火灾发展的规律

第四章 可燃气体的燃烧

第五章 可燃液体的燃烧

第六章 可燃固体的燃烧

爆轰和正常火焰传播

爆炸极限

闪点和自燃点

原油的沸溢和喷溅

第六章

可燃固体的燃烧

第一节 概述：燃烧形式和评价参数

第二节 固体着火理论：引燃条件和引燃时间， 火焰传播速度

第三节 典型固体的燃烧：高聚物、木材、煤和金属

第四节 固体的阴燃：阴燃条件和传播规律

第五节 粉尘和粉尘爆炸：形成条件和预防措施

第六节 阻燃处理技术：工艺和原理

第一节 概述

一、固体燃烧类型二、评价固体火灾危险性的参数

一、固体燃烧类型

1. 蒸发燃烧（轻金属和易升华固体）2. 表面燃烧（焦碳、重金属）3. 分解燃烧（木材、煤）4. 阴 燃（香烟、锯末等）5. 爆炸（动力燃烧）（粉尘爆炸、炸药爆炸和轰然）

固体燃烧特点： 1. 一般可分为两个阶段 2. 放热量较大 3. 自燃点比气体和液体高 4. 火焰传播速度与粒径有极大关系

二、评价固体火灾危险性的参数

1. 熔点、闪点和燃点

2. 热分解温度

3. 自燃点

4. 比表面积

5. 氧指数（ 22~27 ）

其他：粉尘爆炸的下限和炸药的感度等

1. 粒径越小，固体自燃点越（）

A 越高 B 越低

2. 受热时间越长，固体自燃点越（ ）

A 越高 B 越低

3. 环境氧含量越小，固体的自燃点越（）

A 越高 B 越低

三、固体的闪点、燃点和自燃点的变化

@

@

@

第三节 典型固体的燃烧

一、高聚物的燃烧

二、木材和煤的燃烧

三、金属的燃烧

一、高聚物的燃烧1. 燃烧过程： （ 1 ）软化熔融：热量蓄积以提高温度 （ 2 ）热分解：燃烧的关键阶段 （ 3 ）着火燃烧：主要时分解产物中可燃气的燃烧。

2. 燃烧特点：

只含碳、氢的高聚物易燃但不猛烈

含氧类的高聚物易燃而且猛烈

含卤素类的高聚物具有难燃自熄的特点

3. 燃烧特点（共性） （ 1 ）发热量较高、燃烧速度快 （ 2 ）发烟量大，影响能见度 （ 3 ）燃烧产物的危害性大 CO 、 NOX 、 COCl2 、 SO2 等毒性4. 高聚物燃烧时的发烟性 （ 1 ）碳粒子的形成过程 （ 2 ）发烟起始温度越高，烟的释放速度越慢、发烟起始温度：透光率降低至 95% 时的温度

