燃燒的實(shí)質(zhì)備課講稿

燃燒的實(shí)質(zhì)3.1燃燒的定義與燃燒實(shí)質(zhì)3.1.1燃燒的定義燃燒是一種放熱、發(fā)光的劇烈化學(xué)反應(yīng)。首先，可燃物質(zhì)在燃燒過(guò)程中變成了在性質(zhì)上與原來(lái)物質(zhì)完全不同的新物質(zhì)。例如，木材在空氣中燃燒時(shí)生成二氧化碳和水蒸氣。其次，燃燒是一種以發(fā)熱、發(fā)光為特征的劇烈化學(xué)(氧化)反應(yīng)。例如，銅在空氣中氧化生成氧化銅不是燃燒，只是一般的氧化反應(yīng)。燃燒不僅是木材在空氣中燃燒時(shí)生成二氧化碳和水蒸氣之類的化合反應(yīng)，也可能是分解反應(yīng)。如硝化甘油燃燒生成二氧化碳、水、氧和氮以及光和熱。燃燒反應(yīng)的結(jié)果是產(chǎn)生大量的熱，并把反應(yīng)產(chǎn)物加熱到發(fā)光。所有易燃固體、液體、氣體物質(zhì)的燃燒都屬于放熱、發(fā)光的劇烈化學(xué)反應(yīng)。3.1.2燃燒的實(shí)質(zhì)燃燒是可燃物質(zhì)與氧或其他氧化劑進(jìn)行反應(yīng)的結(jié)果。劇烈氧化的結(jié)果是放出光和熱，而一般氧化沒(méi)有發(fā)光現(xiàn)象。所以，氧化與燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，只是反應(yīng)的速度和發(fā)生的現(xiàn)象不同。也就是說(shuō)，物質(zhì)燃燒是氧化反應(yīng)，而氧化反應(yīng)不一定都是燃燒。例如，硫在空氣中燃燒生成二氧化硫，并發(fā)出光和熱，屬于燃燒；碳酸氫鈉與硫酸鋁反應(yīng)生成二氧化碳、氫氧化鈉和硫酸鈉，但不發(fā)出光和熱，只屬于一種化學(xué)反應(yīng)，而不屬于燃燒；生石灰與水起反應(yīng)生成熟石灰，同時(shí)發(fā)出熱，但沒(méi)有發(fā)出光，也只是化學(xué)反應(yīng)，而不屬于燃燒；如燈泡通電后發(fā)出光和熱，但無(wú)氧化反應(yīng)，這只屬于物理現(xiàn)象，而不能稱之為燃燒；鐵在空氣中氧化生成一氧化鐵，發(fā)熱少且無(wú)發(fā)光現(xiàn)象，這屬于一般的氧化反應(yīng)，也不能稱之為燃燒。從本質(zhì)上而言，燃燒是一種氧化-還原反應(yīng)，參加燃燒的反應(yīng)物必須包含氧化劑和還原劑，也就是通常所說(shuō)的助燃物和可燃物。燃燒時(shí)因?yàn)槿毖醵a(chǎn)生的一氧化碳是可燃?xì)怏w，也是有毒氣體。3.2燃燒的條件任何燃燒現(xiàn)象的發(fā)生，都必須同時(shí)具備可燃物、助燃物和著火源這三個(gè)條件。這三個(gè)條件又叫做燃燒三要素。3.2.1燃燒三要素通常把可燃物、助燃物、著火源這三個(gè)要素組成一個(gè)等邊三角形——燃燒三角形來(lái)表示三要素對(duì)燃燒具有同等的重要性。3.2.1.1可燃物質(zhì)能在空氣或其他氧化劑中發(fā)生燃燒反應(yīng)的物質(zhì)稱為可燃物質(zhì)?？扇嘉镔|(zhì)分為固體、液體和氣體。在這三種形態(tài)的可燃物質(zhì)中，可燃?xì)怏w最易燃燒，可燃固體和可燃液體是先汽化，后燃燒。例如，木材、煤炭等都是在受熱后分解出水蒸氣、其他氣體和碳之后才燃燒；石蠟、瀝青等都是受熱熔化成氣體后再燃燒；汽油、煤油等石油產(chǎn)品都是受熱揮發(fā)出氣體，與空氣混合達(dá)一定比例后再燃燒?？扇脊腆w的易燃性和它與空氣的接觸面積有關(guān)，單位質(zhì)量的物質(zhì)與空氣的接觸面積越大，則越容易燃燒。