培训模块三燃烧和火灾基本知识

培训项目1燃烧基础知识

1.熟练掌握燃烧的定义和条件。

2.掌握燃烧的不同类型和有关术语的定义及其相关内容。

3.了解燃烧产物的定义、类型及毒性。

4.掌握烟气的危害性和流动蔓延过程。

5.掌握火焰的定义、构成及特征，燃烧热和燃烧温度的定义与变化规律。

一、燃烧的定义

燃烧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（或）烟气的现象。

燃烧过程中，燃烧区的温度较高，使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的电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光，发光的气相燃烧区域称为火焰，它是燃烧过程中最明显的标志。通常将气相燃烧并伴有发光现象称为有焰燃烧，物质处于固体状态而没有火焰的燃烧称为无焰燃烧。物质高温分解或燃烧时产生的固体和液体微粒、气体，连同夹带和混入的部分空气，就形成了烟气。燃烧是一种十分复杂的氧化还原化学反应，能燃烧的物质一定能够被氧化，而能被氧化的物质不一定都能够燃烧。因此，物质是否发生了燃烧反应，可根据“化学反应、放出热量、发出光亮”这三个特征来判断。

二、燃烧的条件

1.燃烧的必要条件

燃烧现象十分普遍，但任何物质发生燃烧，都有一个由未燃烧状态转向燃烧状态的过程。燃烧过程的发生和发展都必须具备以下三个必要条件，即可燃物、助燃物和引火源，这三个条件通常被称为“燃烧三要素”。只有这三个要素同时具备，可燃物才能够发生燃烧，无论缺少哪一个，燃烧都不能发生。燃烧的三个要素可用“燃烧三角形”来表示，如图3-1-1所示。用“燃烧三角形”来表示无焰燃烧的必要条件非常确切，但对于有焰燃烧，根据燃烧的链式反应理论，燃烧过程中存在未受抑制的自由基作中间体，因而“燃烧三角形”需增加一个“链式反应”，形成“燃烧四面体”（见图3-1-2）。即有焰燃烧需要有可燃物、助燃物、引火源和链式反应四个要素。

（1）可燃物

可以燃烧的物品称为可燃物，如纸张、木材、煤炭、汽油、氢气等。自然界中的可燃物种类繁多，若按化学组成不同，可分为有机可燃物和无机可燃物两大类；按物理状态不同，可分为固体可燃物、液体可燃物和气体可燃物三大类。

（2）助燃物

凡与可燃物相结合能导致和支持燃烧的物质，称为助燃物（也称氧化剂）。通常燃烧过程中的助燃物是氧，它包括游离的氧或化合物中的氧。一般来说，可燃物的燃烧均是指在空气中进行的燃烧，空气中含有大约21%的氧，可燃物在空气中的燃烧以游离的氧作为氧化剂，这燃烧是最普遍的。此外，某些物质也可作为燃烧反应的助燃物，如氯、氟、氯酸钾等。也有少数可燃物，如低氮硝化纤维、硝酸纤维的赛璐珞等含氧物质，一旦受热，能自动释放出氧，不需外部助燃物就可发生燃烧。

（3）引火源

凡使物质开始燃烧的外部热源(能源)，称为引火源(也称点火源)。引火源温度越高，越容易点燃可燃物质。根据引起物质着火的能量来源不同，在生产生活实践中引火源通常有明火、高温物体、化学热能、电热能、机械热能、生物能、光能和核能等。

（4）链式反应

有焰燃烧都存在着链式反应。当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且其分子会发生热裂解作用，从而产生自由基。自由基是一种高度活泼的化学基团，能与其他自由基和分子起反应，使燃烧持续进行，这就是燃烧的链式反应。

2.燃烧的充分条件

具备了燃烧的必要条件，并不意味着燃烧必然发生。发生燃烧，其“三要素”彼此必须要达到一定量的要求，并且三者存在相互作用的过程，这就是发生燃烧或持续燃烧的充分条件。

（1）一定数量或浓度的可燃物

要燃烧，必须具备一定数量或浓度的可燃物。例如，在室温20℃的条件下，用火柴去点燃汽油和煤油时，汽油立刻燃烧起来，而煤油却不燃。这是因为在室温20℃的条件下煤油表面挥发的油蒸气量不多，还未达到燃烧所需要的浓度。由此说明，虽然有可燃物，但当其挥发的气体或蒸气浓度不够时，即使有足够的空气(氧化剂)和引火源接触，也不会发生燃烧。

（2）一定含量的助燃物

试验证明，各种不同的可燃物发生燃烧，均有本身固定的最低含氧量要求。低于这一浓度，即使燃烧的其他条件全部具备，燃烧仍然不会发生。例如，将点燃的蜡烛用玻璃罩罩起来使周围空气不能进入，经过较短时间后，蜡烛的火焰就会自行熄灭。通过对玻璃罩内气体的分析，发现气体中还含有16%的氧气，这说明蜡烛在含氧量低于16%的空气中就不能燃烧。因此，可燃物发生燃烧需要有一个最低含氧量要求。可燃物质不同，燃烧所需要的含氧量也不同，表3-1-1列举了部分物质燃烧所需的最低含氧量。

（3）一定能量的引火源

无论何种形式的引火源，都必须达到一定的能量，即要有一定的温度和足够的热量才能引起燃烧反应，否则，燃烧不会发生。其所需引火源的能量，取决于可燃物质的最小引燃能量（又称最小点火能量，即能引起可燃物燃烧所需的最小能量）。引火源的强度低于可燃物的最小引燃能量，燃烧便不会发生。例如，从烟囱冒出来的炭火星,温度约有℃超过一般可燃物的燃点，如果这些火星落在柴草、纸张和刨花等可燃物上，就能引起着火，说明这些火星所具有的温度和热量能引燃该类物质；如果这些火星落在大块木材上，虽有较高的温度，但缺乏足够的热量，不但不能引起大块木材着火，而且还会很快熄灭。由此可见，不同可燃物质燃烧所需的最小引燃能量各不相同，见表3-l-2。

（4）相互作用

要使燃烧发生或持续，除“燃烧三要素”彼此必须要达到一定量的要求，“燃烧三要素”还必须相互结合、相互作用。否则，燃烧也不能发生。例如，在办公室里有桌、椅、门、窗帘等可燃物，有充满空间的空气，有引火源（电源），存在燃烧的基本要素，可并没有发生燃烧现象，这是因为“燃烧三要素”没有相互结合、相互作用。

三、燃烧的类型

1.按照燃烧发生瞬间的特点不同分类

按照燃烧发生瞬间的特点不同，燃烧分为着火和爆炸两种类型。

（1）着火

着火又称起火，它是日常生产、生活中最常见的燃烧现象，与是否由外部热源引发无关，并以出现火焰为特征。可燃物着火一般有引燃和自燃两种方式。

1）引燃

①引燃的定义。夕卜部引火源（如明火、电火花、电热器具等）作用于可燃物的某个局部范围，使该局部受到强烈加热而开始燃烧的现象，称为引燃（又称点燃）。引燃后在靠近引火源处出现火焰，然后以一定的燃烧速率逐渐扩大到可燃物的其他部位。

大部分火灾的发生，可燃物都是通过引燃方式而点燃着火的。例如，发动机燃烧室中应用最普遍的点火方式以及实验室测试可燃气体的燃烧性能和爆炸极限等其他参数的最常用点火方式，采用的就是电火花引燃。

②物质的燃点。在规定的试验条件下，物质在外部引火源作用下表面起火并持续燃烧一定时间所需的最低温度，称为燃点。通常，根据燃点的高低，可以衡量可燃物质的火灾危险性程度。物质的燃点越低，越容易着火，火灾危险性也就越大。表3-1-3列举了部分可燃物质的燃点。

③不同可燃物的引燃。第一，固体可燃物的引燃。固体可燃物受热时，产生的可燃蒸气或热解产物释放到大气中，与空气适当地混合，若存在合适的引火源或温度达到了其自燃点，就能被引燃。影响固体可燃物的引燃因素主要有可燃物的密度（密度小的物质容易引燃）、可燃物的比表面积（比表面积大的可燃物容易引燃）、可燃物的厚度（薄材料比厚材料容易引燃）。第二，可燃液体的引燃。液体蒸气欲形成可点燃的混合气，液体应当处在或高于它的闪点温度条件下。但由于引火源能够产生一个局部加热区，对于大多数液体即使在稍低于其闪点时，也可以引燃。另外，雾化的液体,由于其具有较大的比表面积，因此更容易被引燃。第三，可燃气体的引燃。无论是石油化工企业生产中使用可燃气体作原料，还是日常生活中使用液化石油气、天然气作燃料，这些气体与空气混合后遇合适的引火源，不但可以燃烧，甚至可能产生爆炸。