5. 不同类型高聚物的燃烧特点

含碳和氢易燃但不猛烈，撤去火源可持续燃烧，

火焰呈兰色或黄色，燃烧有溶滴，有 CO 产生

含氧易燃且猛烈，火焰呈黄色，燃烧变软无溶滴，

有 CO 产生

含氮 难燃自熄，缓燃缓熄。有溶滴，产生 CO ， NO 和HCN

含氯 难燃自熄，缓燃缓熄火焰呈黄色，无溶滴，有炭瘤释放 HCl

含氟 不燃，但强热时释放腐蚀性毒气 HF

酚醛树脂无填料难燃自熄，有填料缓燃缓熄。

火焰黄色，冒黑烟，放出有毒的酚蒸气

二、木材和煤的燃烧思考：

1. 煤和木材的燃烧都属于热分解式燃烧，二者有何异同？

2. 锅炉用煤为什么要有一定的湿度？

3. 含水量大小对木材和煤的燃烧性能有无影响？如何影响？

（一）木材的燃烧

1. 木材组成：

纤维和半纤维和木质素， [C+O>80~90%] 、 N 、H

2. 热分解：

随温度升高，分解产物不断变化，其中可燃组分逐渐升高3. 燃烧历程：

（ 1 ）有焰燃烧：可燃气燃烧（温度高，速度快）

（ 2 ）无焰燃烧：焦炭表面燃烧。

二者区分很明显

4. 燃烧速度的影响因素：

1.纹理对导热性和透气性的影响

2. 木材密度对导热性和透气性的影响

3. 含水量的影响（蒸发和导热）

4. 比表面积的影响 （空隙率）

（二）煤的燃烧

1. 木材组成： C 、 O 、 N 、 H 、 S

2. 热分解：

3. 燃烧特点（与木材的区别）

（ 1 ）存在有焰燃烧和无焰燃烧，但区分不明显，两种燃烧同时进行，初期燃烧以有焰燃烧为主，焦碳燃烧仅占 15~20% 。 （与木材的区别）

（ 2 ）灰分的存在将使煤的燃烧速度减小

（ 3 ）煤的含水量越高，燃烧速度越快 （木材不同）

（三）木炭和焦碳的燃烧

1. 二者发生时间的差别

木炭燃烧主要发生在木材的有焰燃烧之后，焦碳燃烧则与煤的燃烧同时发生

2. 内孔效应的影响

（ 1 ）内孔效应：由于内部空隙的现在而使燃烧速度加快的现象

（ 2 ）木炭的内孔效应较显著

3. 覆盖效应对各自燃烧速度的影响

（ 1 ）覆盖效应：燃烧残余的固态灰分形成多孔的覆盖层，减小了燃烧产物和氧气的扩散速度而使燃烧速度降低的现象

（ 2 ）木炭的覆盖效应较弱

三、金属的燃烧

1. 挥发性金属及其燃烧特点：

（ 1 ）沸点低于其氧化物的熔点

（ 2 ）首先在表面形成多孔的氧化膜

（ 3 ）随着燃烧进行，内部金属温度逐渐升高达到沸点时，蒸汽将液态氧化膜冲破，燃烧变的更剧烈。

（ 4 ）挥发金属的燃烧温度高于氧化物的沸点，所以燃烧过程中产生白色浓烟

2. 不挥发性金属及其燃烧特点： 沸点高于其氧化物的熔点，燃烧过程中始终在表面形成氧化物膜 燃烧过程中无白烟

挥发性金属的燃烧属于熔融蒸发式燃烧

不挥发性金属的燃烧属于表面燃烧

3. 金属燃烧的普遍特征：

（ 1 ）燃烧热值很大，燃烧温度很高

（ 2 ）燃烧的难易程度与比表面积关系极大

（ 3 ）高温燃烧条件下金属的性质很活泼

（ 4 ）某些金属有特征的颜色

复习与思考：1. 固体燃烧分类2. 木材、煤和金属的燃烧各有何特点

3. 香烟的燃烧过程与木材有何区别？4.我们常说的“死灰复燃”是如何发生的？有何

危害？如何避免？5. 阻燃材料为什么能阻燃？如何正确理解阻燃材

料的阻燃性能？

第六章

可燃固体的燃烧

思考：

1. 香烟的燃烧过程与木材有何区别？ 2.我们常说的“死灰复燃”是如何发生的？ 有何危害？如何避免？ 3. 阻燃材料为什么能阻燃？如何正确理解阻燃材料的阻燃性能？

