燃烧的基本条件及发展过程
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第382页（3108字）
燃烧是可燃物(即燃料)快速氧化，伴有火焰、发光和(或)发烟现象的放热反应。其先决条件是必须有燃料和氧化剂，并达到一定的温度才能发生化学反应。燃料、氧化剂和热(点火源)是燃烧的三要素。有时可用燃烧的三角形表示。缺少任一要素就不能燃烧。这一原理对防火和灭火十分有用。有时化学反应本身也成为一个要素，使三角形成为一个四面体，每个边代表一个要素。如果除去四面体的任一边，就能灭火。
在防火安全中，燃料的性质很重要。其中燃料与氧化剂的反应能力更重要。火灾中主要氧化剂是空气中的氧，此外，氯、氟也能与某种燃料如氢反应而着火。
气体燃料、可燃蒸气、粉尘与空气必须在一定浓度范围内，才能燃烧或爆炸。这个范围称为燃烧或爆炸的极限浓度，以浓度的上下限表示。只有混合物的比例在上下限之间，加上点火源，混合物才能燃烧或爆炸。
燃料的温度特性也很重要。燃点或着火点是固体燃料或液体燃料开始持续燃烧的最低温度。固体燃料一般需要吸收一定的热量后才着火，但表面温度不得低于其燃点。燃料在没有外部火花、火焰等火源时，因受热或自身发热并蓄热而自燃的最低温度叫自燃温度。液体燃料表面蒸气与空气的混合物与火接触，初次出现蓝色火焰的闪光时的温度叫闪点。闪点是表示液体燃料危险性的一个重要指标。我国将闪点低于45℃的液体称为易燃液体，超过45℃时称为可燃液体(美国规定为37．8℃)。
液体燃料的蒸气密度和比重也很重要。可燃蒸气密度大于1时，往往会在空气中下沉并把火焰带下去，小于1时向上升。液体和固体的比重小于1时，会浮在水面上。了解这些性质有助于灭火。几种常见的燃料性质见表5．2．2－1。
表5．2．2－1 几种常见的燃料性质
有些物质在没有明显外来热源时，也会着火，即自燃，当燃料疏松、内部含有空气、如果缓慢氧化使温度升高到燃点时，就会自燃。如煤堆，牧草堆，堆积的火药粉尘，油棉纱，锯末，油脂如亚麻仁油、桐油等干性油都可能产生自燃。
燃料着火所产生的发光发热的气体区域称为火馅，一旦具备燃烧的三要素，几乎所有的火灾都是从一点开始，然后以可预见的方式传播。燃烧的过程就是火焰的发展过程。以室内着火为例，大体可分为六步：
1．燃料和氧化剂混合并有火源，温度达到着火点引起着火；
2．着火后火焰增大，当高度达到25cm，形成燃烧；
3．火焰高度达到1．4m称为维持燃烧；
4．如在室内，火焰升高到天花板，开始向水平方向传播；
5．火焰向所有方向传播充满整个房间；
6．火焰向邻近房间蔓延。
分析火焰发展过程发现：当火焰高度约达25cm时，燃烧放出的热只能维持本身燃烧，但辐射热很少。如果能把火焰控制在这个高度以下，所造成的损失很少，而且比较容易扑灭。当火焰高度超过1．4m时，空气中的氧足以使其维持继续燃烧。超过这一高度时，对通风产生影响。这时房间的形状、墙上的孔洞及天花板成为影响燃烧的重要因素。当火焰到达天花板时，被迫向水平方向蔓延。热量向所有方向辐射，火焰产生的烟在天花板下形成一个烟幕。房间里所有的可燃物都燃烧起来。这时墙、天花板、楼板的性质对火灾是否以及如何向相邻房间或地区蔓延是很重要的。
火焰发展过程所需的时间，首先取决于燃料的蒸发、气化或分解速度。也就是取决于燃料的性质。因为固体燃料是先蒸发、气化、分解后才燃烧。在设计防火措施时，需要注意燃烧过程火焰的传播方式。如果没有足够的燃料，火焰很快在燃完后熄灭，即使房间还有大量燃料，如果远离火焰也不会引燃、只有室温升高到其燃点才能燃烧。如果火焰没有被气流或抽风机吹向燃料，整个房间也个会着火。当火焰比较小，燃料得不到补充时，火灾会自行扑灭。
如果在火焰高度达到1．4m前没有被扑灭，必须动用主要的消防器材才能灭火。
火焰升高到天花板并向四周扩散，是火灾蔓延的主要阶段。房间的形状和尺寸、天花板的高度成为主要影响因素。火焰产生的热向房间里的物体和墙辐射，墙和物体受热后又将辐射热向四周传播，包括传给其他燃料以及传回火焰。室内的其他可燃物，如门窗、家俱，就会加剧火灾的蔓延。这种现象称为反馈并能使室温迅速上升。如果房间窄小或有起到墙一样作用能辐射热的大型物体时，火焰会很快充满整个房间。这时应尽量将火灾遏制在着火的房间内。有关建筑物的防火要求，将在下一节讨论。
燃料是燃烧三要素中最重要的要素。在防火中常用到燃料量这个概念。燃料量是指一定区域或房间内能引起火灾的总燃料量。火灾荷载是一定空间内的总潜热能。在设计时必须考虑燃料量的特性。为方便起见，将常见的燃料分为两类：纤维素材料和石油化工产品。燃料总量以木料的等效质量表示。为便于估算，假设单位纤维素材料的潜热能与木料相等(当然这并不完全正确)；假设石油化工产品的潜热能为纤维素材料的两倍。
在分析火灾危险性时，燃料量密度很重要。一定区域内燃料量越多，发生火灾时放出的热量越多。燃料量密度是木料的等效质量以kg／m2表示。
设计时要估算燃料在火灾时放出的热能。即计算已换算成木料等效质量的热能。对较低的燃料量密度(小于200kg／m2)，以18．6×106kJ／kg计，中等燃料量密度(200～250kg／m2)以17．7×106kJ／kg计，较高的燃料量密度(超过250kg／m2)以16．7×106kJ／kg计。由于影响因素较多，只作为设计自动喷水灭火系统时作粗略的估计用。
另一个重要的因素是燃料的连续性。如果不能补充燃料，火灾不会蔓延。但问题并非这样简单。所有燃料燃烧时必须呈气体或蒸气状态，固体和液体燃料也只能在表面燃烧。因此表面／质量比大的物体要比表面／质量比小的同样燃料的燃速快。100页散开的纸燃烧起来要比一本装订密实的100页书快得多。
燃料的连续性还包括在垂直、水平或所有传播火焰方向通道上所有的燃料。如果能避免一个小火焰接近其他燃料，火焰就容易扑灭。由于热空气要比冷空气轻，因而会迅速上升，使热和火焰容易传播到高处。如果室内有通风系统，通风管能将火焰和热量通过空气流动的方向传播到其他地方，这是很危险的，而且通风系统还会增加空气的循环，一般在发生火灾时，应停止使用。建筑物内设置的排烟系统应与通风系统分开。如要利用通风系统排烟时，必须采取可靠的安全措施。此外，一切可能成为燃料的材料应远离可能的着火源或火焰传播的地方。