例如，整塊木頭不易用火柴點(diǎn)燃，如將之削成木刨花，則很容易點(diǎn)燃；大塊的鋁、鎂看起來(lái)是不燃物質(zhì)，可是將之加工成鋁粉和鎂粉后，它們不僅容易燃燒，而且還具有爆炸性。3.2.1.2助燃物質(zhì)凡與可燃物質(zhì)相互結(jié)合能導(dǎo)致燃燒的物質(zhì)都叫做助燃物質(zhì)。與可燃物質(zhì)不同，助燃物質(zhì)本身不會(huì)燃燒，只是能幫助和支持可燃物燃燒的物質(zhì)。例如氧氣本身屬于不燃物質(zhì)，它本身不能燃燒，但沒(méi)有它就不能引起劇烈的氧化反應(yīng)，也就沒(méi)有燃燒，所以氧氣是一種助燃物質(zhì)。氯氣、氯酸鉀、高錳酸鉀等氧化劑里的氧氣十分活躍，在一定條件下，其中的氧氣也會(huì)像空氣中的氧氣一樣與可燃物結(jié)合，引起劇烈的氧化反應(yīng)而燃燒。所以，一般我們將氧和氧化劑都稱為助燃物。沒(méi)有助燃物，任何物質(zhì)都燃燒不起來(lái)。可燃物的完全燃燒必須要有足夠的氧氣，使等量的各種可燃物完全燃燒所需的空氣量各不相同。例如，要使1kg木材燃盡，需要4～5m3的空氣，而燃盡1kg石油產(chǎn)品需要10～12m3的空氣。當(dāng)空氣中氧氣不足時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒，生成可燃且有毒的一氧化碳?xì)怏w?？諝庵械难鹾考s為21％，燃燒時(shí)，如空氣中含氧量降到11％以下，一般物質(zhì)的燃燒就會(huì)停止。當(dāng)含氧量降到16％時(shí)，就對(duì)人體健康造成影響；當(dāng)含氧量下降到10％時(shí)，人就會(huì)因缺氧暈倒，如不及時(shí)搶救會(huì)導(dǎo)致死亡。3.2.1.3著火源凡能引起可燃物質(zhì)燃燒的熱能源都叫做著火源。最常見(jiàn)的著火源有明火焰、赤熱體、火星和電火花、化學(xué)能以及聚焦日光等。3.2.2燃燒條件即使具備燃燒的三個(gè)條件，燃燒也不一定能發(fā)生。要燃燒，首先必須使可燃物質(zhì)與氧有一定的數(shù)量比例；其次，必須供給足夠的氧氣；再次，著火源必須要有一定溫度和足夠的熱量；最后，必須使燃燒的三個(gè)條件相互結(jié)合作用在一起，燃燒才會(huì)發(fā)生。3.3燃燒類型所謂燃燒類型，即具有共同特征但表現(xiàn)形式不同的燃燒現(xiàn)象。根據(jù)燃燒所表現(xiàn)的不同形式，可分為閃燃、著火、自燃和爆炸四種類型。3.3.1閃燃（1）定義閃燃是指在一定溫度下易燃或可燃液體(包括可溶化的少量固體，如石蠟、樟腦、萘等)蒸氣與空氣混合后達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明火源產(chǎn)生一閃即滅(5s以內(nèi))的燃燒現(xiàn)象。閃燃發(fā)生的原因是因易燃、可燃液體在閃燃溫度（閃點(diǎn)）下，蒸發(fā)速度還不快，蒸發(fā)出來(lái)的氣體僅能維持一剎那的燃燒，而來(lái)不及補(bǔ)充新的蒸氣以維持穩(wěn)定的燃燒，因而燃燒一下就熄滅了。閃燃往往是火災(zāi)的先兆。（2）閃點(diǎn)閃點(diǎn)又稱閃火點(diǎn)，是發(fā)生閃燃現(xiàn)象的最低溫度。閃點(diǎn)是表征可燃液體性質(zhì)的指標(biāo)之一，閃點(diǎn)比燃點(diǎn)(著火點(diǎn))低。閃點(diǎn)是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，液體表面上的蒸氣與空氣混合物接觸火源時(shí)初次發(fā)生藍(lán)色閃光的溫度，可在標(biāo)準(zhǔn)儀器中測(cè)量出來(lái)。閃點(diǎn)是評(píng)定液體火災(zāi)危險(xiǎn)性的主要依據(jù)?？