燃烧的类型

燃烧类型

燃烧现象按其发生瞬间的特点，可分为闪燃、着火、自燃、爆燃等类型，每一种类型的燃烧有各自的特点。

1.闪燃

闪燃是液体可燃物的特征之一。各种液体的表面都有一定量的蒸气存在，蒸气的浓度取决于该液体的温度。可燃液体表面或容器内的蒸气与空气混合而形成混合可燃气体，遇火源即发生燃烧。当火焰或炽热物体接近易燃和可燃液体时，其液面上的蒸气与空气的混合物会发生一闪即灭的燃烧，这种燃烧现象叫做闪燃。闪燃是短暂的闪火，不是持续的燃烧，这是因为液体在该温度下蒸发速度不快，液体表面上聚积的蒸气一瞬间燃尽，而新的蒸气还未来得及补充，故闪燃一下就熄灭了。尽管如此，闪燃仍是引起火灾事故的危险因素之一。

在一定的条件下，易燃和可燃液体蒸发出足够的蒸气，在液面上能发生闪燃的最低温度，叫做该物质的闪点。闪点与物质的饱和蒸气压有关，饱和蒸气压越大，闪点越低。同一液体饱和蒸气压随其温度的增高而变大，所以温度较高时容易发生闪燃。如果可燃液体的温度高于它的闪点，一旦接触点火源就会被点燃，所以把闪点低于45℃的液体叫易燃液体，易燃液体比可燃液体危险性高。易燃液体与可燃液体又分别根据其闪点的高低分成不同的级别，如表1所示。闪点这个概念主要适用于可燃性液体，某些固体如樟脑和萘等，也能在室温下挥发或缓慢蒸发，因此也有闪点，几种液体的闪点如表2所示。

表1 易燃和可燃液体闪点分类分级

种类 级别 闪点/℃ 举例

易燃液体 Ⅰ ≤8 汽油、甲醇、乙醇、乙醚、苯、甲苯等

Ⅱ 28~45 煤油、丁醇等

可燃液体 Ⅲ 45~120 戊醇、柴油、重油等

Ⅳ ＞120 植物油、矿物油、甘油等

2.着火

可燃物质受到外界火源的直接作用而开始的持续燃烧现象叫着火，这是日常生活中最常见的燃烧现象。例如，用火柴点燃柴草，就会引起柴草着火。

可燃物质开始持续燃烧所需的最低温度叫做该物质的燃点或着火点。物质的燃点越低，越容易着火。几种可燃物质的燃点如表3所示。

表2 几种液体的闪点

物质 闪点/℃ 物质 闪点/℃ 物质 闪点/℃

汽油 ﹣58~10 二氯乙烷 8 松节油 30

二氧化硫 ﹣45 甲醇 9.5 丁醇 35

乙醚 ﹣45.5 乙醇 11 戊醇 46

丙酮 ﹣17 乙酸丁酯 13 乙二醇 112

苯 ﹣15 乙酸戊酯 25 甘油 176.5

甲苯 1 煤油 28~45 桐油 239

乙酸乙酯 1 二乙胺 28 冰醋酸

40

表3 几种可燃物质体的燃点

物质 燃点/℃ 物质 燃点/℃ 物质 燃点/℃

磷 34 棉花 150 豆油 220

松节油 53 麻绒 150 烟叶 222

樟脑 70 漆布 165 粘胶纤维

235

灯油 86 蜡烛 190 松木 250

赛璐珞 100 布匹 200 无烟煤 280~500

橡胶 130 麦草 200 涤纶纤维 390

纸 130 硫 207

3.自燃

可燃物质虽没有受到外界点火源的直接作用，但当受热达到一定温度，或由于物质内部的物理（辐射、吸附等），化学（分解、化合等）或生物（细菌、腐败作用等）反应过程所提供的热量聚积起来使其达到一定的温度，从而发生自行燃烧的现象叫自燃。例如黄磷暴露于空气中时，即使在室温下它与氧发生氧化反应放出的热量也足以使其达到自行燃烧的温度，故黄磷在空气中很容易自燃。

