在燃烧学中,在一定条件下发生的无可见光的缓慢燃烧现象称为阴燃。纸张、锯末、纤维织物、纤维素板、胶乳橡胶以及某些多孔热固性塑料等,都有可能发生阴燃。阴燃是固体物质特有的一种燃烧现象,最大的特点是没有火焰,因而具有隐蔽性,容易被忽视。但阴燃并不是纯粹的无焰燃烧,与无焰燃烧的区别是,可以热分解出可燃气体。在一定条件下,阴燃又可转化成有焰燃烧。所以,阴燃潜在的火灾危险性较大,稍有不慎,就可能导致大型火灾发生。搞清楚阴燃的发生机制,对我们预防火灾具有非常大的参考价值。
阴燃的条件和机理
一、阴燃的燃烧条件
1.发生阴燃的内部条件是,可燃物必须是受热分解后能产生刚性结构的多孔碳的固体物质,即物质结构不塌陷,如蚊香和香烟燃烧后的灰烬还保持原来形状。如果可燃物受热分解产生非刚性结构的碳,如受热分解后的产物呈流动焦油状,就不能发生阴燃。
2.发生阴燃的外部条件一般是,缺氧环境中有一个适合供热强度的热源。所谓适合的供热强度,是指能够引发阴燃的适合温度和适合的供热速率。
常见的能引起阴燃的热源有3 种:自燃热源。在一些稻草堆垛、粮食堆垛发生自燃时,由于内部环境缺氧,所以燃烧初期是阴燃;阴燃热源。阴燃本身可以成为引起其他物质阴燃的热源,比如烟头可以引起地毯被褥的阴燃;有焰燃烧熄火后的阴燃。
二、阴燃的燃烧机理
1、在加热强度比较小的情况下,也可能发生阴燃;2、氧化反应的速度很小,相应的最高温度及传播速度都很低;3、反应区的厚度比有焰燃烧的大;4、阴燃可以在比较低的氧气浓度环境中传播;5、单位质量的物质在阴燃状态下,能产生较多的烟尘、有毒性气体及可燃性气体;6、短时间的大流速气流很难将阴燃吹灭;7、当散热条件较差,热量比较容易积累时,对阴燃的发生和传播反而较为有利;8、当阴燃燃烧区随着明燃的传播不断扩大时,就可能转变为有焰燃烧。
如此看来,阴燃是一种不安分的燃烧现象,即使微小的变化,都可能引起不同的燃烧现象。那究竟哪些因素的影响会引起阴燃的变化呢?
1、固体材料的性质和尺寸。
粉尘层尺寸对阴燃的影响可从厚度和粒径两个方面说明。在一定范围内,对于细小粒径的粉尘层,随着厚度减小,阴燃的传播速度增加,但厚度减小到一定程度后,阴燃的传播速度反而减小,而且保持维持粉尘层阴燃的厚度下限。这种影响可解释为:厚度较大,空气较难进入阴燃区;反之,则热量损失太大。
一定厚度的粉尘层,随着粒径的减小,阴燃的传播速度缓慢增加。尽管粒径减小,空气进入阴燃区的难度增大,但由于减少了热量损失,因而传播速度仍有增加。另外,粉尘层堆积密度减小,阴燃的传播速度也会增加。
实验表明,像棉花这种质地松软、细微、杂质少的材料,这是由于保温性能和隔热性能都比较好,热量不容易散失,因而阴燃性能好。
2、风流速度。
总体上阴燃传播速度与风速成正比。当风速较低时,阴燃传播速度较低,随着风速的增大而缓慢上升;当风速较高时,阴燃传播速度上升较快。风速对阴燃传播速度的影响主要体现在供氧量。在低风速条件下,供氧量较少,尽管阴燃可以持续,但速度较低,随着风速的加大,供氧量及向未燃区的传热量增加,使得反应加速。
3、阴燃的传播方向
实验发现,对于向上传播的阴燃,燃烧或热解产物受浮力作用会流向材料未燃部分,对其起到预热作用,而且这种情况下,氧进入热解与化学反应区域的阻碍作用较小;反之,向下传播的阴燃就不存在这种“预热”作用,而且氧气进入难度较大;水平传播的阴燃情况居中。所以,以此可知,相同的固体材料在相同的环境条件下,向上传播的阴燃速度最快,水平传播的阴燃次之,向下传播的阴燃速度最慢。
除了上述影响因素外,固体材料的阴燃特性还受到材料中杂质的影响。另外,湿度对阴燃不利,这是因为湿度使材料的未燃部分热容增大,使热分解对热量的需求增加,限制了阴燃传播。例如,潮湿的香烟或蚊香总是较难点着。
阴燃如何转变为明火燃烧
阴燃虽然没有火焰,但在一定条件下,可转变为明火燃烧。点着的蚊香并不令人担心,我们所需担心的是蚊香点燃其他物质,从而引起有焰燃烧。那阴燃在怎样的情况下会转变为明火燃烧呢?
1、阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧。
堆垛发生自燃时,由于内部是缺氧环境,所以燃烧初期是阴燃。当阴燃逐渐传播到燃烧物质外部时,由于氧气供给充足,就会变为明火燃烧。
2、加热温度增高,阴燃转变为有焰燃烧。
实验表明,杉木、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫在低温时,只能发生阴燃,当加热温度增高到一定程度后,很快会发生有焰燃烧。
3、密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧。
在密闭空间内进行的阴燃,当打开门窗时,空气突然进入,受氧气的增加和风速的影响,阴燃会转变为有焰燃烧。
由以上阴燃的的详细解释我们可以得出结论,对有明显阴燃阶段的火灾,使用烟感探测器可以很好的提前发现和预防,尤其是在那些堆放很多可燃物而人员密度很小的仓库、厂房等。