梢愿鶕?jù)閃點(diǎn)確定生產(chǎn)、儲(chǔ)存可燃性液體的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別：閃點(diǎn)低于28℃的為一級(jí)易燃液體；閃點(diǎn)在28～60℃的為二級(jí)易燃液體；閃點(diǎn)高于60℃的為三級(jí)易燃液體。當(dāng)裝運(yùn)石油產(chǎn)品無(wú)閃點(diǎn)資料時(shí)，應(yīng)按一級(jí)易燃液體對(duì)待。我國(guó)規(guī)定，閃點(diǎn)在65℃以下的可燃液體都屬于易燃液體。幾種常見(jiàn)易燃液體的閃點(diǎn)如表3-1所示。表3-1幾種常見(jiàn)易燃液體的閃點(diǎn)3.3.2著火(1)著火的定義著火是指可燃物在一定的溫度條件下遇明火源產(chǎn)生一種持續(xù)(5s以上)燃燒的現(xiàn)象。(2)著火點(diǎn)著火點(diǎn)又稱燃點(diǎn)，是能產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象所需要的最低溫度。一切可燃液體的燃點(diǎn)都高于其閃點(diǎn)。易燃液體的燃點(diǎn)比其閃點(diǎn)高1～5℃，液體閃點(diǎn)越低，這一差數(shù)就越小。例如，汽油、苯、二硫化碳的燃點(diǎn)僅比其閃點(diǎn)高1℃。表3-2幾種常見(jiàn)物質(zhì)的燃點(diǎn)3.3.3自燃(1)定義自燃是可燃物質(zhì)在空氣中未接觸明火源，在一定溫度下發(fā)生的燃燒現(xiàn)象。（2）自燃點(diǎn)自燃點(diǎn)是可燃物質(zhì)能發(fā)生自燃的最低溫度，它不是一個(gè)固定的數(shù)值。液體和氣體的自燃點(diǎn)與壓力成反比；石油制品的自燃點(diǎn)隨分餾點(diǎn)的升高而降低，即重質(zhì)油品比輕質(zhì)油品的自燃點(diǎn)低；當(dāng)裝有可燃液體的容器直徑縮小時(shí)，自燃點(diǎn)升高，小到一定數(shù)值時(shí)便不能自燃；固體物質(zhì)的自燃點(diǎn)與其粉碎程度成反比，并且受熱時(shí)間越長(zhǎng)，其自燃點(diǎn)越低。（3）自燃的種類自燃可分為本身自燃和受熱自燃兩種。本身自燃又稱蓄熱自燃，是指某些物質(zhì)在沒(méi)有外來(lái)熱源作用的情況下，由于其內(nèi)部的生物、物理或化學(xué)的作用而產(chǎn)生熱量，在一定的條件下，積熱不散、溫度升高，達(dá)到該物質(zhì)的自燃點(diǎn)而發(fā)生的自行燃燒。為防蓄熱自燃，對(duì)貨物應(yīng)采取與熱源隔離、妥善包裝、防止潮濕、良好通風(fēng)等措施。某些可燃物質(zhì)的蓄熱自燃能在常溫下發(fā)生，因此潛伏著極大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，應(yīng)予以特別注意。常見(jiàn)的能發(fā)生蓄熱自燃的物質(zhì)如下：①植物產(chǎn)品：稻草、樹(shù)葉、麥芽、鋸末、甘蔗渣、籽棉等。②油脂：主要是植物油和動(dòng)物油粘附于植物纖維或其制品上，如油布、油紙及其制品或粘棉紗頭。③煤：除無(wú)煙煤之外的煙煤、褐煤和泥煤。主要是由于煤的呼吸和氧化作用以及熱交換引起。煤的粉碎程度、濕度、揮發(fā)物的含量和單位體積的散熱量，對(duì)煤的自燃影響很大。④硫化鐵：主要是硫鐵礦以及金屬油罐、油艙受腐蝕生成的硫化鐵等。船上常見(jiàn)的易發(fā)生蓄熱自燃的物質(zhì)有煤及硫化鐵，油艙底部艙壁上的硫化鐵，粘有油脂的棉、麻植物，棉紗頭，潮濕的棉、麻等植物纖維，化學(xué)危險(xiǎn)品中的黃磷、硝化纖維素及其制品。