1.2 燃烧的条件

1.2.1燃烧的必要条件

燃烧是有条件的，它必须是可燃物、氧化剂和着火源这 3 个基本条件同时存在并且相互作用才能发生。也就是说，发生燃烧的条件必须是可燃物质和氧化剂共同存在，构成一个燃烧系统，同时，要有导致着火的火源。可以用燃烧三角形（火三角）来表示燃烧发生的必要条件，如图 1-1 所示。

（1）可燃物

物质分为可燃物、难燃物和不可燃物 3 类。可燃物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，直到燃尽的物质，如汽油、木材、纸张等。难燃物是指在火源作用下能被点燃并阻燃，当火源移去后不能继续燃烧的物质，如聚氯乙烯、酚醛塑料等。不可燃物是指在正常情况下不会被点燃的物质，如钢筋、水泥、砖、瓦、灰、砂、石等。可燃物是防爆与防火的主要研究对象。

凡是能与空气、氧气和其他氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，都称为可燃物。可燃物种类繁多，按状态不同可分为气态、液态、固态 3 类，一般是气体较易燃烧，其次是液体，最后是固体；按组成不同可分为无机可燃物质、有机可燃物质两类。可燃物多为有机物，少数为无机物。

无机可燃物质主要包括某些金属单质，如生产中常见的铝、镁、钠、钾、钙，以及某些非金属单质如磷、硫、碳，此外，还有一氧化碳、氢气等。有机可燃物质种类繁多，大部分都含有碳、氢、氧元素，有些还含有少量的氮、硫、磷等元素。其中，碳是主要成分，其次是氢，它们在燃烧时放出大量热量。硫和磷的燃烧产物会污染环境，对人体有害。

（2）氧化剂

凡具有较强的氧化性能，能与可燃物发生氧化反应的物质称为氧化剂。

氧气是较常见的一种氧化剂，空气中含有 21％的氧气，人们的生产和生活空间，普遍被这种氧化剂所包围。多数可燃物能在空气中燃烧，也就是说，燃烧的氧化剂这个条件广泛存在着，而且采取防火措施时，在人们工作和生活的场所，它不便被消除。此外，生产中的许多元素和物质如氯、氟、溴、碘，以及硝酸盐、氯酸盐、高锰酸盐、双氧水等都是氧化剂。

（3）着火源

具有一定温度和热量的能源，或者说能引起可燃物质着火的能源统称为着火源。

生产和生活中常用的多种能源都有可能转化为着火源。例如，化学能转化为化合热、分解热、聚合热、着火热、自燃热；电能转化为电阻热、电火花、电弧、感应发热、静电发热、雷击发热；机械能转化为摩擦热、压缩热、撞击热；光能转化为热能以及核能转化为热能等。这些能源的能量转化可能形成各种高温表面，如灯泡、汽车排气管、暖气管、烟囱等。还有自然界存在的地热、火山爆发等。

几种着火源的温度见表 1-1。

1.2.2燃烧的充分条件

在研究燃烧的条件时应注意，上述燃烧的 3 个基本条件在数量上的变化，会直接影响燃烧能否发生和持续进行。例如，氧在空气中的浓度降低到 14％～16％时，木材的燃烧即停止。又如，着火源如果不具备一定的温度和足够的热量，燃烧就不会发生。再如，锻件加热炉燃煤炭时飞溅出的火星可以点燃油棉丝或刨花，但如果溅落在大块木材上，它就会很快熄灭，不能引起木材的燃烧，这是因为火星虽然有超过木材着火的温度，但缺乏足够的热量。实际上，燃烧反应在可燃物、氧化剂和着火源方面存在着极限值。燃烧的充分条件有以下 4 个方面：

①一定的可燃物浓度。可燃气体或蒸气只有达到一定的浓度时才会发生燃烧。例如，氢气的浓度低于 4％时，不能被点燃。煤油在 20 ℃时，接触明火不会燃烧。这是因为在此温度下，煤油蒸气的数量没有达到燃烧所需浓度。

②一定的含氧量。几种可燃物质燃烧所需要的最低含氧量见表 1-2。

③一定的着火源能量，即能引起燃烧的最小着火能量。某些可燃物的最小着火能量见表 1-3。

④相互作用。燃烧的 3 个基本条件须在时间、空间上相互作用，燃烧才能发生和持续进行。

综上所述，燃烧必须在必要、充分的条件下才能进行。

1.2.3燃烧四面体

燃烧四面体是一种用来解释燃烧条件的一种图形工具，如图 1-2 所示。最初用燃烧三角形来解释燃烧的必要条件，但之后发现燃烧三角形能确切解释表面燃烧而不能解释清楚有焰燃烧。在有焰燃烧过程中，形成许多中间燃烧产物，它们是由称为游离（自由）基的游离电子和分子碎片等组成，这些活性形式的相互作用即未受抑制的链反应，是燃烧过程的不可缺少部分。用燃烧三角形无法解释清楚这些活性自由基的链反应。1961 年改用三维的燃烧四面体来解释燃烧的发生条件。四面体的四面是氧（助燃物）、温度（点火源）、可燃物和未受抑制的链反应（活性自由基），每一面均与其他三面接触。