2）自燃

①自燃的定义。可燃物在没有外部火源的作用时，因受热或自身发热并蓄热所产生的燃烧，称为自燃。

②自燃的类型。根据热源不同，自燃分为两种类型。一种是自热自燃。可燃物在没有外来热源作用的情况下，由于其本身内部的物理作用（如吸附、辐射等）、化学作用（如氧化、分解、聚合等）或生物作用（如发酵、腐败等）而产生热，热量积聚导致升温，当可燃物达到一定温度时，未与明火直接接触而发生燃烧，这种现象称为自热自燃。例如煤堆、油脂类、赛璐珞、黄磷等物质自燃就属于自热自燃。另一种是受热自燃。可燃物被外部热源间接加热达到一定温度时，未与明火直接接触就发生燃烧，这种现象叫作受热自燃。例如，油锅加热、沥青熬制过程中，受热介质因达到一定温度而着火，就属于受热自燃。自热自燃和受热自燃的本质是一样的，都是可燃物在不接触明火的情况下自动发生的燃烧。它们的区别在于导致可燃物升温的热源不同,前者是物质本身的热效应，后者是外部加热的结果。

③物质的自燃点。在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度，称为自燃点。自燃点是衡量可燃物受热升温形成自燃危险性的依据，可燃物的自燃点越低，发生火灾的危险性就越大。不同的可燃物有不同的自燃点，同一种可燃物在不同的条件下自燃点也会发生变化，表3-1-4列举了部分可燃物的自燃点。

④易发生自燃的物质及自燃特点。某些物质具有自然生热而使自身温度升高的性质，物质自然生热达到一定温度时就会发生自燃，这类物质称为易发生自燃的物质。

易发生自燃的物质种类较多，按其自燃的方式不同，分为以下类型：第一类是氧化放热物质。主要包括：油脂类物质（如动植物油类、棉籽、油布、涂料、炸油渣、骨粉、鱼粉和废蚕丝等），低自燃点物质（如黄磷、磷化氢、氢化钠、还原铁、还原镣、钳黑、苯基钾、苯基钠、乙基钠、烷基铝等），其他氧化放热物质（如煤、橡胶、含油切屑、金属粉末及金属屑等）。这类物质能与空气中的氧发生氧化放热，当散热条件不好时，物质内部就会发生热量积累，使温度上升。当达到物质自燃点时，物质就会因自燃而着火，引起火灾或爆炸。例如，含硫、磷成分较高的煤，遇水常常发生氧化反应释放热量。如果煤层堆积过高，时间过长，通风不好的话，使得缓慢氧化释放出的热量散发不出去，煤堆就会产生热量积累，从而导致煤堆温度升高，当内部温度超过60℃时，就会发生自燃。再如烷基铝，能在常温下与空气中的氧反应放热自燃，遇空气中的水分会产生大量的热和乙烷，从而产生自燃，引起火灾。

第二类是分解放热物质。主要包括硝化棉、赛璐珞、硝化甘油、硝化棉漆片等。这类物质的特点是化学稳定性差，易发生分解而生热自燃。例如，硝化棉又称硝酸纤维素，它是由硫酸和硝酸经不同配比混合，混合的酸作用于棉纤维而制成的。强硝化棉可用于制造无烟火药，与硝化甘油混合可制造黄色炸药；弱硝化棉可用于生产涂料、胶片、赛璐珞、油墨及指甲油、人造纤维、人造革等制品。该物质为白色或微黄色棉絮状物，易燃且具有爆炸性，化学稳定性较差，常温下能缓慢分解并放热，超过40℃时会加速分解。放出的热量若不能及时散失，就会使硝化棉温升加剧，经过一段时间的热量积累，当达到℃时，硝化棉便发生自燃。硝化棉通常加乙醇或水作湿润剂，一旦湿润剂散失，极易引发火灾。试验表明，去除湿润剂的干硝化棉在40℃时发生放热反应，达到℃时发生剧烈失控反应及质量损失，自燃并释放大量热量。如果在绝热条件下进行试验，去除湿润剂的硝化棉在35℃时即发生放热反应，达到℃时即发生剧烈的分解燃烧。

第三类是发酵放热物质。主要包括植物秸秆、果实等。这类物质发生自燃的原因是微生物作用、物理作用和化学作用，它们是彼此相连的三个阶段。第一，生物阶段。由于植物中含有水分，在适宜的温度下，微生物大量繁殖，使植物腐败发酵而放热,这种热量称为发酵热，从而导致植物温度升高。若热量散发不出去，当温度上升到70℃左右时，微生物就会死亡，生物阶段结束。第二，物理阶段。随着环境温度的持续上升，植物中不稳定的化合物（果酸、蛋白质及其他物质）开始分解，生成黄色多孔炭，吸附蒸气和氧气并析出热，继续升温到~℃,可引起新的化合物不断分解炭化，促使温度不断升高。这就是物理阶段吸附生热，化合物分解炭化过程。第三，化学阶段。当温度升到-℃,植物中的纤维素就开始分解、焦化、炭化,并进入氧化过程，生成的炭能够剧烈地氧化放热。温度继升高到℃时,若积热不散就会自燃着火，这就是该阶段氧化自燃的过程。例如，稻草呈堆垛状态时,因含水量较多或因遮盖不严使雨雪漏入内层，致使其受潮，并在微生物的作用下发酵生热升温，由于堆垛保温性好、导热性差，在物理作用和化学作用下，温度不断升高，当达到物质的自燃点时便会产生自燃现象。

第四类是吸附生热物质。主要包括活性炭末、木炭、油烟等炭粉末。这类物质的特点是具有多孔性，比表面积较大，表面具有活性，对空气中的各种气体成分产生物理和化学吸附，既能吸附空气生热，又能与吸附的氧进行氧化反应生热。在吸附热和氧化热共同作用下，若蓄热条件较好，就会发生自燃。例如，炭粉的挥发成分占10%~25%,燃点为~℃。当炭粉在制造过程中，如果不经充分散热，大量堆积到仓库，由于室内蓄热良好再加上炭粉本身产生的吸附热，则会发生自燃而引发火灾。

第五类是聚合放热物质。主要包括聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等。这类物质的特点是单体在缺少阻聚剂或混入活性催化剂、受热光照射时，会自动聚合生热。例如，聚氨酯泡沫塑料密度小，比表面积大，吸氧量多，导热系数低，不易散热。在生产过程中，原料多异氤酸酯与多元醇反应能放出热，多异氤酸酯与水反应也能放出热。而且生产用水量越大，放热就越多，越易发生自燃；多异氤酸酯用量越大，放热就越多，同样越易发生自燃，由此导致聚氨酯泡沫塑料在生产时因聚合发热而自燃。

第六类是遇水发生化学反应放热物质。主要包括活泼金属（如钾、钠、镁、钛、错、锂、饨、钾钠合金等），金属氢化物（如氢化钾、氢化钠、氢化钙、氢化铝、四氢化锂铝等），金属磷化物（如磷化钙、磷化锌），金属碳化物（如碳化钾、碳化钠、碳化钙、碳化铝等），金属粉末（如镁粉、铝粉、锌粉、铝镁粉等），硼烷等。这类物质的特点是遇水发生剧烈反应，产生大量反应热，引燃自身或反应产物，导致火灾或爆炸发生。例如，活泼金属与水发生剧烈反应，生成氢气，并放出大量热，使氢气在局部高温环境中发生自燃，并使未来得及反应的金属发生燃烧起火或爆炸。另外，生成的氢氧化物对金属等材料有腐蚀作用，会使容器破损而泄漏造成次生灾害。

第七类是相互接触能自燃的物质。强氧化性物质和强还原性物质混合后，由于强烈的氧化还原反应而自燃，由此引发火灾或者爆炸。氧化性物质包括硝酸及其盐类、氯酸及其盐类、次氯酸及其盐类、重格酸及其盐类、亚硝酸及其盐类、漠酸盐类、碘酸盐类、高镒酸盐类、过氧化物等。还原性物质主要有炷类、胺类、醇类、醛类、m类、苯及其衍生物、石油产品、油脂等有机还原性物质，磷、硫、锐、金属粉末、木炭、活性炭、煤等无机还原性物质。

⑤影响自燃发生的因素。主要有以下三种：一是产生热量的速率。自燃过程中热量产生的速率很慢，若发生自燃，自燃性物质产生热量的速率就应快于物质向周围环境散热或传热的速率。当自燃性物质的温度升高时，升高的温度会导致热量产生速率的增加。二是通风效果。自燃需要有适量的空气可供氧化，因为良好的通风条件又会造成自燃产生的热量损失，从而阻断自燃。三是物质周围环境的保温条件。

（2）爆炸

1）爆炸的定义。在周围介质中瞬间形成高压的化学反应或状态变化，通常伴有强烈放热、发光和声响的现象，称为爆炸。

2）爆炸的分类。爆炸按照产生的原因和性质不同，分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。化学爆炸，按照爆炸物质不同，分为气体爆炸、粉尘爆炸和炸药爆炸；按照爆炸传播速率不同，又分为爆燃、爆炸和爆轰。