受熱自燃是指物質(zhì)被加熱到一定溫度時(shí)，不用外界明火作用引起自行燃燒現(xiàn)象。引起受熱自燃的原因有：①接觸熱的物體，如煙囪、取暖設(shè)備、電熱器等；②直接火加熱；③摩擦生熱，如機(jī)器軸承缺乏潤(rùn)滑或纏繞纖維物質(zhì)；④化學(xué)熱效應(yīng)，如化學(xué)反應(yīng)中放出的熱等；⑤壓縮熱，如物質(zhì)受高壓壓縮時(shí)發(fā)熱；⑥輻射熱，如明火和熾熱物體發(fā)生輻射熱，太陽(yáng)輻射熱等。船舶上常見(jiàn)物質(zhì)的自燃點(diǎn)如表3-3所示。表3-3船舶上常見(jiàn)物質(zhì)的自燃點(diǎn)3.3.4爆炸與爆炸極限(1)爆炸從消防角度講，凡是發(fā)生瞬間的燃燒，同時(shí)生成大量的熱和氣體，并以很大的壓力向周圍擴(kuò)散的現(xiàn)象叫爆炸。爆炸能直接產(chǎn)生火災(zāi)，其沖擊波能將火勢(shì)迅速擴(kuò)散，同時(shí)破壞建筑物，加速氣體對(duì)流，使燃燒加劇，還會(huì)造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。爆炸有核爆炸、化學(xué)爆炸和物理爆炸三種。核爆炸：由于原子核的分裂或熱核反應(yīng)所引起的爆炸?；瘜W(xué)爆炸：由于爆炸性物質(zhì)本身發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱和氣體而發(fā)生的爆炸。這種爆炸其實(shí)是物質(zhì)高速度的燃燒現(xiàn)象——?jiǎng)恿θ紵?。例如爆炸物品以及可燃?xì)怏w、液體、蒸氣和粉塵與空氣混合的爆炸，這種爆炸能直接造成火災(zāi)，具有很大的危險(xiǎn)性。事實(shí)上，化學(xué)爆炸是可燃物質(zhì)事先與氧化劑的混合物（或本身含氧的炸藥）遇到火源而發(fā)生極短時(shí)間內(nèi)的高速度燃燒。物理爆炸：由于氣體或液體蒸汽迅速膨脹，壓力急劇增加，并大大超過(guò)容器所能承受的壓力所發(fā)生的爆炸。例如蒸汽鍋爐、壓縮和液化氣體鋼瓶、油桶、油罐爆炸等。這種爆炸能間接地造成火災(zāi)。根據(jù)爆炸傳播速度不同，爆炸可分為三種形式：①爆燃：物質(zhì)爆炸傳播速度為每秒數(shù)十米至百米，壓力不激增，無(wú)聲響，無(wú)多大破壞性。如無(wú)煙火藥在空氣中的迅速燃燒，氣體混合物接近爆炸濃度上限或下限時(shí)的爆炸等都屬于此類。②爆炸：物質(zhì)爆炸傳播速度為每秒數(shù)百米，爆炸時(shí)在爆炸地點(diǎn)引起壓力激增，有震耳的聲響，有較大的破壞力。如壓緊的火藥受摩擦或遇火源引起的爆炸，以及可燃?xì)怏w、液體、蒸氣或粉塵等爆炸混合物的爆炸均屬于此類。③爆震（爆轟）：這種爆炸具有突然升起的極高壓力，以超音速的沖擊波傳播，每秒可達(dá)千米。這種沖擊波能遠(yuǎn)離爆震發(fā)源地而獨(dú)立存在，并能引起該處其他炸藥的爆炸（稱瞬爆），具有極大的破壞力。各種處于部分或全部封閉狀況下的炸藥爆炸，以及氣體混合物處于特定濃度范圍內(nèi)或處于高壓下的爆炸均屬于此類。

由此可見(jiàn)，造成爆炸必須具備如下要素：可燃物與助燃物事先混合；變化速度非?？?；產(chǎn)生大量的熱，生成大量的氣態(tài)產(chǎn)物。（2）爆炸極限可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵與空氣混合的混合物，必須在一定的濃度范圍內(nèi)，遇著火源才能發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度的最低值叫下限，最高值叫上限。下限至上限的范圍叫爆炸極限范圍。