高速铁路隧道救援站火灾烟气控制理论及应用：可燃固体的燃烧形式

在常温下以固体形态存在，遇火受热、冲击、摩擦、接触氧化剂或强酸后，能发生燃烧（或爆炸）的物质，统称为可燃固体。社会生产活动的各个方面都存在着种类繁多的固体可燃物，它们在火灾燃烧物质中所占的比重大，对火灾燃烧的发展起关键的作用。

2.3.1.1　可燃固体的燃烧形式

可燃固体的燃烧大多经历两种不同的过程：一种是受热、汽化、热分解等阶段；另外一种是受热、溶解、蒸发和热分解等阶段。当固体上方可燃气体浓度达到燃烧极限时，燃烧才能进行。由于可燃固体的分解结构差异、物理形式不同以及火灾的形成条件不一致，其燃烧形式也存在差异，大体上可以分为蒸发燃烧、分解燃烧、表面燃烧以及阴燃四种形式。

2.3.1.2　可燃固体的燃烧速度

可燃固体发生火灾燃烧时，火焰在其表面或浅层传播，在火场范围内，火焰传播速度和可燃物表面积决定了火势发展的快慢。可燃固体的火焰传播特性只是火灾发展蔓延的基本要素，而燃烧速度则是关键因素。因此下面着重介绍可燃固体的燃烧速度。

固体燃烧速度既可以用表面直线燃烧速度vs表示，也可以用重量燃烧速度GS表示，现在大多数研究采用后者来表示。固体的重量燃烧速度GS可按照下式计算：

式中：EQ——外部提供给固体表面的热通量；

QF——燃烧火焰提供给固体表面的热通量，由辐射热通量和对流热通量组成，两者的比例随着燃烧面积的变化发生改变，在大面积燃烧中火焰向固体表面传热以辐射为主；

QL——火焰传播过程中损失的热通量；

Lv——单位可燃固体释放可燃气体所需的热量。

表2-1为主要常见固体的燃烧速度。

表2-1　几种常见固体的平均燃烧速度[g/（m2·s）]

影响可燃固体燃烧速度的因素较多，主要包括外加热源、固体材料物化性质以及外界环境等。如存在外加热源预热，燃烧速度及表面火焰传播速度将加快；固体释放的可燃气体速率越快，越容易被引燃；相同材料，其相对表面积越大，与氧气接触的面积就越大，越容易被氧化；相同材料与边界条件，燃烧速度与材料表面位置有关，竖直向上的火焰燃烧速度最快，竖直向下的最慢，竖向燃烧较横向燃烧快；外界环境中风速、压力、氧浓度对燃烧速度影响也较大。(www.xing528.com)

2.3.1.3　评价可燃固体火灾危害性的主要指标

可燃固体按照其燃烧过程分为一般固体与低熔点固体两类，不同燃烧过程危险性指标不同。

（1）一般固体火灾危险性的主要指标。

一般固体成分复杂，受热后分解出可燃气体，这种情况在火灾中占大多数，如木材、塑料、橡胶等。一般性可燃固体的火灾危险性指标主要有燃点、热分解温度、自燃点等。

燃点是可燃物质被点燃时的最低温度。燃点是固体可燃物评价危险程度的主要指标，表2-2为几种常见物质的燃点。燃点是评价可燃物质的火灾危险性的重要指标，燃点越低危害性就越大。

表2-2　可燃物质的燃点

自燃是指可燃物在空气中没有外来火源的作用，靠自热或外热而发生燃烧的现象，引起自燃的最低温度称为自燃点。

根据热源的不同，物质自燃分为自热自燃和受热自燃两种。在通常条件下，一般可燃物质和空气接触都会发生缓慢的氧化过程，但速度很慢，析出的热量也很少，同时不断向四周环境散热，不能像燃烧那样发出光。如果温度升高或其他条件改变，氧化过程就会加快，析出的热量增多，不能全部散发掉就积累起来，使温度逐步升高。当到达这种物质燃烧的最低温度也就是该物质的燃点时，该物质就会自行燃烧起来，这就是自燃。使某种物质受热发生自燃的最低温度就是该物质的自燃温度。

热分解温度是指可燃固体受热发生分解的初始温度，它是评价受热能分解固体的火灾危险性的主要指标之一。固体的热分解温度越低，燃点越低，相对应的火灾危险性也越大。

（2）低熔点固体火灾危险性的主要指标。

此类固体火灾危险性指标主要有熔点和闪点两种。熔点即物质由固态转变为液态的最低温度，熔点低的可燃固体受热时容易蒸发或直接汽化，其燃点相对较低，燃烧速度较快。

闪点是在规定的试验条件下，使用某种点火源造成液体汽化而着火的最低温度。闪燃是液体表面产生足够的蒸气与空气混合形成可燃性气体时，遇火源产生短暂的火光，发生一闪即灭的现象，闪燃的最低温度称为闪点。

测定闪点的方法有两种：开口闪点（GB 267—88）和闭口闪点（GB/T 261—2008）（或者称为开杯闪点、闭杯闪点）。前者与ASTM D92-73及IP 34-75等效，又称克利夫兰得开杯试验；后者又称宾斯基-马丁闭杯法，根据ISO 2719：2002重新起草。一般闪点在150 °C以下的轻质油品用闭杯法测闪点，重质润滑油和深色石油产品用开杯法测闪点。同一个油品，其开杯闪点较闭杯闪点高20～30 °C。