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第1章燃烧化学基础燃烧的本质和条件1.1.1 燃烧的本质所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。
燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。
从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。
如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。
它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。
现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。
这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用1.1.2.1 燃烧的条件燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。
作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。
1．可燃物（还原剂）不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。
2．助燃物（氧化剂）凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。
空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。
3．点火源凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。
上述三个条件通常被称为燃烧三要素。
但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。
第3章着火和灭火理论3.1 着火分类和着火条件3.1.1 着火分类可燃物的着火方式，一般分为下列几类：1）化学自燃：例如火柴受摩擦而着火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中的自燃；烟煤因堆积过高而自燃等。
这类着火现象通常不需要外界加热，而是在常温下依据自身的化学反应发生的，因此习惯上称为化学自燃。
2）热自燃：如果将可燃物和氧化剂的混合物预先均匀地加热，随着温度的升高，当混合物加热到某一温度时便会自动着火（这时着火发生在混合物的整个容积中），这种着火方式习惯上称为热自燃。
3）点燃（或称强迫着火）：是指由于从外部能源，如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等得到能量，使混气的局部范围受到强烈的加热而着火。
这时火焰就会在靠近点火源处被引发，然后依靠燃烧波传播到整个可燃混合物中，这种着火方式习惯称为阴燃。
大部分火灾都是因为阴燃所致。
必须指出，上述三种着火分类方式，并不能十分恰当地反映出它们之间的联系和差别。
例如，化学自燃和热自燃都是既有化学反应的作用，又有热的作用；而热自燃和点燃的差别只是整体加热和局部加热的不同而已，决不是“自动”和“受迫”的差别。
另外，火灾有时也称爆炸，热自燃也称热爆炸。
这是因为此时着火的特点与爆炸相类似，其化学反应速率随时间激增，反应过程非常迅速，因此，在燃烧学中所谓“着火”、“自燃”、“爆炸”其实质都是相同的，只是在不同场合叫法不同而已。
3.1.2 着火条件通常所谓的着火是指直观中的混合物反应自动加速，并自动升温以至引起空间某个局部最终在某个时间有火焰出现的过程。
这个过程反映了燃烧反应的一个重要标志，即由空间的这一部分到另一部分，或由时间的某一瞬间到另一瞬间化学反应的作用在数量上有突跃的现象，可用图3-1表示。
上图3-1表明，着火条件是：如果在一定的初始条件下，系统将不能在整个时间区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加速的过度过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，即达到燃烧态，那么这个初始条件就是着火条件。
燃烧学讲义现代的工业炉大部分都以燃料作为炉子热能来源，对于燃烧过程的评价及其特点的分析，从总的来说可以归纳为以下几个方面的主要问题：（1）燃烧温度：燃烧温度应满足炉内被加热钢料对炉温的要求。
（2）燃烧速度：它影响着炉内温度的高低和高温区集中的程度。
燃烧速度的特性指标是燃烧室容积热强度、简称“燃烧强度”，它表示单位容积内单位时间完全燃烧掉的燃料量（米3/米3•小时、千克/米3•小时或千焦/米3•小时），燃烧强度大，说明燃烧速度快（或用火焰传播速度表示），火焰短，高温区集中。
