在燃燒學中,在一定條件下發生的無可見光的緩慢燃燒現象稱為陰燃。紙張、鋸末、纖維織物、纖維素板、膠乳橡膠以及某些多孔熱固性塑料等,都有可能發生陰燃。陰燃是固體物質特有的一種燃燒現象,最大的特點是沒有火焰,因而具有隱蔽性,容易被忽視。但陰燃并不是純粹的無焰燃燒,與無焰燃燒的區別是,可以熱分解出可燃氣體。在一定條件下,陰燃又可轉化成有焰燃燒。所以,陰燃潛在的火災危險性較大,稍有不慎,就可能導致大型火災發生。搞清楚陰燃的發生機制,對我們預防火災具有非常大的參考價值。
陰燃的條件和機理
一、陰燃的燃燒條件
1.發生陰燃的內部條件是,可燃物必須是受熱分解后能產生剛性結構的多孔碳的固體物質,即物質結構不塌陷,如蚊香和香煙燃燒后的灰燼還保持原來形狀。如果可燃物受熱分解產生非剛性結構的碳,如受熱分解后的產物呈流動焦油狀,就不能發生陰燃。
2.發生陰燃的外部條件一般是,缺氧環境中有一個適合供熱強度的熱源。所謂適合的供熱強度,是指能夠引發陰燃的適合溫度和適合的供熱速率。
常見的能引起陰燃的熱源有3 種:自燃熱源。在一些稻草堆垛、糧食堆垛發生自燃時,由于內部環境缺氧,所以燃燒初期是陰燃;陰燃熱源。陰燃本身可以成為引起其他物質陰燃的熱源,比如煙頭可以引起地毯被褥的陰燃;有焰燃燒熄火后的陰燃。
二、陰燃的燃燒機理
1、在加熱強度比較小的情況下,也可能發生陰燃;2、氧化反應的速度很小,相應的最高溫度及傳播速度都很低;3、反應區的厚度比有焰燃燒的大;4、陰燃可以在比較低的氧氣濃度環境中傳播;5、單位質量的物質在陰燃狀態下,能產生較多的煙塵、有毒性氣體及可燃性氣體;6、短時間的大流速氣流很難將陰燃吹滅;7、當散熱條件較差,熱量比較容易積累時,對陰燃的發生和傳播反而較為有利;8、當陰燃燃燒區隨著明燃的傳播不斷擴大時,就可能轉變為有焰燃燒。
如此看來,陰燃是一種不安分的燃燒現象,即使微小的變化,都可能引起不同的燃燒現象。那究竟哪些因素的影響會引起陰燃的變化呢?
1、固體材料的性質和尺寸。
粉塵層尺寸對陰燃的影響可從厚度和粒徑兩個方面說明。在一定范圍內,對于細小粒徑的粉塵層,隨著厚度減小,陰燃的傳播速度增加,但厚度減小到一定程度后,陰燃的傳播速度反而減小,而且保持維持粉塵層陰燃的厚度下限。這種影響可解釋為:厚度較大,空氣較難進入陰燃區;反之,則熱量損失太大。
一定厚度的粉塵層,隨著粒徑的減小,陰燃的傳播速度緩慢增加。盡管粒徑減小,空氣進入陰燃區的難度增大,但由于減少了熱量損失,因而傳播速度仍有增加。另外,粉塵層堆積密度減小,陰燃的傳播速度也會增加。
實驗表明,像棉花這種質地松軟、細微、雜質少的材料,這是由于保溫性能和隔熱性能都比較好,熱量不容易散失,因而陰燃性能好。
2、風流速度。
總體上陰燃傳播速度與風速成正比。當風速較低時,陰燃傳播速度較低,隨著風速的增大而緩慢上升;當風速較高時,陰燃傳播速度上升較快。風速對陰燃傳播速度的影響主要體現在供氧量。在低風速條件下,供氧量較少,盡管陰燃可以持續,但速度較低,隨著風速的加大,供氧量及向未燃區的傳熱量增加,使得反應加速。
3、陰燃的傳播方向
實驗發現,對于向上傳播的陰燃,燃燒或熱解產物受浮力作用會流向材料未燃部分,對其起到預熱作用,而且這種情況下,氧進入熱解與化學反應區域的阻礙作用較小;反之,向下傳播的陰燃就不存在這種“預熱”作用,而且氧氣進入難度較大;水平傳播的陰燃情況居中。所以,以此可知,相同的固體材料在相同的環境條件下,向上傳播的陰燃速度最快,水平傳播的陰燃次之,向下傳播的陰燃速度最慢。
除了上述影響因素外,固體材料的陰燃特性還受到材料中雜質的影響。另外,濕度對陰燃不利,這是因為濕度使材料的未燃部分熱容增大,使熱分解對熱量的需求增加,限制了陰燃傳播。例如,潮濕的香煙或蚊香總是較難點著。
陰燃如何轉變為明火燃燒
陰燃雖然沒有火焰,但在一定條件下,可轉變為明火燃燒。點著的蚊香并不令人擔心,我們所需擔心的是蚊香點燃其他物質,從而引起有焰燃燒。那陰燃在怎樣的情況下會轉變為明火燃燒呢?
1、陰燃從材料堆垛內部傳播到外部時轉變為有焰燃燒。
堆垛發生自燃時,由于內部是缺氧環境,所以燃燒初期是陰燃。當陰燃逐漸傳播到燃燒物質外部時,由于氧氣供給充足,就會變為明火燃燒。
2、加熱溫度增高,陰燃轉變為有焰燃燒。
實驗表明,杉木、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫在低溫時,只能發生陰燃,當加熱溫度增高到一定程度后,很快會發生有焰燃燒。
3、密閉空間內材料的陰燃轉變為有焰燃燒。
在密閉空間內進行的陰燃,當打開門窗時,空氣突然進入,受氧氣的增加和風速的影響,陰燃會轉變為有焰燃燒。
由以上陰燃的的詳細解釋我們可以得出結論,對有明顯陰燃階段的火災,使用煙感探測器可以很好的提前發現和預防,尤其是在那些堆放很多可燃物而人員密度很小的倉庫、廠房等。


