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(2)理论氧气体积需要量计算燃烧过程中消耗的氧气通常为气体组分,习惯上以体积表示其计量单位。假设消耗的氧气为理想气体,则1kg固体和液体可燃物质燃烧所需的氧气的体积为:(m3/kg)(1-17)式中,―可燃物燃烧消耗的理论氧气体积,m3/kg。(3)理论空气需要量(体积)计算氧气在空气中体积分数为21%,因此可推算出1kg固体和液体可燃物燃烧需要空气量(体积)为:(m3/kg)(1-18)式中:Vo,air―可燃物燃烧消耗的理论空气体积,m3/kg。(二)可燃气体理论空气需要量1、假设条件(1)对气体可燃物,习惯上用体积分数表示其组成,其成分为:(1-19)式中:CO、H2、CnHm、H2S、CO2、O2、N2、H2O分别代表气态可燃物中各相应组分的体积分数,%。CnHm代表碳氢化合物的通式,它可能是CH4、C2H2、C2H4、C3H8等等。(2)燃烧反应按化学计量比进行。2、理论空气需要量计算(1)理论氧气需要量计算在可燃物的组成中,CO、H2、H2S和CnHm是可燃成分。按照完全燃烧的化学反应式,1m3气态可燃物中CO燃烧时所需的氧气体积为。同理,由H2、H2S和CnHm完全燃烧化学反应式可得1m3可燃物中H2、H2S和CnHm燃烧时所需氧气体积为:(1-20)扣除可燃物本身氧气助燃体积,即可得出1m3气态可燃物完全燃烧所需要的最少氧气体积为:(1-21)式中,―可燃物燃烧消耗的理论氧气体积,m3/m3。(2)理论空气需要量计算氧气在空气中的体积分数为21%,可推算出1m3气体可燃物燃烧需要的空气量(体积)为:(1-22)(三)实际空气需要量上述用完全燃烧反应式计算可燃物燃烧所需要的空气量,是理论空气需要量。然而在实际火灾的燃烧过程中,由于可燃物与空气混合或接触不是非常均匀或充分等原因,保证可燃物完全燃烧所需要的空气量要多于理论空气需要量。完全燃烧所耗用的实际空气量与理论量之差,称为超量空气。实际空气量与理论空气量之比,称为空气消耗系数,用α表示,即:(1-23)α值一般在1~2之间,各态物质完全燃烧时的α经验值为:气体可燃物α=1.02~1.2;液体可燃物α=1.1~1.3;固体可燃物α=1.3~1.7。二、火灾燃烧产物的体积、组成和密度由于燃烧而生成的气体、液体和固体物质,叫做燃烧产物。燃烧产物分为完全燃烧产物和不完全燃烧产物。所谓完全燃烧产物是指可燃物中C变成CO2(气)、H变成H2O(气)、S变成SO2(气)、N变成N2(气);而CO、NH3、醇类、酮类、醛类等是不完全燃烧产物。燃烧产物主要以气态形式存在,其组成主要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、磷等元素组成。在空气充足的条件下,燃烧产物主要是完全燃烧产物,不完全燃烧产物量很少;如果空气不足或温度较低,不完全燃烧产物量相对增多。氮在一般条件下不参加燃烧反应,而呈游离态(N2)析出。在特定条件下,氮也能被氧化生成NO或与一些中间产物结合生成HCN等。(一)完全燃烧产物量计算1、固体和液体可燃物的燃烧产物量假设条件同固体、液体可燃物理论空气需要量计算条件。如果发生完全燃烧,则燃烧产物主要为CO2、H2O、SO2、N2。其各自产物量计算如下:1kg可燃物中碳燃烧时生成的CO2的质量为。表示为标准状况下的体积为,即:,式中“0”代表标准状况。同理可得出标准状况下燃烧产生的SO2的体积为:H燃烧生成H2O,加之可燃物本身含有水分。因此产物中H2O的体积为:N生成N2,由于空气中的N2未参与燃烧反应,直接进入产物。因此产物中N2的体积为:燃烧产物的总体积V0,P为:(1-24)2、气体可燃物的燃烧产物量假设条件同气体可燃物理论空气需要量计算条件。如果发生完全燃烧,则燃烧产物中的CO2主要来自可燃物中CO、CnHm燃烧生成物及可燃物本身含有的CO2,SO2来源于可燃物中H2S燃烧生成的产物,H2O来源于可燃物中H2、CnHm、H2S燃烧生成产物及可燃物本身含有的H2O。仿上分析燃烧产物的总体积V0,P为:3、实际燃烧产物量上面的计算是在空气消耗系数α=1时的情况,因此是理论燃烧产物量。在火场上,由于燃烧的化学反应区空气不足,燃烧产物成分与理论分析有些不同。首先,成分中通常含有许多不完全燃烧产物:如有毒的一氧化碳(CO),固态碳粒(C),以烟炱状形成黑色和不透明的烟雾,以及一些可燃物质高温分解的产物等。其次,燃烧产物成分中有超量的氮和在燃烧区还未来得及完全反应的氧,这种情况是由于在燃烧的化学反应区和其周围空间内气体直接交换的物理过程引起的,即火灾时,燃烧区实际上缺少空气,而燃烧产物中却含有空气。由于火场上燃烧时有大量的多余空气即α空≈2~3,且与