可燃物质无需直接的点火源就能自行燃烧的最低温度叫做该物质的自燃点。物质的自燃点越低，发生火灾的危险性越大。几种物质的自燃点如表4所示。

表4 几种可燃物质体的自燃点

物质 自燃点/℃ 物质 自燃点/℃ 物质 自燃点/℃

黄磷 34~35 二硫化碳 102 棉籽油 370

三硫化四磷 100 乙醚 170 桐油 410 物质 自燃点/℃ 物质 自燃点/℃ 物质 自燃点/℃

赛璐珞 150~180 煤油 240~290 芝麻油 410

赤磷 200~250 汽油 280 花生油 445

松香 240 石油沥青 270~300 菜籽油 446

锌粉 360 柴油 350~380 豆油 460

丙酮 570 重油 380~420 亚麻仁油 343

自燃是物质自发的着火燃烧，通常是由缓慢的氧化作用而引起的，即物质在无外部火源的条件下，在常温中自行发热，由于散热受到阻碍，使热量积蓄逐渐达到自燃点而引起的燃烧。自燃可以分为受热自燃和自热自燃。

（1）受热自燃 可燃物质在外部热源作用下，使温度升高，当达到其自燃点时，即着火燃烧，这种现象称为受热自燃。

可燃物质与空气一起被加热时，首先开始缓慢氧化，氧化反应产生的热使物质温度升高，同时，也有部分散热损失。若物质受热少，则氧化反应速率慢，反应所产生的热量小于热散失量，则温度不再会上升。若物质继续受热，氧化反应加快，当反应所产生的热量超过热散失量时，温度逐步升高，达到自燃点而自燃。在工业生产中，可燃物由于接触高温表面、加热或烘烤过度、冲击摩擦等，均可导致的自燃就属于受热自燃。

（2）自热自燃 某些物质在没有外来热源影响下，由于物质内部所发生的化学、物理或生化过程而产生热量，这些热量在适当条件下会逐渐积聚，使物质温度上升，达到自燃点而燃烧。这种现象称为自热燃烧。

造成自热燃烧的原因有氧化热、分解热、聚合热、发酵热等。自热燃烧的物质可分为∶自燃点低的物质遇空气、氧气发热自燃的物质自然分解发热的物质易产生聚合热或发酵热的物质。能引起本身自燃的物质常见的有植物类、油脂类、煤、硫化铁及其他化学物质等。

① 自燃点低的物质，例如磷、磷化氢等。

②遇空气、氧气发热自燃的物质，可分为如下几类。

●油脂类。油脂类自燃主要是由于氧化作用所造成的，但与所处条件有关。油脂盛于容器中或倒出成薄膜状时不能自燃。但如浸渍在棉纱、锯木屑、破布等物质中形成很大的氧化表面时，则能引起自燃。油脂的自燃能力与不饱和程度有关，不饱和的植物油如亚麻油等具有较大的自燃可能性，动物油次之，矿物油一般不能自燃。

●金属粉尘及金属硫化物类。如锌粉、铝粉、金属硫化物等。这类物质很危险，例如铁的硫化物（FeS、FeS）极易自燃，其中最危险的是设备受腐蚀后生成的硫化铁。在硫化染料、二硫化碳、石油产品与某些气体燃料的生产中，由于硫化氢的存在，使铁制设备或容器的内表面腐蚀而生成一层硫化铁。如果空油罐等容器，敞开与空气接触，便能自燃。如有可燃气体存在，则可能形成火灾爆炸事故。硫化铁类自燃的主要原因是在常温下发生（与空气）氧化。其主要反应式如下。

FeS2+O2→FeS+SO2 △H=-222.17kJ/mol

FeS+1.5O2→FeO+SO2 △H=-48.95kJ/mol

2FeO+0.5O2→Fe2O3 △H=-270.70kJ/mol

Fe2S3＋1.5O2→Fe2O3＋3S △H=-585.76kJ/mol

在化工生产中由于硫化氢的存在，生成硫化铁的机会较多，例如设备腐蚀，在常温下2Fe2(OH)3+3H2S→Fe2S3+6H2O

在300℃左右

Fe2O3＋4H2S→2FeS2＋3H2O+H2↑

在310℃以上

2H2S+O2→2H2O+2S

Fe+S→FeS

●活性炭、木炭、油烟类。

●其他类。例如鱼粉、原棉、骨粉、石灰等。

③ 自然分解发热的物质，如硝化棉。

④产生聚合热的物质，如液体氰化氢、乙酸乙烯酯、丙烯腈等，具有很强的化学活性，在聚合生成高分子聚合物的反应过程中大都伴随着放热，如果聚合热不能散出反应体系外，就会使聚合速度剧增，发生冲料或自燃爆炸。

