实验室化学安全基础：燃烧基础知识及灭火原理

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：可燃物、助燃物和点火源是导致燃烧的三要素，缺一不可，是必要条件。上述“三要素”同时存在，燃烧能否实现，还要看是否满足了数值上的要求。在燃烧过程中，当“三要素”的数值发生改变时，也会使燃烧速度改变甚至停止燃烧。因此，对于已经进行着的燃烧，若消除“三要素”中的一个条件，或使其数量有足够的减少，燃烧便会终止，这就是灭火的基本原理。使可燃物质发生持续燃烧的最低温度，称为燃点或着火点。

燃烧是一种复杂的物理化学过程。燃烧过程具有发光、发热、生产新物质三个特征。

（一）燃烧条件

燃烧是有条件的，它必须在可燃物质、助燃物质和点火源这三个基本条件同时具备时才能发生。

1.可燃物质

通常把所有物质分为可燃物质、难燃物质和不可燃物质三类。可燃物质是指在火源作用下能被点燃，并且当火源移去后能继续燃烧直至燃尽的物质；难燃物质是指在火源作用下能被点燃，当火源移去后不能维持继续燃烧的物质；不可燃物质是指在正常情况下不能被点燃的物质。可燃物质是防火防爆的主要研究对象。

凡能与空气、氧气或其他氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，都可称之为可燃物质。可燃物质种类繁多，按物理状态可分为气态、液态和固态三类。化工生产中使用的原料、生产中的中间体和产品很多都是可燃物质。气态如氢气、一氧化碳、液化石油气等；液态如汽油、甲醇、酒精等；固态如煤、木炭等。

2.助燃物质

凡是具有较强的氧化能力，能与可燃物质发生化学反应并引起燃烧的物质均称为助燃物。例如，空气、氧气、氯气、氟和溴等物质。

3.点火源

凡能引起可燃物质燃烧的能源均可称之为点火源。常见的点火源有明火、电火花、炽热物体等。

可燃物、助燃物和点火源是导致燃烧的三要素，缺一不可，是必要条件。上述“三要素”同时存在，燃烧能否实现，还要看是否满足了数值上的要求。在燃烧过程中，当“三要素”的数值发生改变时，也会使燃烧速度改变甚至停止燃烧。例如，空气中氧气的含量降到16%～14%时，木柴的燃烧立即停止。如果在可燃气体与空气的混合物中，减少可燃气体的比例，则燃烧速度会减慢，甚至停止燃烧。例如，氢气在空气中的含量小于4%时就不能被点燃。点火源如果不具备一定的温度和足够的热量，燃烧也不会发生。例如，飞溅的火星可以点燃油棉丝或刨花，但火星如果溅落在大块的木柴上，它会很快熄灭，不能引起木柴的燃烧。这是因为这种点火源虽然有超过木柴着火的温度，但却缺乏足够热量。因此，对于已经进行着的燃烧，若消除“三要素”中的一个条件，或使其数量有足够的减少，燃烧便会终止，这就是灭火的基本原理。

（二）燃烧过程

可燃物质的燃烧都有一个过程，这个过程随着可燃物质的状态不同，其燃烧过程也不同。气体最容易燃烧，只要达到其氧化分解所需的热量便能迅速燃烧。可燃液体的燃烧并不是液相与空气直接反应而燃烧，而是先蒸发为蒸气，蒸气再与空气混合而燃烧。对于可燃固体，若是简单物质，如硫、磷及石蜡等，受热时经过熔化、蒸发、与空气混合而燃烧；若是复杂物质，如煤、沥青、木材等，则是先受热分解出可燃气体和蒸气，然后与空气混合而燃烧，并留下若干固体残渣。由此可见，绝大多数可燃物质的燃烧是在气态下进行的，并产生火焰。有的可燃固体如焦炭等不能成为气态物质，在燃烧时呈炽热状态，而不呈现火焰。

综上所述，根据可燃物质燃烧时的状态不同，燃烧有气相和固相两种情况。气相燃烧是指在进行燃烧反应过程中，可燃物和助燃物均为气体，这种燃烧的特点是有火焰产生。气相燃烧是一种最基本的燃烧形式。固相燃烧是指在燃烧反应过程中，可燃物质为固态，这种燃烧亦称为表面燃烧，特征是燃烧时没有火焰产生，只呈现光和热，如焦炭的燃烧。一些物质的燃烧既有气相燃烧，也有固相燃烧，如煤的燃烧。

（三）燃烧类型

根据燃烧的起因不同，燃烧可分为闪燃、着火和自燃三类。(www.chuimin.cn)

1.闪燃和闪点

可燃液体的蒸气（包括可升华固体的蒸气）与空气混合后，遇到明火而引起瞬间（延续时间少于5s）燃烧，称为闪燃。液体能发生闪燃的最低温度，称为该液体的闪点。闪燃往往是着火先兆，可燃液体的闪点越低，越易着火，火灾危险性越大。

应当指出，可燃液体之所以会发生一闪即灭的闪燃现象，是因为它在闪点的温度下蒸发速度较慢，所蒸发出来的蒸气仅能维持短时间的燃烧，而来不及提供足够的蒸气补充维持稳定的燃烧。

除了可燃液体以外，某些能蒸发出蒸气的固体，如石蜡、樟脑、萘等，其表面上所产生的蒸气可以达到一定的浓度，与空气混合而成为可燃的气体混合物，若与明火接触，也能出现闪燃现象。

2.着火与燃点

可燃物质在有足够助燃物（如充足的空气、氧气）的情况下，有点火源作用引起的持续燃烧现象，称为着火。使可燃物质发生持续燃烧的最低温度，称为燃点或着火点。燃点越低，越容易着火。

可燃液体的闪点与燃点的区别是，在燃点时燃烧的不仅是蒸气，而是液体（即液体已达到燃烧温度，可提供保持稳定燃烧的蒸气）。另外，在闪点时移去火源后闪燃即熄灭，而在燃点时则能继续燃烧。

控制可燃物质的温度在燃点以下是预防发生火灾的措施之一。在火场上，如果有两种燃点不同的物质处在相同的条件下，受到火源作用时，燃点低的物质首先着火。用冷却法灭火，其原理就是将燃烧物质的温度降到燃点以下，使燃烧停止。

3.自燃和自燃点

可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行着火燃烧的现象，称为自燃。可燃物质发生自燃的最低温度，称为自燃点。自燃点越低，则火灾危险性越大。

化工生产中，由于可燃物质靠近蒸气管道，加热或烘烤过度，化学反应的局部过热，在密闭容器中加热温度高于自燃点的可燃物一旦泄露，均可发生可燃物质自燃。

4.热值和燃烧温度

（1）热值。指单位质量或单位体积的可燃物质完全燃烧时所发出的热量。可燃性固体和可燃性液体的热值以“J/kg”表示，可燃气体（标准状态）的热值以“J/m3”表示。可燃物质燃烧爆炸时所达到最高温度、最高压力及爆炸力等均与物质的热值有关。

（2）燃烧温度。可燃物质燃烧时所放出的热量，一部分被火焰辐射散失，而大部分则消耗在加热燃烧上，由于可燃物质所产生的热量是在火焰燃烧区域内析出的，因而火焰温度也就是燃烧温度。

实验室化学安全基础：燃烧基础知识及灭火原理

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