【安全课件】第6章 可燃固体的燃烧

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+O80~90%]、N、H2.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、S2.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ⅡⅢⅣ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°CⅣ.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？ⅡⅢⅣⅠ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23233)(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OHSbOClOSbHCl23222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)(VdtdP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Pt/ms1020304050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