第四节 固体的阴燃 --- 重点

一、阴燃的特点二、阴燃发生条件三、阴燃的传播四、阴燃的影响因素五、阴燃向有焰燃烧的转变

一、阴燃的特点1. 阴燃： 在规定的实验条件下，物质发生的持续、有烟、无焰的燃烧现象

2. 阴燃的特点

与有焰燃烧的区别是没有火焰

与无焰燃烧的区别是分解产生可燃气

发生阴燃的原因是热解产生可燃气的速度小于燃烧速度

二、阴燃发生条件 （ 1 ）热解后易产生刚性多孔炭结构（理化性质）

（ 2 ）热源有合适的供热速率（外界环境条件）

引起阴燃的途径

（ 1 ）自燃热源 （堆垛）

（ 2 ）阴燃引起的阴燃（香烟阴燃地毯）

（ 3 ）有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃（“死灰复燃”）

三、阴燃的传播

Ⅱ Ⅲ Ⅳ

纤维素沿水平方向的阴燃示意图

Ⅱ. 热解区：温度升高释放出可燃气（烟）

Ⅲ. 炭燃烧区：发生表面氧化并放出热量温度高达 600~750°C

Ⅳ.残余会：温度降低

Ⅰ. 原始区阴燃能否传播及传播速度取决于炭化燃烧区的稳定性及向热解区的热传递速率

（一）阴燃传播过程

Ⅰ

（二）阴燃传播速度的影响因素

1. 材料性质和尺寸

（ 1 ）保温性越好，阴燃速度越快（棉花）

（ 2 ）粒径和厚度 （空气扩散和散热大小）

厚度一定，粒径减小，传播速度略有增加

粒径一定，厚度越小，速度越快。过小则不能传播

2.空气流速和氧气浓度对传播速度的影响

空气流速增大，有利于氧的输送，同时也有利于热量向未燃区域传播，加快了阴燃传播速度。

环境中氧气 浓度越大，燃烧区温度升高，有利于热量传递。

3. 阴燃方向对传播速度的影响 向上传播速度最大，向下传播速度最小，水平次之

4. 易阴燃材料存在有利于阴燃的传播

五、阴燃向有焰燃烧的转变为什么能够转变？在什么条件下转变？

Ⅱ Ⅲ ⅣⅠ

如果Ⅲ区向Ⅱ区传递的热量足够大，未燃区产生的可燃气达到一定浓度时，阴燃转变为有焰燃烧。

阴燃向有焰燃烧转变的几种途径：

1.当阴燃由内发展到外时，与氧气接触面积增大

2.外界能量升高，Ⅱ区可燃挥发份释放速率增大

3. 条件改变，环境中氧气浓度增大

第七节 固体阻燃处理概述

1. 固体为什么要阻燃？

2. 阻燃的方法有哪些，各有什么优缺点？

3. 如何选择阻燃剂？

4. 阻燃剂是如何发生作用的？

5. 木材、塑料、钢材是怎样进行阻燃处理的？

一、阻燃的方法分类及特点

原理 特 点

反应型 化学键合 对使用性能影响小、工艺复杂

添加型 物理分散 工艺简单、对使用性能影响大

特 点有机阻燃剂 相容性好，添加量少，毒性，烟量大，稳定性差

无机阻燃剂 添加量大，影响加工、成型能力、降低强度、增加导电性

表一 反应型和添加型阻燃剂的原理和特点

表二 有机阻燃剂和无机阻燃剂的原理和特点

阻燃剂：能够保护材料不着火或者使火焰难以蔓延的化学物质

二、阻燃剂的选择原则

1. 阻燃效果显著，稳定性好，作用时间长

2. 与基材的相容性好，不影响其物理、机械和加工性能

3. 燃烧或受热分解时发烟量小，毒性低

4. 价格低廉、制备工艺简便

三、阻燃剂的阻燃机理

1.吸热作用

2.稀释作用

3.捕捉自由基作用

4.覆盖作用

5.转移效应

6.协同作用

氢氧化铝（ ATH ）的为什么可以作为无机阻燃剂？

（ 1 ） ATH在热分解过程中吸收热量 ,使基材温度降低 ,减缓材料的热分解速度

答：氢氧化铝受热发生如下反应：QOHOAlOHAl 2323 3)(2

（ 2 ） ATH 分解产生的水蒸汽有稀释作用

（ 3 ） ATH 分解产生的固体物质有覆盖作用

（ 4 ）氢氧化铝的存在可能有转移效应

问题二：磷系阻燃剂的阻燃原理

稀释作用

吸热作用

覆盖效应

隔热作用

聚合生成聚磷酸

分解释放磷酸脱水炭化

水蒸气

焦碳

问题三：卤系阻燃剂的阻燃原理

1. 受热分解出卤化氢，捕捉火焰中的自由基，使连锁反应中断2. 比重较大的卤化氢覆盖在材料表面阻碍空气的扩散

问题四：何谓协同效应，举例说明

一种阻燃剂的存在使另一阻燃剂的阻燃性能提高的现象

如：将 Sb2O3 掺入有机卤化物中可以显著提高其阻燃性能

OHSbOClOSbHCl 232 22

3SbClSbOCl

SbCl3 的存在有以下作用：1. 受热分解 `Cl ，具有捕捉自由基的作用2. 具有较好的“覆盖作用”3. 以上过程延长了 `Cl 的释放时间，同时还有吸热作用

四、常见固体的阻燃方法

1. 木材： 浸渍、涂覆、添加阻燃剂

2.塑料： 共混、接枝共聚、添加阻燃剂或无机填料3.刚材： 涂覆防火涂料

防火涂料：涂覆于固体表面起阻燃作用的涂料

膨 胀 型 ~ ：受热时表面薄膜熔融，并起泡或隆起，形成海绵状隔热层，同时释放的惰性气体或阻燃气体充满在隔热层中可有效阻止基材燃烧的涂料。

非膨胀型 ~ ：受热时表面形成釉状物，起阻燃作用的涂料

第五节 粉尘爆炸

1. 可燃固体为什么会发生粉尘爆炸？2. 粉尘爆炸与气体爆炸有何区别？3. 评价粉尘爆炸危害的参数有那些？4. 粉尘爆炸的形成条件受那些因素影响？5. 粉尘爆炸如何预防和控制？

