第1章燃烧化学基础11.1 燃烧的本质和条件21.1.1 燃烧的本质3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、4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5（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；6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7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。

8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9焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。

10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11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，12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。

13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14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15应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

161.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用171.1.2.1 燃烧的条件18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19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。

201．可燃物（还原剂）21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22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23氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。

242．助燃物（氧化剂）25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26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，27可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。

283．点火源29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30擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。

31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32合、相互作用，燃烧也不一定发生。

要发生燃烧还必须满足其它条件，如可燃33物和助燃物有一定的数量和浓度，点火源有一定的温度和足够的热量等。

燃烧34能发生时，三要素可表示为封闭的三角形，通常称为着火三角形，如图1-1（a）35所示。

36经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。

但是，37根据燃烧的链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基（自由基）作“中38间体”，因此，着火三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，39从而形成一个着火四面体，如图1-1（b）所示。

4041424344454647484950511.1.2.2 燃烧条件在消防中的应用52掌握发生燃烧的条件，就可以了解预防和控制火灾的基本原理。

所谓火灾，53是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

54根据着火三角形，可以提出以下防火方法：551．控制可燃物56在可能的情况下，用难燃或不燃材料代替易燃材料；对工厂易产生可燃气57体的地方，可采取通风；在森林中采用防火隔离林等。

582．隔绝空气59涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的，60要充入惰性介质保护；隔绝空气储存某些物质等。

613．消除点火源62在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；同时禁止一切火种等。

63根据着火三角形，可以提出以下灭火方法：641．隔离法65将尚未燃烧的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；断绝可燃物来66源等，燃烧区得不到足够的可燃物就会熄灭。

672．窒息法68用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；69密闭起火的建筑物的空洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄灭。

703．冷却法71用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧就会停止。

72着火四面体为另一种灭火方法——抑制法提供了理论依据，这种方法的原73理是：使灭火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，74形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应终止。

75根据燃烧的条件，防火和灭火最根本的原理是防止燃烧条件的形成和破坏76已形成的燃烧条件。

771.2 燃烧空气量的计算78我们知道，空气中含有近21％（23.2％重量）的氧气，一般可燃物在79其中遇点火源就能燃烧。

空气量或者氧气量不足时，可燃物就不能燃烧或者正80在进行的燃烧将会逐渐熄灭。

空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示一定81量可燃物燃烧所需要的空气质量或者体积。

其计算是在可燃物完全燃烧的条件82下进行的。

831.2.1理论空气量84理论空气量是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也85称为理论空气需要量。

此时，燃料中的可燃物与空气中的氧完全反应，得到完86全氧化的产物。

871.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量88一般情况下，对于固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，89其成分为：90A+W+S+C（1-1）H+ON%%%100%%%+%=%+91式中，C、H、O、N、S、A和W分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰92分和水分的质量百分数，其中，C、H和S是可燃成分；N、A和W是不可燃成分；93O是助燃成分。

94计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完95全燃烧所需要的氧气量。

因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如96完全燃烧的总体方程如下：9722CO O C =+98O H O H 222141=+ （1-2）9922SO O S =+100假定计算中涉及的气体是理想气体，即1000mol 气体在标准状态下的101 体积为22.4m 3，则所需氧气的体积为1022,0104.22)3232412(2-⨯⨯-++=O S H C V O （m 3/kg ） （1-3）103因此，每1kg 可燃物完全燃烧时所需空气量的体积为10421.02,0,0O air V V =（m 3/kg ）105 （1-4）106例1-1：求5kg 木材完全燃烧所需要的理论空气量。

已知木材的质量百分数107 组分为：C －43％，H －7％，O －41％，N －2％，W －6％，A －1％。

108解：依据上述有关公式，燃烧1kg 此木材所需理论氧气体积为1092,0104.22)3232412(2-⨯⨯-++=O S H C V O 11091.0104.22)3241471243(2=⨯⨯-++=-（m 3） 111因此，燃烧5kg 此木材所需理论空气体积为 112521.02,0,0⨯=O air V V ＝521.091.0⨯＝21.67（m 3） 1131.2.1.2 气体可燃物的理论空气量114对于气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为 115%100%%%%%%%%222222=+++++++∑O H N O CO S H H C H CO m n 116 （1-5）117式中 CO 、H 2、C n H m 、H 2S 、CO 2、O 2、N 2、H 2O 分别表示气态可燃物中各相应成118 分的体积百分数。

C n H m 表示碳氢化合物的通式，它可能是CH 4、C 2H 2等可燃气体。

119根据可燃物完全燃烧的反应方程式，如下1202221CO O CO =+O H O H 22221=+ 121 222223SO O H O S H +=+ O H mnCO O m n H C m n 2222)4(+=++122从以上反应方程式可以得出：完全燃烧1mol 的CO 需要1/2mol 的O 2，根据123 理想气体状态方程，则燃烧1m 3CO 需要1/2m 3O 2。

同理，完全燃烧1m 3H 2、H 2S 、C n H m 124 分别需要1/2m 3、3/2m 3、（n+m/4）m 3的O 2，因此，每1m 3可燃物完全燃烧时需要125 的氧气体积为1262222,010)4(2321212-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++=∑O H C m n S H H CO V m n O （m 3/m 3） 127 （1-6）128每1m 3可燃物完全燃烧的理论空气体积需要量为1292222,0,010)4(23212176.421.02-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++⨯==∑O H C m n S H H CO V V m n O air 130 （m 3/m 3）131例如1-2：求1m 3焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量。

已知焦炉煤气的体积132 百分数组成为：CO －6.8％，H 2－57％，CH 4－22.5％，C 2H 4－3.7％，CO 2－2.3％，133 N 2－4.7％，H 2O －3％。

134解：由碳氢化合物通式得1351.567.34425.224414=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+∑m n H C m n 136因此，完全燃烧1m 3这种煤气所需理论空气体积为1372222,0,010)4(23212176.421.02-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++⨯==∑O H C m n S H H CO V V m n O air 13832188.4101.5657218.62176.4m =⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+⨯⨯=-1391.2.2 实际空气量和过量空气系数140在实际燃烧过程中，供应的空气量往往不等于燃烧所需要的理论空气量。

141 实际供给的空气量称为实际空气需要量或者实际空气量。

实际空气量L 与理论142 空气量L 0之比称为过量空气系数，通常用α表示：143L L=α 144（1-7）145因此，实际空气需要量与理论空气需要量的关系为：146air air V V ,0,⋅=αα （1-8）147α值一般在1－2之间，各态物质完全燃烧时的α经验值为：气态可燃148 物α＝1.02-1.2；液态可燃物α＝1.1－1.3；固态可燃物α＝1.3－1.7。

常见149 可燃物燃烧所需空气量见下表1-1。

150当α＝1时，表示实际供给的空气量等于理论空气量。

从理论上讲，151 此时燃料中的可燃物质可以全部氧化，燃料与氧化剂的配比符合化学反应方程152 式的当量关系。

此时的燃料与空气量之比称为化学当量比。

153当α<1 时，表示实际供给的空气量少于理论空气量。

这种燃烧过程154 不可能是完全的，燃烧产物中尚剩余可燃物质，而氧气却消耗完毕，这样势必155 造成燃料浪费。

但是，在某些情况下，如点火时，为使点燃成功，往往多供应156 燃料，一般情况下应当避免α<1的情况。

157当α>1时，表示实际供应的空气量多于理论空气量。