通常用可燃?xì)怏w在空氣中所占比例——百分比(％)來(lái)表示。低于爆炸極限下限，氣體量不足，“過(guò)稀”，遇明火不會(huì)爆炸和燃燒；高于爆炸極限上限，氣體量過(guò)多，“過(guò)濃”，遇明火會(huì)燃燒，當(dāng)有空氣進(jìn)入，可燃?xì)怏w被稀釋到爆炸極限范圍內(nèi)，就會(huì)發(fā)生爆炸。以汽油為例，要發(fā)生爆炸，其蒸氣與空氣混合的濃度為1.5%～6.9%，1.5%為下限，6.9%為上限。常見(jiàn)可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸極限范圍如表3-4所示。表3-4常見(jiàn)可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸極限范圍從表中可看出，氫、乙炔、一氧化碳等的爆炸濃度范圍很大，而汽油、丙烷、丁烷等的爆炸濃度范圍較小。爆炸濃度范圍越大，爆炸危險(xiǎn)性越高。(3)影響爆炸極限的因素①原始溫度原始溫度升高，導(dǎo)致下限下移，上限增高，因此極限范圍擴(kuò)大。②原始?jí)毫υ級(jí)毫υ礁?，下限變化很小，但上限有很大提高，因此極限范圍擴(kuò)大。降低原始?jí)毫?，可以減小爆炸極限范圍，當(dāng)減到一定數(shù)值，將使下限升高，上限下降，最后重合直至不爆炸為止。③含氧量含氧量增加，會(huì)導(dǎo)致爆炸極限范圍擴(kuò)大，因此增加爆炸危險(xiǎn)性。如在混合氣體中滲入氮或二氧化碳等不燃的惰性氣體，使其含氧量相對(duì)降低，也可防止爆炸。油輪貨艙充灌惰性氣體就是利用該原理防止爆炸。④容器的體積容器直徑越小，極限范圍越小。⑤熱源能量熱源能量即點(diǎn)火引爆的能量，當(dāng)能量大、熱源表面面積大時(shí)，如果熱源與可爆混合物接觸時(shí)間長(zhǎng)，就會(huì)使爆炸極限擴(kuò)大，從而使爆炸危險(xiǎn)性增加。每一種可爆混合物，都有一個(gè)起爆的最小點(diǎn)火能量，低于這個(gè)能量，混合物不會(huì)爆炸。3.4船舶火災(zāi)的蔓延影響火勢(shì)蔓延的因素有熱傳播、氣候、風(fēng)勢(shì)、地理環(huán)境、建筑物等，但主要的是熱傳播。物質(zhì)燃燒放出的熱能，以傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式向四周傳播。3.4.1傳導(dǎo)熱量從物體的一端傳到另一端的現(xiàn)象，叫做熱量的傳導(dǎo)。這種方式的傳導(dǎo)，主要是依靠物質(zhì)彼此接觸的微粒能量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如當(dāng)我們用鐵條等金屬通火爐時(shí)，時(shí)間一長(zhǎng)捏鐵條的手就會(huì)感到發(fā)燙，這就是熱傳導(dǎo)。一般金屬物質(zhì)較非金屬物質(zhì)導(dǎo)熱性強(qiáng)。如鋼材比木材強(qiáng)350倍；鋁比木材強(qiáng)1000倍。3.4.2輻射以熱射線傳播熱量的現(xiàn)象，叫做輻射。這種熱射線以電磁波的形式向周圍傳播熱能，它不受介質(zhì)的影響。這種熱射線是肉眼看不見(jiàn)的，但我們可以感到它的存在與強(qiáng)度大小。放射熱量的物體，其輻射強(qiáng)度和該物體絕對(duì)溫度的四次方成正比(即燃燒物溫度越高，輻射強(qiáng)度越大)。被輻射物受熱量和放射物體與被輻射物的距離的平方成反比(即距離近，受熱多；距離遠(yuǎn)，受熱少)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰溫度通常在1000℃以上，而木材、竹竿、稻草等物的自