（3）燃烧完全程度：它影响到炉内温度，炉内气氛和燃料消耗量以及对大气的污染程度等。
燃烧完全程度一般由炉内气体成分或烟气成分决定。
假如可以用烟气中化学损失来表示，也可用“燃烧完全系数”表示。
炉内气氛的特点经常用CO/CO2和H/H2O等气体成分的比值来表示。
（4）燃烧的稳定性和可调性：为了调节燃烧装置的燃烧能力。
在所要求的调节范围内，燃烧过程应当稳定进行，比如要保持火焰的连续性，不回火，不脱火，不爆炸，不灭火。
每种燃烧装置都允许一定的调节范围，其大小通常用“调节倍数”或简称为“调节比”来表示。
一、燃烧温度1、燃烧温度的概念燃烧温度即燃料燃烧时生成的气态燃烧产物（烟气或炉气）所能到达的温度。
在实际条件下燃烧温度与燃料种类，燃料成分（即发热量），燃烧条件（指空气、煤气蓄热情况）以及传热条件等因素有关。
总起来说无非是决定于燃烧过程中的热平衡关系。
如果收入的热量大于支出的热量则将反映出燃烧温度逐渐升高。
反之则将反映出燃烧温度逐渐下降直到热平衡时燃烧温度才会稳定下来。
由此看来燃烧温度实质上就是一定条件下有热平衡所决定的某种平衡温度。
所以分析燃烧过程中热收入和热支出的平衡情况，从中找出估算燃烧温度的方法及提高燃烧温度的具体措施。
根据能量守恒和转化规律可知：燃烧过程中燃烧产物的热收入和热支出必然相等。
热收入各项有：①燃料燃烧的化学热（燃料的低发热值）②蓄热空气的物理热Q空=Ln•c 空•t空③燃料带入的物理热Q燃=c燃•t燃热支出各项有：①燃烧产物所含的热量Q产=Vn•c产•t产②由燃烧产物向周围介质的散热损失以Q介表示，它包含炉墙的全部热损失，加热金属和炉子构件等的散热损失。
③燃料不完全燃烧损失的热量以Q不表示，它包括化学性不完全燃烧损失和机械性不完全燃烧损失两项。
④高温下燃料产物热分解损失的热量以Q分表示。
因为热分解是吸热反应，故要损失部分热量。
若压力为5～25大气压，则1500℃以下水和二氧化碳不会分解，而只有当温度高于2300℃时才产生强烈热分解当上述的热量收入与支出达到热平衡相等时则其对应的燃烧产物的温度比定为某一定值t 产。
由于影响t产的因素很多，特别是Q分在实际条件下很难确定。
即使在同一个燃料的低发热量下由于燃烧条件不同则所得到的燃烧温度也不一样，为了从燃烧温度的角度来分析说明问题，便把燃烧温度区分为：绝对理论燃烧温度，理论燃烧温度，实际燃烧温度和量热计温度，它们的定义分别表述如下：①绝对理论燃烧温度：指燃料在理想的绝热条件下实现完全燃烧时的温度，即它不考虑一切热损失下的燃烧温度。
它是作yong平衡计算所必需的。
②理论燃烧温度：不考虑不完全燃烧损失和向介质的散热损失条件下燃料完全燃烧后放出的热量均为燃烧产物全部吸收、所能到达的最高温度。
理论燃烧温度是燃烧过程的重要指标，它表明某种成分的燃料在一定的燃烧条件下（量、空气预热温度、煤气余热温度）烟气所能达到的最高温度。
因为加热炉条件下热分解并不十分强烈，而Q分在一定的实际情况下计算十分复杂同时还很不准确（因分解都很难确定），故一般情况下都把它忽略不计，因而实际上的理论燃烧温度就被当成了绝对理论燃烧温度了。
事实上两者并非同一概念。
③实际燃烧温度指在实际条件下燃料燃烧后的温度，也就是把一切实际损失都考虑后所得的燃烧产物温度。
对于一定的炉子通过长期生产实践总结后，可以找到实际燃烧温度小于理论燃烧温度的值大约在某一范围内波动。
炉温系数η：通常说的炉温的概念与上述的实际燃烧温度是不同的。
通常说的“炉温”实质上是燃烧产物、被加热物和炉壁三者温度的中间值，而不是代表燃烧产物的温度。
但是在实践中通常把炉温当成实际燃烧温度，并把实际燃烧温度与理论燃烧温度的比值用η表示称之为炉温系数。
炉温系数还代表着炉子的温度特性④量热计温度：由于实际燃烧温度和理论燃烧温度都受到燃烧条件影响，故它们都不能单独从燃烧温度角度反映出燃料的性质。
为了从燃烧温度高低来直接评价燃料的质量便提出了所谓量热计温度。
即它仅仅由燃料的低发热值对燃烧产物得出的热平衡方程而不考虑其他一切因素影响时的燃烧温度。
V0为理论燃烧产物量实际上燃烧温度都是通过计算理论燃烧温度后乘以炉温系数得到的，二、提高燃烧温度的途径参照热平衡方程式①提高炉温系数对连续加热炉其炉温系数一般为0.70～0.85。
当炉子生产率P=500～600千克/米2时，其炉温系数=0.70～0.75，而当P=200～300千克/米2时，其炉温系数为0.75～0.85。
这说明炉温系数是随着炉子生产率的增高而降低。
在炉子热负荷增加时，炉温系数升高，另外，加快燃烧速度，尽量保证完全燃烧和提高火焰的辐射能力以及对炉子的绝热密封等措施都能使炉温系数升高，而导致燃烧温度提高。
②预热空气与燃料这对提高燃烧温度的效果最为明显，特别是预热空气效果更突出。
因空气量大。
预热温度由不受限制，燃料的预热温度要受到碳氢化合物分解温度、安全和燃料的燃点以及重油山点的限制（高炉煤气不受限制）。
③选用高发热值燃料增加燃料低发热值可以提高实际燃烧温度。