①物理爆炸。装在容器内的液体或气体，由于物理变化（温度、体积和压力等因素的变化）引起体积迅速膨胀，导致容器压力急剧增加，因超压或应力变化使容器发生爆炸，且在爆炸前后物质的性质及化学成分均不改变的现象，称为物理爆炸。例如，锅炉爆炸就是典型的物理爆炸，其原因是过热的水迅速蒸发出大量蒸汽，使蒸汽压力不断升高，当压力超过锅炉的耐压强度时，就会发生爆炸。再如，液化石油气钢瓶受热爆炸以及油桶或轮胎爆炸等均属于物理爆炸。物理爆炸本身虽没有进行燃烧反应,但由于气体或蒸气等介质潜藏的能量在瞬间释放出来，其产生的冲击力可直接或间接地造成火灾。

②化学爆炸。由于物质在瞬间急剧氧化或分解（即物质本身发生化学反应）导致温度、压力增加或两者同时增加而形成爆炸，且爆炸前后物质的化学成分和性质均发生了根本的变化的现象，称为化学爆炸。化学爆炸反应速度快，爆炸时能发出巨大的声响，产生大量的热能和很高的气体压力，具有很大的火灾危险性，能够直接造成火灾，是消防工作中预防的重点。

③核爆炸。由于原子核发生裂变或聚变反应，释放出核能所形成的爆炸，称为核爆炸。例如，原子弹、氢弹、中子弹的爆炸就属于核爆炸。

④气体爆炸。物质以气体、蒸气状态发生的爆炸，称为气体爆炸。按爆炸原理不同，气体爆炸分为混合气体爆炸（指可燃气体或液体蒸气和助燃性气体的混合物在引火源作用下发生的爆炸）和气体单分解爆炸（指单一气休在一定压力作用下发生分解反应并产生大量反应热，使气态物质膨胀而引起的爆炸）。可燃气体与空气组成的混合气体遇火源能否发生爆炸，与气体中的可燃气体浓度有关。而气体单分解爆炸的发生需要满足一定的压力和分解热的要求。能使单一气体发生爆炸的最低压力称为临界压力。单分解爆炸气体物质压力高于临界压力且分解热足够大时，才能维持热与火焰的迅速传播而造成爆炸。

气体爆炸具有的主要特征：一是现场没有明显的炸点；二是击碎力小，抛出物块大、量少、抛出距离近，可以使墙体外移、开裂，门窗外凸、变形等；三是爆炸燃烧波作用范围广，能烧伤人、畜呼吸道；四是不易产生明显的烟熏；五是易产生燃烧痕迹。

⑤粉尘爆炸。粉尘是指在大气中依其自身重量可沉淀下来，但也可持续悬浮在空气中一段时间的固体微小颗粒。

a.粉尘的种类。粉尘按照动力性能不同，分为悬浮粉尘（又称粉尘云）和沉积粉尘又称粉尘层）。悬浮粉尘是指悬浮在助燃气体中的高浓度可燃粉尘与助燃气体的混合物，沉积粉尘是指沉（堆）积在地面或物体表面上的可燃性粉尘群。悬浮粉尘具有爆炸危险性，沉积粉尘具有火灾危险性。粉尘按照来源不同，分为粮食粉尘、农副产品粉尘、饲料粉尘、木材产品粉尘、金属粉尘、煤炭粉尘、轻纺原料产品粉尘、合成材料粉尘八类。粉尘按性质不同，分为无机粉尘、有机粉尘和混合性粉尘。粉尘按照燃烧性能不同，分为可燃性粉尘和难燃性粉尘。可燃性粉尘是指在大气条件下能与气态氧化剂（主要是空气）发生剧烈氧化反应的粉尘、纤维或飞絮，如淀粉、小麦粉、糖粉、可可粉、硫粉、锯木屑、皮革屑等属于可燃性粉尘。难燃性粉尘是指化学性质比较稳定，不易燃烧爆炸的粉尘，例如土、砂、氧化铁、水泥、石英粉尘等。

b.粉尘爆炸的定义及条件。火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现象，称为粉尘爆炸。粉尘爆炸应具备以下五个基本条件：一是粉尘本身要具有可燃性或可爆性。一般条件下，并非所有的可燃粉尘都能发生爆炸，如无烟煤、焦炭、石墨、木炭等粉尘基本不含挥发分，因此，发生爆炸的可能性较小。二是粉尘为悬浮粉尘且达到爆炸极限。因为沉积粉尘是不能爆炸的，只有悬浮粉尘才可能发生爆炸。粉尘在空气中能否悬浮及悬浮时间长短取决于粉尘的动力稳定性，主要与粉尘粒径、密度和环境温度、湿度等有关。另外，悬浮粉尘与可燃气体一样，只有当其浓度处于一定的范围内才能爆炸。这是因为粉尘浓度太小，燃烧放热太少，难以形成持续燃烧而无法爆炸。而粉尘浓度太大，混合物中氧气浓度就太小，也不会发生爆炸。三是有足以引起粉尘爆炸的引火源。粉尘燃烧爆炸需要经过加热，或熔融蒸发，或受热裂解，放出可燃气体，因此，粉尘爆炸需要较大的点火能，通常其最小点火能量为10~mJ,比可燃气体的最小点火能量大0倍。四是氧化剂。大多数粉尘需要氧气、空气或其他氧化剂作助燃剂。而对于一些自供氧的粉尘，例如TNT粉尘可以不需要外来的助燃剂。五是受限空间。当粉尘在封闭、半封闭的设备设施及场所或建筑物等受限空间内悬浮，一旦被引火源引燃，受限空间内的温度和压力将迅速升高，从而引起爆炸。但有些粉尘即使在开放的空间内也能引起爆炸，这类粉尘由于化学反应速度极快，其引起压力升高的速率远大于粉尘云边缘压力释放的速率，因此，仍然能引起破坏性的爆炸。例如，年6月27日台湾新北市八仙水上乐园可燃性彩色粉尘爆燃事故就是这方面典型的案例。

c.粉尘爆炸的过程。对于像木粉、纸粉等受热后分解、熔融蒸发或升华能释放出可燃气体的粉尘而言，其爆炸形成大致要经历以下过程：第一步，悬浮粉尘在热源作用下温度迅速升高并产生可燃气体；第二步，可燃气体与空气混合后被引火源引燃发生有焰燃烧，火焰从局部传播、扩散；第三步，粉尘燃烧放出的热量，以热传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来的粉尘，这些粉尘受热分解汽化后使燃烧循环进行下去。随着每个循环的逐次进行，其反应速度逐渐加快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。从本质上讲，这类粉尘的爆炸是可燃气体爆炸，只是这种可燃气体“储存”在粉尘之中，粉尘受热后才会释放出来。而对于像木炭、焦炭和一些金属类粉尘而言，其在爆炸过程中不释放可燃气体，它们在接受引火源的热能后直接与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应并着火，产生的反应热使火焰传播，在火焰传播过程中，反应热使周围炽热的粉尘和空气加热迅速膨胀，从而导致粉尘爆炸。

d.粉尘爆炸的特点及现场特征。粉尘爆炸的特点：一是能发生多次爆炸。粉尘初始爆炸产生的气浪会使沉积粉尘扬起，在新的空间内形成爆炸浓度而产生二次爆炸。二次爆炸往往比初次爆炸压力更大，破坏更严重。另外，在粉尘初始爆炸地点，空气和燃烧产物受热膨胀，密度变小，经过极短的时间后形成负压区，新鲜空气向爆炸点逆流，促成空气的二次冲击，若该爆炸地点仍存在粉尘和火源，也有可能发生二次爆炸、多次爆炸。二是爆炸所需的最小点火能量较高。由于粉尘颗粒比气体分子大得多,而且粉尘爆炸涉及分解、蒸发等一系列的物理和化学过程，所以，粉尘爆炸比气体爆炸所需的点火能量大，引爆时间长，过程复杂。三是高压持续时间长，破坏力强。与可燃性气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，加上粉尘粒子边燃烧边飞散，其爆炸的破坏性和对周围可燃物的烧损程度也更为严重。粉尘爆炸现场特征：粉尘爆炸特征与气体爆炸特征类似，即现场没有明显的炸点，击碎力小，抛出物块大、量少、抛出距离近，可使墙体外移、开裂，门窗外凸、变形，爆炸燃烧波作用范围广，能烧伤人、畜呼吸道。另外，粉尘爆炸可能会发生二次或多次爆炸,其具有的破坏程度和爆炸威力比气体爆炸更大。

