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课程讲义

技术实务 第三节燃烧产物

                              第三节燃烧产物        燃烧产生的物质,其成分取决于可燃物的组成和燃烧条件。大部分可燃物属于有机化合物,它们主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成,燃烧生成的气体一般有一氧化碳、二氧化碳、丙烯醛、氯化氢、二氧化硫等。 一、燃烧产物的概念       由燃烧或热解作用产生的全部物质称为燃烧产物,有完全燃烧产物和不完全燃烧产物之分。完全燃烧产物是指可燃物中的C被氧化生成CO2(气)、H被氧化生成H20(液)、S被氧化生成S02(气)等,而CO、NH3、醇类、醛类、醚类等是不完全燃烧产物。燃烧产物的数量、组成等随物质的化学组成及温度、空气的供给情况等的变化而不同 。

       燃烧产物中的烟主要是燃烧或热解作用所产生的悬浮于大气中能被人们看到的直径一般在10-7~10-4cm的极小的炭黑粒子;大直径的粒子容易由烟中落下来,称为烟尘或炭黑。炭粒子的形成过程比 较复杂。

        例如,碳氢可燃物在燃烧过程中 ,会因受热裂解产生一系列中间产物,中间产物还会进一步裂解成更小的碎片,这些小碎片会发生脱氢、聚合、环化等反应,最后形成石墨化炭粒子,构成了烟 。   

二、几类典型物质的燃烧产物(重点)        不同类型可燃物的燃烧特性及其燃烧产物是有差别的,以下介绍三类常见材料的燃烧产物。 (一)高聚物的燃烧产物        有机高分子化合物( 简称高聚物),主要是以煤、石油、天然气为原料制得,如塑料 、橡胶、合成纤维、薄膜 、胶粘剂和涂料等。其中,塑料、橡胶和纤维是人们熟知的三大合成有机高分子化合物,其应用广泛且容易燃烧。         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、着火燃烧等阶段。其中,热分解是其燃烧的关键阶段,高聚物的燃烧主要是分解产物中的可燃性气体的燃烧。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。

习题:人们熟知的三大合成有机高分子化合物是什么(     )?

不同高聚物着火燃烧的难易程度有很大差别。从总体上讲,其燃烧具有发热量较高、燃烧速度较快、发烟量较大等特点,并且会在燃烧( 或分解)过程中产生CO、NOX(氮氧化物)、HCl、HF, S02及COCL2(光气)等有害气体,危害性较大。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,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯燃烧时有熔滴,易产生CO气体。含有氧的高聚物,如有机玻璃、赛璐珞等,燃烧时变软,无熔滴,同样产生CO气体。含有氮的高聚物,如三聚氨胶甲酶树脂、尼龙等,燃烧情况比较复杂、但在燃烧时有熔滴,会产生CO、NO、HCN等有毒气体。含有氯的高聚物,如聚氯乙烯等,燃烧时无熔滴,有炭瘤,并产生HCl气体,有毒且溶于水后有腐蚀性。有木粉填料的酚醛树脂燃烧则会放出有毒的酚蒸气。

(二)木材和煤的燃烧产物        木材、煤等是典型的固体可燃物质。它们是由多种元素组成的、复杂天然高聚物的混合物,成分不单一,并且是非均质的。 1.木材的燃烧产物        木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,由碳、氧、氢和氮等元素组成。木材的燃烧存在两个比较明显的阶段:一是有焰燃烧阶段,即木材的热分解产物的燃烧;二是无焰燃烧阶段,即木炭的表面燃烧。单个木材的燃烧行为受到多种自身因素的影响,如纹理结构、密度、含水量、比表面积等,木垛的燃烧还取决于通风状况,与木垛堆放的紧密程度有关。

      木材中的主要成分在不同温度下分解并释放挥发,一般为:半纤维素200-260℃分解 ;纤维素240-350℃分解;木质素280-500℃分解。当木材接触火源时,加热到约110℃时就被干燥并蒸发出极少量的树脂;加热到130℃时开始分解,产物主要是水蒸气和二氧化碳;加热到220-250℃时开始变色并炭化,分解产物主要是一氧化碳、氢和碳氢化合物;加热到300℃以上,有形结构开始断裂,在木材表面垂直于纹理方向上木炭层出现小裂纹,这就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,结果产生 “ 龟裂”现象。此时,木材发生剧烈的热分解。表1-1-4 列出了一般 木材在不同温度下分解产生的气体组成。

习题:“ 龟裂”现象存在于(   )燃烧中?

2.煤的燃烧产物        煤主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素组成。煤的燃烧过程几乎同时存在有焰燃烧和无焰燃烧,主要受炭化程度、颗粒度、岩石学组成、受风化情况及含水量等多种因素影响。一般情况下,煤受热时,低于105℃时,主要析出其中的吸留气体和水分;200-300℃时开始析出气态产物,如CO、CO2等,煤粒变软成为塑性状态;300-550℃时开始析出焦油和CH4 及其同系物、不饱和烃及CO 、CO2等气体;在500-750℃时,半焦开始热解,并析出大量含氧较多的气体;760-1000℃时,半焦继续热解,析出少量以氢为主的气体,半焦变成高温焦炭。煤热分解产生挥发分的组分及其含量主要取决于煤的炭化程度和温度。炭化程度加深,挥发分析出量减少,但其中可燃组分含量却增多;加热温度越高,挥发分逸出量就越多。


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