⑤产生发酵热的物质，例如，植物类产品、未充分干燥的干草、湿木屑等，由于水分的存在，植物细菌活动便产生热量，若散热条件不良，热量逐渐积聚而使温度上升，当达到70℃后，植物产品中的有机物便开始分解而析出多孔性炭，再吸附氧气继续放热，最后使温度提高到250～300℃而自燃。

煤的自燃是由于氧化与吸附作用的结果，尤以前者为主。煤中含挥发物越多越易自燃，故烟煤易自燃而焦炭不易自燃。烟煤的粉碎程度越高，氧化与吸附表面越大，则越易自燃。煤中含水分多，可促使其中所含的硫化铁氧化生成体积疏松的硫酸盐，使煤松散并且暴露的表面增多，也容易自燃。此外煤的储存条件对自燃也有很大影响。

（3）影响自燃点的因素 压力对自燃点有很大的影响，压力越高，则自燃点越低。例如，苯在 latm（101.3kPa）时，自燃点为680℃在 10atm 下为590℃在 25atm 下为490℃。 可燃气体与空气混合时的自燃点随其组成而变化，当混合物的组成符合于化学计算量时自燃点最低。混合气体中氧含量增高，也将使自燃点降低。如果可燃气体与氧气（或空气）以适当的比例混合，则燃烧可在混合物中高速扩展，以致达到爆炸的速度。

催化剂对液体及气体的自燃点也有很大影响。活性催化剂能降低物质的自燃点，钝性催化剂能提高物质的自燃点。例如汽油中加入防爆剂四乙基铅【Pb（C2H5）4】就是一种钝性催化剂。容器壁与加热面也有催化性能，因而材质不同的仪器所测得的自燃点数值也不一样，这种现象称为接触影响。例如，汽油的自燃点在铁管中测得的是685℃，在石英管中测得的是585℃，而在铂坩埚中测得的是390℃。此外，容器的直径与容积大小也影响物质的自燃点。容器的直径很小时，由于热损失太大，可燃性混合物一般不能自行着火。

受热后能熔融并气化的固体物质，其自燃点的影响因素与液体相似。受热后能分解并析出可燃气体产物的固体，则析出挥发物越多者，自燃点越低。例如木材的自燃点为250～350℃，煤为400～500℃，焦炭则在700℃以上。各种固体粉碎得越细，自燃点也越低。硫铁矿矿粉自燃点随粒度变化情况如表5所示。

表5 硫铁矿矿粉的自燃点

分级 筛子网眼/mm 自燃点/℃

1 0.20~0.15 406

2 0.15~1.10 401

3 1.10~1.186 400

4 0.086 340

有机物的自燃点还有以下特点。

①每一同系物的第一个化合物具有比其他化合物较高的自燃点。同系物中，自燃点随相对分子质量增加而减少。如甲烷的自燃点高于乙烷、丙烷的自燃点。

②正位结构的自燃点低于其异构物的自燃点。如正丙醇的自燃点为540℃，而异丙醇的自燃点则为620℃。

③饱和碳氢化合物的自燃点比相当于它的不饱和碳氢化合物的自燃点为高。如乙烯的自燃点425℃，高于乙炔的自燃点305℃，而低于乙烷的自燃点515℃。

④苯系的低碳氢化合物自燃点高于有同样碳原子数的脂肪族碳氢化合物。如苯（CGHa）与甲苯（C/Hg）的自燃点分别高于己烷（CHI）、庚烷（CH）的自燃点。

自燃点还与测定时的条件有关，不同的仪器、不同的测试步骤和测试条件有不同的结果。如在氧气中所测得的数值较在空气中测得的为高。如氢气在空气中测定的自燃点为572℃，而在氧气中则为560℃，其他物质亦具有上述性质，如表6所示。