e.粉尘爆炸的控制。一般要求：粉尘爆炸危险场所工艺设备的连接，如不能保证动火作业安全，其连接应设计为能将各设备方便地分离和移动；在紧急情况下，应能及时切断所有动力系统的电源；存在粉尘爆炸危险的工艺设备，应采用泄爆、抑爆和隔爆、抗爆中的一种或多种控爆方式，但不能单独采取隔爆。抗爆：生产和处理能导致爆炸的粉料时，若无抑爆装置，也无泄压措施，则所有的工艺设备应采用抗爆设计，且能够承受内部爆炸产生的超压而不破裂；各工艺设备之间的连接部分(如管道、法兰等)，应与设备本身有相同的强度；高强度设备与低强度设备之间的连接部分，应安装隔爆装置；耐爆炸压力和耐爆炸压力冲击设备应符合《耐爆炸设备》(GB/T)的相关要求。泄爆：工艺设备的强度不足以承受其实际工况下内部粉尘爆炸产生的超压时，应设置泄爆口，泄爆口应朝向安全的方向，泄爆口的尺寸应符合《粉尘爆炸泄压指南》(GB/T)的要求；对安装在室内的粉尘爆炸危险工艺设备应通过泄压导管向室外安全方向泄爆，泄压导管应尽量短而直，泄压导管的截面积应不小于泄压口面积，其强度应不低于被保护设备容器的强度；不能通过泄压导管向室外泄爆的室内容器设备,应安装无焰泄爆装置；具有内联管道的工艺设备，设计指标应能承受至少0.1MPa的内部超压。抑爆：存在粉尘爆炸危险的工艺设备，宜采用抑爆装置进行保护；如采用监控式抑爆装置，应符合《监控式抑爆装置技术要求》（GB/T）的要求；抑爆系统设计和应用应符合《抑制爆炸系统》（GB/T）的要求。隔爆：通过管道相互连通的存在粉尘爆炸危险的设备设施，管道上宜设置隔爆装置；存在粉尘爆炸危险的多层建（构）筑物楼梯之间，应设置隔爆门，隔爆门关闭方向应与爆炸传播方向一致。

⑥炸药爆炸。炸药是指一种在一定的外界能量作用下，能由其自身化学能快速反应发生爆炸，生成大量的热和气体产物的物质。炸药爆炸时化学反应速度非常快，在瞬间形成高温高压气体，以极高的功率对外界做功，使周围介质受到强烈的冲击、压缩而变形或碎裂。炸药爆炸的发生，一般应具备以下三个条件：爆炸药（包括炸药包装）、起爆装置和起爆能源。炸药爆炸造成的危害表现在以下三个方面：一是爆炸瞬间产生的高温火焰，可引燃周围可燃物而酿成火灾；二是爆炸产生的高温高压气体所形成的空气冲击波，可造成对周围的破坏，严重的可摧毁整个建筑物及设备，也可破坏邻近建筑物，甚至离爆炸点很远的建筑物也会受到损坏并造成人员伤亡；三是爆炸时产生的爆炸飞散物，向四周散射，造成人员伤亡和建筑物的破坏，当爆炸药量较大时，飞散物有很高的初速度，对邻近爆炸点的人员和建筑物危害很大，有的飞散物可抛射很远，对远离爆炸点的人员和建筑物也会造成伤亡和破坏。

⑦爆燃。爆燃是指以亚音速传播的燃烧波。爆燃的产生必须要有三个条件：一是有燃料和助燃空气的积存；二是燃料和空气混合物达到了爆燃的浓度；三是有足够的点火能量。爆燃的这三要素缺一不可。例如，锅炉在启动、运行、停运中，避免燃料和助燃空气积存就是杜绝炉膛爆燃的关键所在。

⑧爆轰。爆轰又称爆震，是指以冲击波为特征，传播速度大于未反应物质中声速的化学反应。发生爆轰时能在爆炸点引起极高压力，并产生超音速的冲击波。爆轰具有很大的破坏力，一旦条件具备爆轰会突然发生，并同时产生高速、高温、高压、高能、高冲击力的冲击波，该冲击波能远离爆震源独立存在，能引起位于一定距离处与其没有联系的其他爆炸性气体混合物或炸药的爆炸，从而产生一种“殉爆”现象。

3）爆炸极限

①爆炸极限的定义。可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源即能发生爆炸的最高或最低浓度，称为爆炸极限。可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源即能发生爆炸的最低浓度，称为爆炸下限。可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源即能发生爆炸的最高浓度，称为爆炸上限。爆炸下限和上限之间的间隔称为爆炸极限范围。爆炸极限范围越大，爆炸下限越低，爆炸上限越高，爆炸危险性就越大。混合物的浓度低于下限或高于上限时，既不能发生爆炸,也不能发生燃烧。但若浓度高于爆炸上限的爆炸混合物，离开密闭的设备、容器或空间，重新遇到空气仍有燃烧或爆炸的危险。

②不同物质的爆炸极限。可燃气体和液体的爆炸极限，通常用体积百分比表示。表3-1-5为部分可燃气体在空气和氧气中的爆炸极限，表3-1-6为部分可燃液体的爆炸极限。不同的物质由于其理化性质不同，其爆炸极限也不同。即使是同一种物质，在不同的外界条件下，其爆炸极限也不同，从表3-1-5可以看出，物质在氧气中的爆炸极限范围要比在空气中的爆炸极限范围大。

可燃粉尘的爆炸极限一般用单位体积的质量(g/m)表示。表3-1-7为部分常见可燃粉的爆炸下限。试验表明，许多工业粉尘的爆炸上限为0~0g/m,但由于粉尘沉降等原因，实际情况下很难达到爆炸上限值。因此，通常只应用粉尘的爆炸下限，其爆炸上限一般没有实用价值。

③爆炸极限在消防中的应用。主要体现在以下三个方面：

第一方面：作为评定可燃气体、液体蒸气或粉尘等物质火灾爆炸危险性大小的主要指标。由于爆炸极限范围越大，爆炸下限越低，越容易与空气或其他助燃气体形成爆炸性混合物，其可燃物的火灾爆炸危险性就越大。因此，《建筑设计防火规范》(GB)在对生产及储存物品的火灾危险性分类时，以爆炸极限为其中的火灾危险性特征对其进行了相应分类。第一，在对生产的火灾危险性分类时，将生产中使用或产生爆炸下限小于10%的气体物质，划分为甲类生产，例如氢气、甲烷、乙烯、乙焕、环氧乙烷、氯乙烯、硫化氢、水煤气和天然气等气体；将生产中使用或产生爆炸下限不小于10%的气体，划分为乙类生产，例如一氧化碳压缩机室及净化部位，发生炉煤气或鼓风炉煤气净化部位，氨压缩机房。第二，在对储存物品的火灾危险性分类时，将储存爆炸下限小于10%的气体和受到水或空气中水蒸气的作用能产生爆炸下限小于10%气体的固体物质，划分为甲类储存物品场所；将储存爆炸下限不小于10%的气体，划分为乙类储存物品场所。

第二方面：作为确定厂房和仓库防火措施的依据。以爆炸极限为特征对生产厂房的火灾危险性和储存物品仓库的火灾危险性进行分类后，以此为依据可以进一步确定厂房和仓库的耐火等级、防火间距、电气设备选用、建筑消防设施以及灭火救援力量的配备等。

第三方面：在生产、储存、运输、使用过程中，根据可燃物的爆炸极限及其危险特性，确定相应的防爆、泄爆、抑爆、隔爆和抗爆措施。例如，利用可燃气体或蒸气氧化法生产时，可采用惰性气体稀释和保护的方式，避免可燃气体或蒸气的浓度在爆炸极限范围之内。存在粉尘爆炸危险的工艺设备，采用监控式抑爆装置进行保护，从而在爆炸初始阶段，通过物理化学作用扑灭火焰，使未爆炸的粉尘不再参与爆炸。

4）最低引爆能量

①最低引爆能量的定义。最低引爆能量又称最小点火能量，是指在一定条件下,每一种爆炸性混合物的起爆最小点火能量。

②不同物质的最低引爆能量。表3-1-8为部分可燃气体和蒸气的最低引爆能量,表3-1-9部分可燃粉尘的最低引爆能量。爆炸性混合物的最低引爆能量越小，其燃爆危险性就越大，低于该能量，混合物就不会爆炸。

5）引发爆炸的直接原因。引发爆炸事故的直接原因可归纳为以下两大方面：

①机械、物质或环境的不安全状态。由机械、物质或环境的不安全状态引发爆炸事故的原因主要有以下三个方面：

a.生产设备原因。选材不当或材料质量有问题，导致设备存在先天性缺陷；由于结构设计不合理，零部件选配不当，导致设备不能满足工艺操作的要求；由于腐蚀、超温、超压等导致出现破损、失灵、机械强度下降、运转摩擦部件过热等。

b.生产工艺原因。物料的加热方式方法不当，致使引爆物料；对工艺性火花控制不力而形成引火源；对化学反应型工艺控制不当，致使反应失控；对工艺参数控制失灵，导致出现超温、超压现象。

c.物料原因。生产中使用的原料、中间体和产品大多是有火灾、爆炸危险性的可燃物；工作场所过量堆放物品；对易燃易爆危险品未采取安全防护措施；产品下机后不待冷却便入库堆积；不按规定掌握投料数量、投料比、投料先后顺序；控制失误或设备故障造成物料外溢，生产粉尘或可燃气体达到爆炸极限。

