(2)堆积紧密的木垛，其燃烧速度主要取决于木垛的堆积紧密的木垛，其燃烧速度主要取决于木垛的“孔隙率孔隙率”(通通风状态）风状态）X-燃烧线速度燃烧线速度(碳化深度碳化深度)，mm/min（3）木材比表面的影响比表面积是木材的表面积和其体积之比。比表面积越大，燃烧速度越快。原因：比表面积大，燃烧时单位体积的木材承受的热量就大，与氧气接触面积也大，所以易着火且燃烧速度大。32学习交流PPT6.2.36.2.3煤的燃烧煤的燃烧6.2.3.1固体燃料煤的燃烧过程煤颗粒的燃烧历程首先煤颗粒被加热干燥，而后可燃性气体开始析出。在足够高的温度和供氧条件下，可燃性气体在颗粒周围着火燃烧，形成光亮的火焰。燃烧消耗的氧气来自周围空气，靠扩散作用进入火焰区，但不能到达颗粒表面，此时颗粒本身呈暗黑色，颗粒中心温度不超过600700-分解燃烧可燃性气体一方面阻碍了颗粒本身的燃烧；另一方面可燃性气体在颗粒周围的燃烧对颗粒有强烈的加热作用可燃性气体着火后，经过不长时间，火焰逐渐缩短，直至消失，这表明可燃性气体已基本燃烧完毕然后煤颗粒表面开始燃烧、发亮，其温度逐渐升高，达到最高值（一般为1100）-表面燃烧（无焰燃烧）33学习交流PPT6.2.3.2固体碳粒的燃烧过程碳在空气中燃烧是一多相燃烧过程，分为五个阶段：氧气扩散到固体燃料表面扩散到固体表面的气体（或氧气）须被固体表面所吸附。吸附的气体和固体表面进行化学反应，形成吸附后的生成物吸附后的生成物从固体表面上解吸解吸后的气体生成物扩散离开固体表面。碳燃烧释热的化学过程为碳燃烧释热的化学过程为:C+O2CO2+40.9104kJ 2C+O22CO+24.5104kJ 注意：实际上碳和氧并不是按照上式机理进行反应的。上式只是表注意：实际上碳和氧并不是按照上式机理进行反应的。上式只是表示整个化学反应的物料平衡和热平衡而已示整个化学反应的物料平衡和热平衡而已 34学习交流PPT关于碳和氧的反应机理，目前有三种说法：（1）二氧化碳模型C+O2CO2CO2+C2CO2CO+O22CO2（2）一氧化碳模型2C+O22CO2CO+O22CO2（3）中间碳氧络化物模型氧被吸附而停留在碳表面上，形成一种结构不确定的中间碳氧复合物CxOy。然后分解生成CO2、CO。35学习交流PPT碳粒燃烧过程可看作是由下列几个阶段组成的：氧向碳表面上扩散氧在碳表面上物理吸附化学吸附（生成中间碳氧化合物）复合物的分解反应生产物的解吸反应生产物扩散到周围气体介质中去。如果在燃烧过程中还有水蒸气存在，那么还会发生下列反应：CO+H2OCO2+H2CO+H2C+H2OC+2H2OCO2+2H22H2+O22H2OC+2H2CH436学习交流PPT