但要看到低发热值的增大和实际燃烧温度是不成正比的，当低发热值增大到一定值后，再增大低发热值其对应的理论燃烧温度几乎不再增高。
这是因为此时相应地燃烧产物量也随低发热值的增大而增大的结果。
几种燃料的发热温度（t量）燃料名称低发热值（KJ/m3）燃烧温度（℃）理论燃烧产物量低发/产物量(i)高炉煤气4174 1487 1.67 2499焦炉煤气16664 2070 4.82 3457高焦混合煤气8374 1824 2.72 3079水煤气10660 2210 2.74 3891天然气35171 2040 10.42 3375i表示每立方米理论燃烧产物的热含量。
随着低发热值的增高，i值增大时则燃料的发热温度也随之增加，如表中的高炉煤气变成焦炉煤气或混合煤气时就很明显。
而天然气的发热量比水煤气高3.3倍，但其发热温度反而比水煤气的发热温度低170℃，其原因就是天然气的i值比水煤气的i值小了516千焦/米3所致。
于是得到以下结论：即各种燃料的理论燃烧温度（在燃烧条件相同时）与其说与燃料的低发热值有关，还不如说主要取决于单位理论燃烧产物的热含量i的大小。
一般来说无论什么样的燃料其i值越大则相应它的理论燃烧温度就越高。
④尽量减少烟气量在保证完全燃烧的基础上，尽量降低实际烟气量是提高理论燃烧温度的有效措施。
具体来说就是：选用空气消耗系数n小的无焰烧嘴或改进烧嘴结构，加强热工测试，安装检测仪对炉温、炉压和燃烧过程进行自动调节等都能使实际烟气量降低，从而提高实际燃烧温度。
三、气体燃料的燃烧过程气体燃料的燃烧就是燃料中可燃气体分子与空气中的氧分子进行急烈氧化反应的过程。
任何气体燃料（简称煤气）就其本质来说它的燃烧过程都可以分为三个阶段：（1）煤气与空气的混合，（2）煤气与空气混和物着火，（3）空气中的氧与煤气中的可燃物进行并完成燃烧反应。
这三个阶段虽然彼此不同但是却是紧密联系互为促进的。
在加热炉内这三个阶段（即混合，着火和正常燃烧）实际上往往是同时存在的，相互制约并连续进行的。
其中混合过程属于物质的扩散过程。
它主要由物理方面的因素决定，一般是三个阶段中的最慢者即控制性环节，着火与正常燃烧反应属于传热和化学过程的综合现象，一般来说较快属于非控制性环节，它主要取决于化学动力方面的因素。
1、气体燃料的燃烧过程1）煤气与空气的混合及其影响因素保持煤气中可燃物分子与空气中氧分子充分接触混合良好，是实现煤气正常燃烧的前提，即混合的好坏以及混合速度的快慢对煤气的燃烧速度与火焰的长短有直接重大影响。
在煤气烧嘴中混合，实质上是煤气射流与空气射流的混合，它是一个紊流扩散与机械参混得过程。
两气体射流混合时，在射流断面上两种气体互相扩散，各自的浓度在烧嘴出口处最不均匀，而后靠扩散混合作用迫使浓度趋于均匀。
从浓度不均匀到均匀所经历的路程最短则说明混合越快。
故在讨论混合速度中常以达到某一浓度值所需要的射流长度，或以在某一射流长度断面上所能得到的浓度均匀程度为其特性指标。
按照射流的基本规律和一些实验研究结果对两股射流混合影响的主要因素是：①煤气与空气的流动方式：比如煤气喷射到静止的空气中；煤气与空气互相平行流动；煤气与空气一定的角度α相遇；煤气与空气呈旋转运动等；实验证明：在其它条件相同时，平行流动时的混合速度最慢，燃烧后得到的火焰也就最长且温度亦较低，这些都表明其混合程度很差。
使煤气与空气流股有一定夹角，而且是两射流的夹角越大越有利于混合。
这是因为两射流相遇处产生了新的脉动质点使紊流扩散加强了，同时还有机械参与混合作用都促进了气体的混合。
旋流中气体分子的运动行程比直流式长，因而加强了气体分子间的动量交换和缩短了扩散时间。
加上旋转气体的紊流程度又很强烈，所以在相同的空间距离内旋转气流的混合程度最好。
②气流速度在层流情况下混合是通过扩散的方式进行的，这时与气流速度无关。
故流速越大射流越长即火焰越长（1-4米/秒），当流速增大到一定值（4-7米/秒）后气体开始向紊流状态过渡，此时除了分子扩散混合外，气体微团径向紊流脉动的机械参混作用即紊流扩散作用加强了，而且是随着流速的增加而增加的。
所以使混合变好因而火焰长度缩短了，速度再增大气流进入完全紊流状态后，这时紊流扩散速度基本上随着气流速度成正比关系增加，所以火焰长度稳定下来不再随气流速度的增加而改变（7-8米/秒）。
③气流相对速度（速度差）对平行流动的两射流而言，气流的速度差越大，混合就越快，故增加煤气和空气的速度差是有利于混合的。
在流量不变时，加快空气流速可以促使其在煤气射流中尽快混合，从而使煤气流股中的氧气浓度达到燃烧反应的需要，即加快了燃烧而使火焰相应缩短一些。
④气流直径气流直径越大则完成混合所需时间越长，因而火焰越长。
射流的喷口直径越小则射流中心线上的混合越快。
这是因为射流质点达到中心射流所需要穿过的路程越小，故有利于混合的加快。
比如采用多喷口，细流股，扁平或椭圆流股的烧嘴等均可加速煤气与空气的混合，从而使燃烧强度提高。
⑤煤气的发热量在其它条件不变下，发热量越高则需要的助燃空气量越多，因而减慢了混合，若不加以改善混合条件就会使火焰拉的很长。