②人的不安全行为。由人的不安全行为导致爆炸的原因主要有：违反操作规程，违章作业，随意改变操作控制条件；生产和生活用火不慎，乱用炉火、灯火，乱丢未熄灭的火柴杆、烟蒂；判断失误、操作不当，对生产出现的超温、超压等异常现象束手无策；不遵循科学规律指挥生产，盲目施工，超负荷运转等。

6）爆炸对火灾发生变化的影响。爆炸冲击波能将燃烧着的物质抛散到高空和周围地区，如果燃烧的物质落在可燃物体上就会引起新的火源，造成火势蔓延扩大。除此之外，爆炸冲击波能破坏难燃结构的保护层，使保护层脱落，可燃物体暴露于表面,这就为燃烧面积迅速扩大增加了条件。由于冲击波的破坏作用，使建筑结构发生局部变形或倒塌，增加空隙和孔洞，其结果必然会使大量的新鲜空气流入燃烧区，燃烧产物迅速流到室外。在此情况下，气体对流大大加强，促使燃烧强度剧增，助长火势迅速发展。同时由于建筑物孔洞大量增加，气体对流的方向发生变化，火势蔓延方向也会改变。如果冲击波将炽热火焰冲散，使火焰穿过缝隙或不严密处，进入建筑结构的内部孔洞，也会引起该部位的可燃物质发生燃烧。火场如果有沉浮在物体表面上的粉尘，爆炸的冲击波会使粉尘扬撒于空间，与空气形成爆炸性混合物，可能发生再次爆炸或多次爆炸。当可燃气体、液体和粉尘与空气混合发生爆炸时，爆炸区域内的低燃点物质会在顷刻之间全部发生酷烧，燃烧面积迅速扩大。火场上发生爆炸，不仅对火势发展变化有极大影响，而且对扑救人员和附近群众也有严重威胁。因此，应采取有效措施，防止和消除爆炸危险。

2.按燃烧物形态不同分类

按燃烧物形态不同，燃烧分为固体物质燃烧、液体物质燃烧和气体物质燃烧三种类型。

（1）固体物质燃烧

根据固体物质的燃烧特性，其主要有以下四种燃烧方式：

1）阴燃。物质无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟气并有温度升高的现象，称为阴燃。阴燃是在燃烧条件不充分的情况下发生的缓慢燃烧，是固体物质特有的燃烧形式。固体物质能否发生阴燃，主要取决于固体材料自身的理化性质及其所处的外部环境。例如，成捆堆放的纸张、棉、麻以及大堆垛的煤、草、锯末等固体可燃物,在空气不流通、加热温度较低或含水分较高时就会发生阴燃。这种燃烧看不见火苗,可持续数天，不易发现。阴燃和有焰燃烧在一定条件下能相互转化。如在密闭或通风不良的场所发生火灾，由于燃烧消耗了氧，氧浓度降低，燃烧速度减慢，分解出的气体量减少，火焰逐渐熄灭，此时有焰燃烧可能转为阴燃。但如果改变通风条件,增加供氧量或可燃物中的水分蒸发到一定程度，也可能由阴燃转变为有焰燃烧。火场上的复燃现象和固体阴燃引起的火灾等都是阴燃在一定条件下转化为有焰燃烧的例子。

2）蒸发燃烧。可燃固体受热后升华或爆化后蒸发，随后蒸气与氧气发生的有焰燃烧现象，称为蒸发燃烧。固体的蒸发燃烧是一个熔化、汽化、扩散、燃烧的连续过程，属于有焰的均相燃烧。例如，蜡烛、樟脑、松香、硫黄等物质燃烧就是典型的蒸发燃烧形式。

3）分解燃烧。分子结构复杂的可燃固体，由于受热分解而产生可燃气体后发生的有焰燃烧现象，称为分解燃烧。例如，木材、纸张、棉、麻、毛、丝以及合成高分子的热固性塑料、合成橡胶等物质的燃烧就属于分解燃烧。分解燃烧与蒸发燃烧一样，都属于有焰的均相燃烧，只是可燃气体的来源不同：蒸发燃烧的可燃气体是相变的产物，而分解燃烧的可燃气体来自固体的热分解。

4)表面燃烧。可燃固体的燃烧反应是在其表面直接吸附氧气而发生的燃烧，称为表面燃烧。例如，木炭、焦炭、铁、铜等物质燃烧就属于典型的表面燃烧。这种燃烧方式的特点是：在发生表面燃烧的过程中，固体物质既不熔化或汽化，也不发生分解，只是在其表面直接吸附氧气进行燃烧反应，固体表面呈高温、炽热、发红、发光而无火焰的状态，空气中的氧不断扩散到固体高温表面被吸附，进而发生气固非均相反应，反应的产物带着热量从固体表面逸出。表面燃烧呈无火焰的非均相燃烧，因此，有时又称为异相燃烧。

实际上，上述四种燃烧形式的划分不是绝对的，有些可燃固体的燃烧往往包含两种或两种以上的形式。例如，木材及木制品、纸张、棉、麻、化纤织物等可燃性固体，四种燃烧形式往往同时伴随在火灾过程中：阴燃一般发生在火灾的初起阶段；蒸发燃烧和分解燃烧多发生于火灾的发展阶段和猛烈燃烧阶段；表面燃烧通常发生在火灾的熄灭阶段。

(2)液体物质燃烧

根据液体物质的燃烧特性，其燃烧方式主要有以下四种：

1)闪燃

①闪燃的定义。可燃性液体挥发的蒸气与空气混合达到一定浓度后，遇明火发生一闪即灭的燃烧现象，称为闪燃。

②闪燃的形成过程。在一定温度条件下，可燃性液体表面会产生可燃蒸气，这些可燃蒸气与空气混合形成一定浓度的可燃性气体，当其浓度不足以维持持续燃烧时,遇火源能产生一闪即灭的火苗或火光，形成一种瞬间燃烧现象。可燃性液体之所以会发生一闪即灭的闪燃现象，是因为液体在闪燃温度下蒸发的速度较慢，所蒸发出来的蒸气仅能维持一刹那的燃烧，而来不及提供足够的蒸气维持稳定的燃烧，故闪燃一下就熄灭了。闪燃往往是可燃性液体发生着火的先兆，因此，从消防角度来说，发生闪燃就是危险的警告。

③液体的闪点

a.闪点的定义。在规定的试验条件下，可燃性液体表面产生的蒸气在试验火焰作用下发生闪燃的最低温度，称为闪点，单位为“℃”。

b.闪点的变化规律。闪点与可燃性液体的饱和蒸气压有关，饱和蒸气压越高，闪点越低。表3-1-10列出了部分可燃性液体的闪点。同系物液体的闪点具有以下规律:

闪点随其分子量的增加而升高；闪点随其沸点的增加而升高；闪点随其密度的增加而升高；闪点随其蒸气压的降低而升高。

c.闪点在消防上的应用。闪点是可燃性液体性质的主要特征之一，是评定可燃性液体火灾危险性大小的重要参数。闪点越低，火灾危险性就越大；反之，则越小。在一定条件下，当液体的温度高于其闪点时，液体随时有可能被引火源引燃或发生自燃；当液体的温度低于闪点时，液体不会发生闪燃，更不会着火。闪点在消防上的应用体现在以下方面：一是根据闪点划分可燃性液体的火灾危险性类别。例如，《建筑设计防火规范》（GB）在对生产及储存物品场所的火灾危险性分类时，以闪点作为火灾危险性的特征对其进行了相应分类。即将液体生产及储存场所的火灾危险性分为甲类（闪点＜28℃的液体）、乙类（28℃≤闪点＜60℃的液体）、丙类（闪点≥60℃的液体）三个类别。再如，《石油库设计规范》（GB）根据闪点将液体分为易燃液体（闪点＜45℃的液体）和可燃液体（闪点≥45℃的液体）两种类型。二是根据闪点间接确定灭火剂的供给强度。例如，《泡沫灭火系统设计规范》（GB）在确定非水溶性液体储罐采用固定式、半固定式液上喷射系统时，依据液体闪点所划分的甲类、乙类和丙类液体，明确其对应的泡沫混合液供给强度和连续供给时间不应小于表3-1-11的规定值。

2）蒸发燃烧。蒸发燃烧是指可燃性液体受热后边蒸发边与空气相互扩散混合，遇引火源后发生燃烧，呈现有火焰的气相燃烧形式。可燃性液体在燃烧过程中，并不是液体本身在燃烧，而是液体受热时蒸发出来的液体蒸气被分解、氧化达到燃点而燃烧。因此，液体能否发生燃烧、燃烧速率高低，与液体的蒸气压、闪点、沸点和蒸发速率等密切相关。