一、固体发生粉尘爆炸的条件1. 粉尘可燃2. 以一定浓度悬浮在空中3. 点火能量适宜

Emin约为 10~100mJ ，是气体的近百倍二、粉尘爆炸的过程

1. 热分解，释放可燃气

2.在火源作用下，可燃气与氧气发生燃烧

3. 火焰在整个粉尘中迅速传播

O2

二、粉尘爆炸的过程

三、粉尘爆炸的特点和危害

1. 点火能量比气体大、引爆时间长、过程复杂

2. 爆炸压力比气体略低，但正压作用时间长

3. 易形成二次爆炸，

4.后面的爆炸威力更大，破坏更严重

5. 产物的毒性大，不完全燃烧产物多。

四、粉尘爆炸的重要特性参数1. 爆炸压力和升压速度

最大爆炸压力：粉尘爆炸过程中所产生爆炸压力的最大值

最大升压速度：爆炸过程中升压速度的最大值 2. 爆炸极限

粉尘和空气混和物，遇火源能发生爆炸的粉尘的最低浓度（下限）和最高浓度（上限），用单位体积粉尘的质量表示

工业粉尘的爆炸下限： 20~60g/m3

工业粉尘的爆炸上限： 2~6kg/m3 （一般没有意义）

3.最小引燃能

五、影响粉尘爆炸的因素 (6)

1. 粉尘的物理化学性质

2. 粉尘的粒度和浓度

3. 可燃气体和惰性成分的含量

4. 粉尘所处的爆炸环境

5. 火源强度和点火方式

6. 容器的影响

五、影响粉尘爆炸的因素 (6)

1. 粉尘的物理化学性质 a ：挥发份含量越高，爆炸压力和升压速度越（ ）b ：燃烧热越高，越（ ）爆炸c ：氧化反应速度越快，爆炸越（ ）发生d ：容易带电的粉尘，越（ ）发生爆炸

a ：粉尘粒度越小，越（ ）爆炸。 b ：粒径大于临界直径的粉尘（ ）爆性能。 c ：加入可爆细粉尘后，爆炸性能改变

2. 粉尘的粒度和浓度

问题： 临界直径越（ ），发生爆炸的可能性越大？

a ： 可燃气体的混入， 最小点火能量将（ ）b ：惰性气体的引入 爆炸压力和升压速度将（ ）

3. 可燃气体和惰性成分的含量

a ： 水分如何影响？ b ：环境温度和压力的影响如何？

4. 粉尘所处的爆炸环境

容器越大，爆炸时间越（ ），升压速度越（ ） 6. 容器的影响

a ： 火源温度高，接触时间长，越（ ）爆炸 b ：惰性气体的引入将（ ）粉尘爆炸性

5. 火源强度和点火方式

爆炸容器立方根定律： 常数3max)( V

dt

dP

六、粉尘爆炸的预防和控制1 ： 及时清除粉尘源和点火源2 ：采用惰气保护3 ：设置爆炸抑制装置4 ：设置防爆泄压装置 P

t/ms10 20 30 40 50压力传

感器

放大器

喷洒系统

爆炸抑制装置示意图

泄压面

防爆泄压装置示意图

防爆泄压面积的确定1.根据最大压力确定泄压比2.根据升压速度确定泄压比（图6-32）3.根据建筑物的体积确定泄压比（表6-31）

泄压比 设备或建筑类型0.33-0.11 28.32m3 以下轻质结构

0.11 28.32m3 以下可承强压结构

0.11-0.07 28.32~707.92 m3 房间、建筑物、储槽、容器等（还要考虑炸点与泄压孔位置、体积）

0.04 707.92 m3 以上，危险占小部分的钢筋混凝土结构0.04-0.05 707.92 m3 以上，危险占小部分的砖瓦和木结构0.05-0.07 707.92 m3 以上，危险占小部分的简易版压结构0.07-.033 707.92 m3 以上，危险占大部分的结构

不同类别设备与建筑的泄压比 （美国标准）

28.32m3 =1000ft3

例题：容积为 10m3 ，泄压后容器内最大压力为 0.2M Pa ，爆破板破裂的压力为 0.05M Pa ，若防爆等级为 st2级，泄压面积为多少才能满足要求？

1 10 100

容器容积（ m3 ）

10 1 0.1

泄压面积（ m3 ） PaPstat

4105

St1st2st3

8101520

kP10

粉尘防爆泄压面积算图

小结：一、固体发生粉尘爆炸的条件（ 3 ）

二、粉尘爆炸的过程三、粉尘爆炸的特点（ 2 ）和危害（ 3 ）四、粉尘爆炸的重要特性参数（ 3 ）

五、影响粉尘爆炸的因素 (6)

