含钾盐添加剂细水雾的灭火实例与原理

实验步骤如下：分别调节转子流量计至燃料和空气的设定流量值，点燃CH4气体，稳定燃烧60 s 后通入含钾盐添加剂细水雾，观察实验现象。用工作的雾化模块数和稳压电源电压改变细水雾在空气中的质量分数，每次灭火剂量发生改变后，火焰须稳定燃烧60 s后再进行下一次改变，直至火焰熄灭为止。图3．8给出的是质量分数为5%的不同类型钾盐添加剂细水雾与扩散火焰相互作用过程中某一时刻的火焰颜色和外形。

图3．8　质量分数为1%的不同钾盐添加剂细水雾作用下火焰颜色与外形

（a）无细水雾；（b）纯水细水雾；（c）1%K2C2O4细水雾；（d）1%CH3COOK细水雾；（e）1%K2CO3细水雾；（f）1%KNO3细水雾；（g）1%KCl细水雾；（h）1%KH2PO4细水雾

由图3．8 可知，与纯水相比，加入钾盐添加剂后，火焰的外形与颜色均发生显著变化。由于火焰受到钾盐添加剂的抑制作用，火焰高度明显小于纯水抑制的火焰高度，并且在燃烧杯口和石英玻璃管壁附近出现了大量固体颗粒，同时出现明显的“彩色”火焰面。由之前的分析可知，CH4/空气扩散火焰的温度最高可达1 100 ℃，实验所选6 种钾盐添加剂在高温火焰下发生汽化分解，参与到火焰的链式反应中，导致火焰受到抑制作用，高度降低，并发生焰色反应。由于不同钾盐添加剂在高温下的表现不同，导致参与燃烧抑制反应的机制不同，因此，虽然同为钾盐添加剂，所发生的焰色反应并不完全相同。

不同种类和质量分数的钾盐添加剂细水雾抑制熄灭CH4/空气携流扩散火焰的MEC值见表3．4。

表3.4　不同种类及质量分数含钾盐添加剂细水雾抑制熄灭CH4扩散火焰MEC　%

由表3．4可知，在细水雾中加入钾盐添加剂可以改变细水雾的灭火效率。当质量分数为1%时，6 种钾盐添加剂对纯水灭火效能提高的作用差异不大；当质量分数增大到2%、5%时，不同类型的钾盐添加剂对纯水灭火效能提升的能力出现了变化，K2C2O4、CH3COOK、K2CO3和KNO3添加剂细水雾的灭火效能略优于KCl 添加剂，明显优于KH2PO4添加剂，并且K2C2O4、CH3COOK和K2CO3这3 种添加剂MEC 值的上限与下限较为接近，说明这3 种钾盐添加剂的MEC 值较为稳定，可靠性略高于KNO3、KCl 和KH2PO4。另外，对于KH2PO4添加剂，虽然提高了纯水的灭火效能，但随着溶质质量分数的增加，对纯水灭火效能的提升出现负增长，也说明不同钾盐添加剂细水雾发挥物理化学作用来抑制火焰的机制不同。

图3．9 为不同钾盐添加剂细水雾抑制熄灭CH4扩散火焰的水雾密度与灭火时间关系图。

Lentati和Fleming的研究都表明，细水雾抑制熄灭扩散火焰的最佳粒径是20 μm，当细水雾液滴的颗粒尺寸小于20 μm 时，灭火效率接近一个极限值，即继续减小液滴粒径对灭火效率的提升作用有限。Hamins 测试了3 种粒径（均小于20 μm）的NaHCO3气溶胶颗粒抑制熄灭Cup-burner 火焰的MEC 值，发现在颗粒粒径小于20 μm的范围内灭火效率几乎没有差别，那么，在小于20 μm的范围内，NaHCO3颗粒的灭火效率优于纯水的灭火效率则只能用化学灭火机理来说明。(www.xing528.com)

由之前的分析可知，6 种钾盐添加剂对纯水雾化液滴粒度的影响可以忽略不计，即超声雾化产生的细水雾液滴的粒径相对一致并且小于20 μm的条件下，不同种类液体灭火剂的灭火效率取决于化学作用。图3．9 中纯水与溶液曲线的差别表示的就是溶液的化学作用，K2C2O4、CH3COOK、K2CO3、KNO3 和KCl 溶液细水雾的灭火效率随着添加剂质量分数的增加而增强，KH2PO4 溶液细水雾的灭火效率随添加剂质量分数的增加而减弱。

添加剂对灭火效率的影响主要是增加的化学作用和降低纯水蒸发能力之间的竞争。当灭火剂的灭火效率随浓度的增加而增加时，说明化学作用增加的程度远大于对纯水蒸发能力的削弱；而KH2PO4溶液的灭火效率随浓度的增加而降低，说明KH2PO4的化学灭火能力较弱，增加浓度对纯水蒸发能力的降低在竞争关系中占优。

图3．10 分别为质量分数为5%的K2C2O4、KCl 及KH2PO4溶液细水雾在相同水雾密度条件下，与CH4扩散火焰在不同时刻相互作用的典型过程。

由图3．10 可知，无论是化学灭火效能较好的K2C2O4、相对一般的KCl，还是较弱的KH2PO4溶液细水雾，其熄灭CH4/空气扩散火焰均为吹熄机理，说明钾盐添加剂在火焰根部的稳定区内与火焰自由基发生了链终止反应导致灭火。由于吹熄现象发生的时刻不同，则不同钾盐添加剂与火焰自由基发生链终止反应的能力也不同。

图3．9　不同质量分数的钾盐添加剂细水雾密度与火焰熄灭时间的关系

（a）K2C2O4溶液；（b）CH3COOK溶液；（c）KNO3溶液；（d）K2CO3溶液；（e）KCl溶液；（f）KH2PO4溶液

图3．10　不同钾盐溶液细水雾与CH4扩散火焰在不同时刻相互作用的典型过程

（a）5%K2C2O4；（b）5%KCl；（c）5%KH2PO4