3）沸溢燃烧

①沸溢的定义。正在燃烧的油层下的水层因受热沸腾膨胀导致燃烧着的油品喷溅，使燃烧瞬间增大的现象，称为沸溢。

②沸溢的形成过程及其危害。含有一定水分、黏度较大的重质油品（如原油、重油）中的水以乳化水和水垫层两种形式存在。乳化水是悬浮于油中的细小水珠，油水分离过程中，水沉降在底部就形成水垫层。当重质油品燃烧时，这些沸程较宽的重质油品产生热波，在热波向液体深层运动时，由于温度远高于水的沸点，会使油品中的乳化水汽化，大量的蒸汽穿过油层向液面上浮，在向上移动过程中形成油包气的气泡,即油的一部分形成了含有大量蒸汽气泡的泡沫。这种表面包含有油品的气泡，比原来的水体积扩大千倍以上，气泡被油薄膜包围形成大量油泡群，液面上下像开锅一样沸腾，到储罐容纳不下时，油品就会像“跑锅”一样溢出罐外，这就是沸溢形成的过程。

有关试验表明，含有1%水分的石油，经45~60min燃烧就会发生沸溢。在一般情况下，油品含水量大，热波移动速度快，沸溢出现早；油品含水量小，热波移动速度慢,沸溢出现就晚。储罐发生沸溢时，油品外溢距离可达几十米，面积可达数千平方米,会形成大面积流散液体燃烧，对灭火救援人员及消防器材装备等的安全会产生巨大的威胁。

③沸溢的形成条件。含有水分、黏度较大的重质油品发生燃烧时，有可能产生沸溢现象。通常，沸溢形成必须具备以下三个条件：一是油品为重质油品且黏度较大;二是油品具有热波的特性；三是油品含有乳化水。

④沸溢的典型征兆。一是出现液滴在油罐液面上跳动并发出“啪叽啪叽”的微爆噪声；二是燃烧出现异常，火焰呈现大幅度的脉动、闪烁；三是油罐开始出现振动。

4）喷溅燃烧

①喷溅的定义。储罐中含有水垫层的重质油品在燃烧过程中，随着热波温度的逐渐升高，热波向下传播的距离也不断加大。当热波达到水垫层时，水垫层的水变成水蒸气，蒸汽体积迅速膨胀，当形成的蒸汽压力大到足以把水垫层上面的油层抬起时,蒸汽冲破油层将燃烧着的油滴和包油的油汽抛向上空，向四周喷溅燃烧，这种现象称为喷溅燃烧。

②喷溅的形成过程及其危害。一般情况下，发生喷溅的时间要晚于发生沸溢的时间，常常是先发生沸溢，间隔一段时间，再发生喷溅。研究表明，喷溅发生的时间与油层厚度、热波移动速度及油的燃烧线速度有关，储罐从着火到喷溅的时间与油层厚度成正比，与燃烧的速度和热波传播的速度成反比。油层越薄，燃烧速度、油品温度传递速度越快，越能在着火后较短时间内发生喷溅。而喷溅高度和散落面积与油层厚度、储罐直径有关。发生喷溅时油品与火突然腾空而起，带出的燃油从池火燃烧状态转变为液滴燃烧状态，向外喷出，形成空中燃烧，火柱高达十几米甚至几十米，燃烧强度和危险性随之增加，导致流散液体增多，燃烧面积迅速增大，严重威胁周边建（构）筑物、器材装备及人员的安全。因此，储罐一旦出现沸溢和喷溅，火场有关人员必须立即撤到安全地带，并应采取必要的技术措施，防止喷溅时油品流散，火势蔓延和扩大。

③喷溅的形成条件。从喷溅形成的过程看，发生喷溅必须具备以下条件：一是油品属于沸溢性油品；二是储罐底部含有水垫层；三是热波头温度高于水的沸点，并与水垫层接触。

④喷溅的典型征兆。一是油面蠕动、涌涨现象明显，出现油泡沫24次；二是火焰变白且更加发亮，火舌尺寸变大，形似火箭；三是颜色由浓变淡；四是罐壁发生剧烈抖动，并伴有强烈的“嘶嘶”声。

（3）气体物质燃烧

可燃气体的燃烧不像固体、液体物质那样需经熔化、分解、蒸发等变化过程，其在常温常压下就可以任意比例与氧化剂相互扩散混合，完成燃烧反应的准备阶段。当混合气体达到一定浓度后，遇引火源即可发生燃烧或爆炸，因此，气体的燃烧速度大于固体、液体。根据气体物质燃烧过程的控制因素不同，其有以下两种燃烧方式：

1）扩散燃烧。可燃性气体或蒸气与气体氧化剂互相扩散，边混合边燃烧的现象，称为扩散燃烧。例如，天然气井口的井喷燃烧、工业装置及容器破裂口喷出燃烧等均属于扩散燃烧。扩散燃烧的特点是扩散火焰不运动，也不发生回火现象，可燃气体与气体氧化剂的混合在可燃气体喷口进行。气体扩散多少，就烧掉多少，这类燃烧比较稳定。对于稳定的扩散燃烧，只要控制得好，就不至于造成火灾，一旦发生火灾也较易扑救。

2）预混燃烧。可燃气体或蒸气预先同空气（或氧气）混合，遇引火源产生带有冲击力的燃烧现象，称为预混燃烧。这类燃烧往往造成爆炸，因此，也称爆炸式燃烧或动力燃烧。预混燃烧按照混合程度不同，又分为部分预混燃烧（即可燃气体预先与部分空气或氧气混合的燃烧）和完全预混燃烧（即可燃气体预先与过量空气或氧气混合的燃烧）两种形式。预混燃烧的特点是燃烧反应快，温度高，火焰传播速度快，反应混合气体不断扩散，在可燃混合气体中会产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源。预混燃烧一般发生在封闭体系或混合气体向周围扩散的速度远小于燃烧速度的敞开体系中。当大量可燃气体泄漏到空气中，或大量可燃液体泄漏并迅速蒸发产生蒸气，则会在大范围空间内与空气混合形成可燃性混合气体，若遇引火源就会立即发生爆炸。许多火灾爆炸事故都是由预混燃烧引起的，如制气系统检修前不进行置换就烧焊，燃气系统开车前不进行吹扫就点火，用气系统产生负压“回火”或漏气未被发现而动火等，往往形成动力燃烧，极易造成设备损坏和人员伤亡事故。

四、燃烧产物

1.燃烧产物的定义

由燃烧或热解作用而产生的全部物质，称为燃烧产物。它通常包括燃烧生成的烟气、热量和气体等。

2.燃烧产物的分类

燃烧产物分为完全燃烧产物和不完全燃烧产物两类。

（1）完全燃烧产物

可燃物质在燃烧过程中，如果生成的产物不能再燃烧，则称为完全燃烧，其产物为完全燃烧产物，例如二氧化碳、二氧化硫等。

（2）不完全燃烧产物

可燃物质在燃烧过程中，如果生成的产物还能继续燃烧，则称为不完全燃烧，其产物为不完全燃烧产物，例如一氧化碳、醇类、醛类、醵类等。

3.不同物质的燃烧产物

燃烧产物的数量及成分，随物质的化学组成以及温度、空气（氧）的供给情况等变化而有所不同。

（1）单质的燃烧产物

一般单质在空气中的燃烧产物为该单质元素的氧化物。如碳、氢、硫等燃烧分别生成二氧化碳、水蒸气、二氧化硫，这些产物不能再燃烧，属于完全燃烧产物。

（2）化合物的燃烧产物

一些化合物在空气中燃烧除生成完全燃烧产物外，还会生成不完全燃烧产物。最典型的不完全燃烧产物是一氧化碳，它能进一步燃烧生成二氧化碳。特别是一些高分子化合物，受热后会产生热裂解，生成许多不同类型的有机化合物，并能进一步燃烧。

（3）木材的燃烧产物

木材属于高熔点类混合物，主要由碳、氢、氧、氮等元素组成，常以纤维素分子形式存在。木材燃烧一般包含分解燃烧和表面燃烧两种类型。在高湿、低温、贫氧条件下,木材还能发生阴燃。木材的燃烧存在三个比较明显的阶段：一是干燥准备阶段。当木材接触火源时水分开始蒸发，加热到约Y时就被干燥并蒸发出极少量的树脂。温度达到~℃时，木材开始分解，产物主要是水蒸气和二氧化碳，为燃烧做好了准备。二是有焰燃烧阶段，即木材的热分解产物的燃烧。当温度达到280℃时，木材开始变色并炭化，分解产物主要是一氧化碳、氢和碳氢化合物，并进行稳定的有焰燃烧，直到木材的有机质组分分解完为止，有焰燃烧才结束。三是无焰燃烧阶段，即木炭的表面燃烧。当木材被加热到℃以上时，在木材表面垂直于纹理方向上木炭层出现小裂纹，使挥发物容易通过炭化层表面逸出。随着炭化深度的增加，裂缝逐渐加宽，产生“龟裂”现象。