六、粉尘爆炸的预防和控制（ 4 ）

炸药爆炸

1. 炸药爆炸有何特点，按实际用途可以分为几类？

2. 如何评价炸药的危险性？

3. 炸药是如何爆炸的？它是如何对周围介质的产生破坏作用？

4. 何谓炸药的殉爆？如何避免殉爆的发生？

5. 炸药的保管和储藏有何要求？

6. 煤矿井等特殊场所，为什么必须使用“安全炸药”？

炸药发生爆炸的原因 1.本身含有不稳定基团，分子结构不稳定

2.绝大多数含有氧，无需外界提供氧就能爆炸

3. 氧化还原反应速度极快

一、炸药爆炸的特点和分类（ 1 ）炸药爆炸的特点（凝聚体系） 1.反应速度极快。（在万分之一秒甚至更短时间内完成）

2. 放热量大。 （温度数千度，压力达近千兆帕）

3. 产生大量气体产物。 （体积膨胀百倍）

（ 2 ）炸药爆炸的分类（按用途） 实例

雷管、火帽TNT 、黑索金、胶质炸药

塑性炸药

黑火药、无烟火药

爆竹、烟火

特点

起爆药 感度高、起爆能低

猛炸药 性质较稳定，高威力、高猛度

发射药 发生爆燃

烟火剂 特殊的光、声、烟

二、炸药的爆炸性能（一）感度

热感度、机械感度、爆炸感度（表 6-32 ）

（三）热力学参数（表 6-33 ）

1. 爆容：单位质量爆炸后气体产物在标准状况下的体积

2. 爆热：单位质量爆炸后释放的热量（一般为恒容热量）

3. 爆热：爆炸瞬间释放的能量将产物的加热温度

4. 爆压：在一定容积内产生的压力

（二）安定性

1. 化学 ~ ：受外界条件作用保持器化学性质不变的能力

2. 物理 ~ ：不吸湿、不挥发，保持机械强度的能力

3. 热 ~ ：在热作用下，保持物理化学性质不变的能力

（五）炸药的氧平衡

1. 概念

炸药中的氧与炸药中 C 、 H完全燃烧所需要氧之间的平衡关系

（四）爆炸威力和猛度

1.威力：爆炸过程中做功的能力（ TNT当量）

2. 猛度：爆炸初期做功的能力

（爆炸时铅柱被压缩的高度）

2.意义：影响产物的组成和威力 1.零氧平衡或接近零氧平衡的炸药，释放能量最多，做功做大

2. 正氧平衡产物中有氧化氮的存在

3.负氧平衡炸药，产物中含有一定量的 CO ，毒性较大

例题：试计算 TNT 的氧平衡值。

2271 6357 ，分子量为的组成为：）解：（ ONHCTNT

%10016)

22(

)2(

M

bac

B

氧平衡值计算公式为：

%0.74227

1625

726

）（

的氧平衡值为：

B

TNT

三、炸药的爆炸机理和破坏机理（一）爆炸机理

1. 热爆炸机理：在热的作用下，炸药发生分解。初始速度较慢，主要形成反应中心和积累活性中间体。随后，当分解放热速率大于向环境散热速率，产生热量积累使分解速度加快，中间产物量增大且相互碰撞放出大量热反应温度急剧上升；如此循环，当温度达到爆发点时，热分解就转化为爆炸

2.机械起爆机理：受到摩擦和撞击时，局部区域被加热达到起爆温度，形成灼热核，使炸药局部先爆，而后爆炸急速扩展到整个区域

3. 爆炸能起爆机理：主爆炸爆炸后产生的高温和高压气体和冲击波使从爆药温度升高而发生爆炸

1. 高温高压燃烧产物的直接膨胀冲击作用

（二）破坏作用

2. 爆炸产生的冲击波的作用3. 爆炸碎片的杀伤作用

产物

产物和冲击波

碎片和冲击波

P

R

四、炸药的殉爆（一）概念：一主炸药爆炸后引起其他炸药爆炸的现象

（二）殉爆产生的原因：

1. 爆炸产物的冲击作用

2. 主爆药爆炸碎片的冲击作用

*3. 主爆药产生的冲击波作用

4. 可燃物燃烧的加热作用（三）影响殉爆的因素：

1. 主爆药的量、爆热、爆速

2.从爆药的感度及与主爆药的位置

3.惰性介质的性质

五、炸药的安全和安全炸药（一）炸药的保管和储运注意事项

1.充分了解炸药的感度

2.充分了解炸药的不稳定性

*3.严格控制距离，防止殉爆的发生 （二）煤矿等危险场所使用的安全炸药要求

1. 爆炸能有一定限制

2. 爆炸反应要完全

*3. 氧平衡值应接近 0

4.适当添加消烟剂

5. 不含金属粉末