（4）高聚物的燃烧产物

有机高分子化合物（简称高聚物），主要是以石油、天然气、煤为原料制得，例如人们熟知的塑料、橡胶、合成纤维这三大合成有机高分子化合物。高聚物的燃烧过程十分复杂，包括一系列的物理和化学变化，主要分为受热软化熔融、热分解和着火燃烧三个阶段。高聚物的燃烧与热源温度、物质的理化特性和环境氧浓度等因素密切相关，其着火燃烧的难易程度有很大差别。高聚物的燃烧具有发热量大、燃烧速度快、发烟量大、有熔滴等特点，并且在燃烧或分解过程中会产生氮氧化合物、氯化氢、光气、氤化氢等大量有毒或有刺激性的有害气体，其燃烧产物的毒性十分剧烈。不同类型的高聚物在燃烧或分解过程中会产生不同类别的产物：只含碳和氢的高聚物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯燃烧时有熔滴，易产生一氧化碳气体；含有氧的高聚物，例如赛璐珞、有玻璃等燃烧时变软，无熔滴，同样产生一氧化碳气体；含有氮的高聚物，例如三聚氤胺甲醛树脂、尼龙等燃烧时有熔滴，会产生一氧化碳、一氧化氮、氤化氢等有毒气体；含有氯的高聚物，例如聚氯乙烯等燃烧时无熔滴，有炭瘤，并产生氯化氢气体，有毒且溶于水后有腐蚀性。

4.燃烧产物的毒性及其危害

燃烧产物大多是有毒有害气体，例如一氧化碳、氤化氢、二氧化硫等均对人体有不同程度的危害，往往会通过呼吸道侵入或刺激眼结膜、皮肤黏膜使人中毒甚至死亡。据统计，在火灾中死亡的人约75%是由于吸入毒性气体中毒而致死的。一氧化碳是火灾中致死的主要燃烧产物之一，其毒性在于对血液中血红蛋白的高亲和力。一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力高倍，所以一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成人体组织缺氧而窒息。当吸入一氧化碳气体后，一氧化碳能阻止人体血液中氧气的输送，引起头痛、虚脱、神志不清、肌肉调节障碍等症状，严重时会使人昏迷甚至死亡。表3-1-12所示为不同浓度的一氧化碳对人体的影响。另外，建筑物内广泛使用的合成高分子等物质燃烧时，不仅会产生一氧化碳、二氧化碳，而且还会分解出乙醛、氯化氢、氧化氢等有毒气体，给人的生命安全造成更大的威胁，表3-1-13为部分主要有害气体的来源及对人体的影响。

5.烟气

（1）烟气的定义及成分

烟气是指物质高温分解或燃烧时产生的固体和液体微粒、气体，连同夹带和混入的部分空气形成的气流。

火灾烟气的主要成分有：燃烧和热分解所生成的气体，例如一氧化碳、二氧化碳、割化氢、氯化氢、硫化氢、乙醛、丙醛、光气、苯、甲苯、氯气、氨气、氮氧化合物等；悬浮在空气中的液体微粒，例如蒸气冷凝而成的均匀分散的焦油类粒子和高沸点物质的凝缩液滴等；固态微粒，例如燃料充分燃烧后残留下来的灰烬和炭黑固体粒子。

（2）烟气的危害性

建（构）筑物发生火灾时，建筑材料及装修材料、室内可燃物等在燃烧时所产生的生成物之一是烟气。不论是固态物质还是液态物质、气态物质在燃烧时，都要消耗空气中大量的氧，并产生大量炽热的烟气。烟气是一种混合物，其含有的各种有毒性气体和固体碳颗粒具有以下危害性：

1）毒害性。火灾中产生的烟气中含有的各种有毒气体，其浓度往往超过人的生理正常所允许的最高浓度，极易造成人员中毒死亡。例如，人生理正常所需要的氧浓度应大于16%,而烟气中含氧量往往低于此数值。据有关试验测定：当空气中含氧量降低到15%时，人的肌肉活动能力下降；降到10%~14%时，人就会四肢无力，智力混乱，辨不清方向；降到6%~10%时，人就会晕倒；低于6%时，人的呼吸会停止，约5min就会死亡。实际的着火房间中氧的最低浓度仅有3%左右，可见在发生火灾时人要是不及时逃离火场是很危险的。此外，火灾烟气中常含有割化氢、卤化氢、光气及醛、醍等多种有毒刺激性气体，使眼睛不能长时间睁开，不能较好地辨别方向，这势必影响逃生能力。另据试验表明：一氧化碳浓度达到1%时，人在1~2min内死亡；氢氧酸的浓度达到0.%时，人立即死亡；氯化氢的浓度达到0.2%时，人在数分钟内死亡；二氧化碳的浓度达到20%时，人在短时间内死亡。在对火灾遇难者的尸体解剖中发现，死者血液中经常含有瑛基血红蛋白，这是吸入一氧化碳和氤化物等的结果。

2）窒息性。二氧化碳在空气中的含量过高，会刺激人的呼吸系统，使呼吸加快,引起口腔及喉部肿胀，造成呼吸道阻塞，从而产生窒息。表3-1-14为不同浓度的二氧化碳对人体的影响。例如，河南省某商厦“”特别重大火灾事故，造成人死亡、7人受伤。事后调查表明，这起火灾的遇难人员全部是因为吸入有毒烟气中毒、窒息而亡。

3）减光性。火灾烟气中存在大量的悬浮固体和液体烟粒子，烟粒子粒径为几微米到几十微米，而可见光波的波长为0.4~0.7[im,即烟粒子的粒径大于可见光的波长，这些烟粒子对可见光是不透明的，对可见光有完全的遮蔽作用。当烟气弥漫时,可见光因受到烟粒子的遮蔽而大大减弱，能见度大大降低，这就是烟气的减光性。烟气的减光性，会使火场能见距离降低，进而影响人的视线，使人在浓烟中辨不清方向，不易找到起火点和辨别火势发展方向，严重妨碍人员安全疏散和消防人员灭火扑救。

4）高温性。火灾烟气是燃烧或热解的产物，在物质的传递过程中，携带大量的热量离开燃烧区，其温度非常高，火场上烟气往往能达到~甚至超过多数可燃物质的热分解温度，人在火灾烟气中极易被烫伤。试验表明，短时间内人的皮肤直接接触烟气的安全温度范围不宜超过65℃,接触超过℃的烟气，不仅会出现虚脱现象且几分钟内就会严重烧伤或烧死。

5）爆炸性。烟气中的不完全燃烧产物，如一氧化碳、氧化氢、硫化氢、氨气、苯、炷类等都是易燃物质，这些物质的爆炸下限都不高，极易与空气形成爆炸性混合气体，使火场有发生爆炸的危险。

6）恐怖性。发生火灾时，烟气和火焰冲出门窗孔洞，浓烟滚滚，烈火熊熊，高温烘烤，使人陷入极度恐惧状态，惊慌失措，失去理智，会给火场人员疏散造成严重混乱局面。

（3）烟气的流动和蔓延

火灾产生的高温烟气的密度比冷空气小，因此，烟气在建筑物内向上升腾，但因受到建筑结构、开口和通风条件等限制，遇到水平楼板或顶棚时，即改为水平方向流动，所以烟气在流动扩散过程中通常呈水平方向和竖直方向流动扩散蔓延，如图3-1-3所示。烟气在顶棚下向前运动时，如遇梁或挡烟垂壁，烟气受阻，此时烟气会折回，聚集在储烟仓上空，直到烟的层流厚度超过梁高时，烟会继续前进，占满另外空间。研究表明，烟气的蔓延速度与火灾燃烧阶段、烟气温度和蔓延方向有关。烟气在水平方向的流动扩散速度较小，竖直上升速度比水平流动速度大得多。

据测试，水平方向烟气流动扩散速度，在火灾初期为0.1~0.3m/s,在火灾中期为0.5~0.8m/s；而在竖直方向烟气流动扩散速度可达18m/s。通常，在建筑内部烟气流动扩散一般有三条路线:第一条路线是着火房间一走廊—楼梯间→上部各楼层→室外；第二条路线是着火房间→室外；第三条路线是着火房间→相邻上层房间→室外。

1）着火房间内的烟气流动蔓延。火灾过程中，由于热浮力作用，烟气从火焰区域沿竖直方向上升到达楼板或者顶棚，然后会改变流动方向沿顶棚水平方向流动扩散。由于冷空气混入以及建筑围护构件的阻挡，水平方向流动扩散的烟气温度逐渐下降并向下流动。逐渐冷却的烟气和冷空气流向燃烧区，形成了室内的自然对流，使火越烧越旺。着火房间内顶棚下方逐渐积累形成稳定的烟气层。着火房间内烟气在流动扩散过程中，会出现以下现象：

①烟羽流。火灾时烟气卷吸周围空气所形成的混合烟气流，称为烟羽流。烟羽流按火焰及烟的流动情形，可分为轴对称型烟羽流（见图3-1-4）、阳台溢出型烟羽流、窗口型烟羽流等。在燃烧表面上方附近为火焰区，它分为连续火焰区和间歇火焰区。而火焰区上方为燃烧产物即烟气的羽流区，其流动完全由浮力效应控制，由于浮力作用，烟气流会形成一个热烟气团，在浮力的作用下向上运动，在上升过程中卷吸周围新鲜空气与原有的烟气发生掺混。

②顶棚射流。当烟羽流撞击到房间的顶棚后，沿顶棚水平运动，形成一个较薄的顶棚射流层，称为顶棚射流。由于它的作用，使安装在顶棚上的感烟火灾探测器、感温火灾探测器和洒水喷头感应动作，实现自动报警和喷水灭火。

③烟气层沉降。随着燃烧持续发展，新的烟气不断向上补充，室内烟气层的厚度逐渐增加。在这一阶段，上部烟气的温度逐渐升高，浓度逐渐增大，如果可燃物充足,且烟气不能充分地从上部排出，烟气层将会一直下降，直到浸没火源。由于烟气层的下降，使得室内的洁净空气减少，如果着火房间的门、窗等开口是敞开的，烟气会沿这些开口排出。因此，发生火灾时，应设法通过打开排烟口等方式，将烟气层限制在一定高度。否则，着火房间烟气层下降到房间开口位置，如门、窗或其他缝隙时，烟气会通过这些开口蔓延扩散到建筑的其他部位。

④火风压。火风压是指建筑物内发生火灾时，在起火房间内，由于温度上升，气体迅速膨胀，对楼板和四壁形成的压力。火风压的影响主要在起火房间，如果火风压大于进风口的压力，则大量的烟火通过外墙窗口由室外向上蔓延；若火风压等于或小于进风口的压力，则烟火便全部从内部蔓延，当它进入楼梯间、电梯井、管道井、电缆井等竖井后，会大大增强烟囱效应。

2）走廊的烟气流动蔓延。随着火灾的发展，着火房间上部烟气层会逐渐变厚。如果着火房间设有外窗或专门的排烟口，烟气将从这些开口排至室外。若烟气的生成量很大，致使外窗或专设排烟口来不及排出烟气，烟气层厚度会继续增大。当烟气层厚度增大到超过挡烟垂壁的下端或房门的上缘时，烟气就会沿着水平方向蔓延扩散到走廊。着火房间内烟气向走廊的扩散流动是火灾烟气流动的主要路线。显然，着火房间门、窗不同的开关状态，会在很大程度上影响烟气向走廊扩散的效果。如果房间的门、窗都紧闭，空气和烟气仅仅通过门、窗的缝隙进出，流量非常有限。如果外窗关闭,室内门开启，会使着火房间产生的烟气大量扩散到走廊中。当发生轰燃时，门、窗玻璃破碎或门板破损，火势迅猛发展，烟气生成量大大增加，致使大量烟气从着火房间流出。

3）竖井中的烟气流动蔓延。在高层建筑中，走廊中的烟气除了向其他房间蔓延外，由于受烟囱效应的驱动，还会通过建筑物内的楼梯井、电梯井、管道井等竖井向上流动扩散。所谓的烟囱效应是指在相对封闭的竖向空间内，由于气流对流而使烟气和热气流向上流动的现象。经测试，在烟囱效应的作用下，火灾烟气在竖井中的上升运动十分显著，流动蔓延速度可达6~8m/s,甚至更快。因此，烟囱效应是造成烟气向上蔓延的主要因素。

火灾时由于建筑物内的温度高于室外温度，所以室内气流总的方向是自下而上,即正烟囱效应。在正烟囱效应下，若火灾发生在中性面（即室内空间内部与外部压力相等的高度）以下的楼层，火灾烟气进入竖井后会沿竖井上升。当升到中性面以上时,烟气可由竖井上部的开口流出，也可进入建筑物上部与竖井相连的楼层；若中性面以上的楼层起火，当火势不大时，由烟囱效应产生的空气流动可限制烟气流进竖井，如果着火层的燃烧强烈，则热烟气的浮力足以克服竖井内的烟囱效应，仍可进入竖井而继续向上蔓延。如果在盛夏季节，安装空调的建筑内的温度比外部温度低，这时建筑内的气体是向下运动的，即逆烟囱效应。逆烟囱效应的空气流可驱使比较冷的烟气向下运动，但在烟气较热的情况下，浮力较大，即使楼内起初存在逆烟囱效应，一段时间后烟气仍会向上运动。因此，当高层建筑中的楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排气道等各种竖井的防火分隔或封堵处理不当时，就会形同一座高耸的烟囱，强大的抽拔力将使烟火沿着竖井迅速蔓延扩大。

（4）烟气的颜色及嗅味特征

不同物质燃烧，产生烟气的颜色及嗅味特征各不相同，表3-1-15列举了部分可燃物产生的烟气颜色及嗅味特征。在火场上，消防救援人员可通过识别烟气的这些特征，为火情侦查、人员疏散与火灾扑救提供参考和依据。

6.火焰、燃烧热和燃烧温度

（1）火焰

1）火焰的定义。火焰俗称火苗，是指发光的气相燃烧区域。火焰是可燃物在气相状态下发生燃烧的外部表现。

2）火焰的构成。对于固体和液体可燃物而言，其燃烧时形成的火焰由焰心、内焰、外焰三部分构成，如图3-1-5所示。焰心是指最内层亮度较暗的圆锥体部分，由可燃物受热蒸发或分解产生的气态可燃物构成。由于内层氧气浓度较低，所以燃烧不完全，温度较低。内焰是指包围在焰心外部较明亮的圆锥体部分。内焰中气态可燃物进一步分解，因氧气供应不足，燃烧不是很完全，但温度较焰心高，亮度也比焰心强。外焰是指包围在内焰外面亮度较暗的圆锥体。外焰中，氧气供给充足，因此燃烧完全,燃烧温度最高。由于外焰燃烧的往往是一氧化碳和氢气，炽热的碳粒很少，因此，外焰几乎没有光亮。对于气体可燃物而言，其燃烧形成的火焰只有内焰和外焰两个区域，而没有焰心区域，这是由于气体的燃烧一般无相变过程。

3）火焰的特征。火焰具有以下基本特征：

①火焰具有放热性。由于燃烧反应伴有大量的热释放，所以火焰区的气体会被加热到很高的温度（一般大于1K）。火焰区的热能主要通过辐射、传导和对流方式向周围环境释放。火焰温度越高，辐射强度越高，对周围可燃物和人员的威胁就越大。

②火焰具有颜色和发光性。火焰的颜色取决于燃烧物质的化学成分和助燃物的供应强度。大部分物质燃烧时火焰是橙红色的，但有些物质燃烧时火焰具有特殊的颜色，如硫黄燃烧的火焰是蓝色的，磷和钠燃烧的火焰是黄色的。此外，火焰的颜色还与燃烧温度有关，燃烧温度越高，火焰就越明亮，颜色越接近蓝白色。火焰有显光（光亮）和不显光（或发蓝光）两种类型，而显光火焰又分为有熏烟和无熏烟两种。含氧量达到50%以上的可燃物燃烧时，火焰几乎无光。含氧量在50%以下的可燃物燃烧时，发出显光（光亮或发黄光）火焰。如果燃烧物的含碳量达到60%以上，火焰则发出显光，而且带有大量黑烟。因此，根据火焰的颜色和发光特性，可以认定起火部位和范围，判定燃烧的物质。此外，掌握不显光火焰的特征，可防止火势扩大和灼伤人员。

③火焰具有电离特性。一般在碳氢化合物燃料和空气的燃烧火焰中，气体具有较高的电离度。

④火焰具有自行传播的特征。火焰一旦形成，就不断地向相邻未燃气体传播，直到整个反应系统反应终止。因此，根据火焰大小与流动方向，可以判定其燃烧速度和火势蔓延方向。

（2）燃烧热

燃烧热是指在25℃、kPa时1mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物所放出的热量。燃烧热值越高的物质燃烧时火势越猛，温度越高，辐射出的热量也越多。物质燃烧时，都能放出热量。这些热量被消耗于加热燃烧产物，并向周围扩散。可燃物质的发热量取决于物质的化学组成和温度。

（3）燃烧温度

燃烧温度是指燃烧产物被加热的温度。不同可燃物质在同样条件下燃烧时，燃烧速度快的比燃烧速度慢的燃烧温度高。在同样大小的火焰下，燃烧温度越高，向周围辐射出的热量就越多，火灾蔓延的速度就越快。