非均相燃燒

非均相燃燒亦稱“異相燃燒”、“多相燃 燒”或“不均勻燃燒”。可燃物質和 氧化劑處於不同相態而非單一相態 的燃燒。與均相燃燒相比，機理復 雜得多。當發生非均相燃燒時，可 燃物質分子與氧化劑分子的接觸必需依靠不同相之間的擴散作用。其燃燒速度在很大程度上取決於物理 擴散速度，且受傳熱情況較顯著的影響。所有固體、液體燃料在空氣中的燃燒都屬非均相燃燒，即使是 氣體燃料在空氣中燃燒，也會因分解生成炭粒(煙粒)，形成異相火焰， 而其中炭粒的燃燒仍屬非均相燃燒。非均相燃燒廣泛存在於一般工 業生產。

基本介紹

• 中文名：非均相燃燒
• 外文名：heterogeneous combustion
• 學科：燃燒學
• 實例：固體、液體在空氣中燃燒
• 燃燒速度：取決於物理擴散速度
• 別稱：異相燃燒

固體的非均相燃燒

固體可燃物由於其分子結構的複雜性、物理性質的不同，其燃燒方式也不相同。主要有蒸發燃燒、分解燃燒、表面燃燒、陰燃四種。蒸發燃燒和分解燃燒都是有火焰的均相燃燒，只是可燃氣體的來源不同。蒸發燃燒的可燃氣體是相變產物，分解燃燒的可燃氣體來自固體的熱分解。固體的表面燃燒和陰燃，都是發生在固體表面與空氣的界面上，呈無火焰的非均相燃燒。陰燃和表面燃燒的區別，就在於表面燃燒的過程中固體不發生分解。

表面燃燒

可燃物受熱不發生熱分解和相變，可燃物質在被加熱的表面上吸附氧，從表面開始呈餘燼的燃燒狀態叫表面燃燒(也叫無火焰的非均相燃燒)。這類燃燒的典型例子，如焦炭、木炭和不揮發金屬等的燃燒。表面燃燒速度取決於氧氣擴散到固體表面的速度，並受表面上化學反應速度的影響。焦炭、木炭為多孔性結構的簡單固體，即使在高溫下也不會熔融、升華或分解產生可燃氣體。氧擴散到固體物質的表面，被高溫表面吸附，發生氣固非均相燃燒，反應的產物從固體表面解吸擴散，帶著熱量離開固體表面。整個燃燒過程中固體表面呈高溫熾熱發光而無火焰，燃燒速度小於蒸發速度。

鋁、鐵等不揮發金屬的燃燒也為表面燃燒。不揮發金屬的氧化物熔點低於該金屬的沸點。燃燒的高溫尚未達到金屬沸點且無大量高熱金屬蒸氣產生時，其表面的氧化物層已熔化退去，使金屬直接與氧氣接觸，發生無火焰的表面燃燒。由於金屬氧化物的熔化消耗了一部分熱量，減緩了金屬被氧化，致使燃燒速度不快，固體表面呈熾熱發光。這類金屬在粉末狀、氣熔膠狀、刨花狀時，燃燒進行得很激烈，且無煙生成。

陰燃

陰燃是指物質無可見光的緩慢燃燒，通常產生煙和溫度升高的跡象。這種燃燒看不見火苗，可持續數天甚至數十天，不易發現。

（1）容易發生陰燃的狀況

一些固體可燃物在空氣不流通、加熱溫度較低或濕度較大的條件下發生乾餾分解，產生的揮發成分未能發生有焰燃燒；固體材料受熱分解，必須能產生剛性結構多孔性炭化材料。常見易發生陰燃物質，如成捆堆放的棉、麻、紙張及大量堆放的煤、雜草、濕木材、布匹等。

（2）陰燃和有焰分解燃燒的相互轉化

在缺氧或濕度較大條件下發生火災，由於燃燒消耗氧氣及水蒸氣的蒸發耗能，使燃燒體系氧氣濃度和溫度均降低，燃燒速度減慢，固體分解出的氣體量減少，火焰逐漸熄滅，由有焰燃燒轉為陰燃。如果通風條件改變，當持續的陰燃完全穿透固體材料時，由於對流的加強，會使空氣流人量相對增大，供氧量增加，或可燃物中水分蒸發到一定程度，也可能由陰燃轉變為有火焰的分解燃燒甚至爆燃。火場上的復燃現象和由於固體陰燃引起的火災等，都是陰燃在一定條件下轉化為有焰分解燃燒的例子。

液體燃料的非均相燃燒

從燃油燃燒過程的圖解（下圖）中可看到燃油的燃燒與燃油的性質和燃燒條件(溫度、氧氣)有關，燃油的燃燒既有非均相燃燒，也有部分非均相燃燒。在低溫情況下，燃油蒸發產生油蒸氣，發生熱解與裂化反應時，碳粒產生了非均相燃燒；在高溫環境，燃油不能與氧氣接觸時，發生裂化反應，此時燃油中較重的分子仍呈固態，進行非均相燃燒。

燃油燃燒有如下特點：

(1)燃油的燃燒實際上是在蒸氣狀態下進行的，也即是燃油蒸氣和空氣混合物的燃燒。

(2)燃油燃燒時需要進行特殊的破碎——霧化處理。由於燃油的燃燒速度取決於其蒸發速度，而蒸發速度除了與燃油性質和熱交換情況有關外，在很大程度上與燃油的蒸發表面積有關，霧化是增大燃油表面積的最有效方法。由於油滴的燃盡時問與油滴直徑的平方成正比，所以霧化質量對燃油的燃燒有重大影響。

(3)燃油經霧化後，其燃燒具有氣體燃料擴散燃燒的特點。燃油經霧化後被噴入燃燒室，由於急劇加熱油滴蒸發分解，形成可燃氣體，這些可燃氣體要迅速燃燒必須有充足的氧氣。油滴的蒸發和分解速度很快，化學反應速度也很快，油滴燃燒時問就取決於氧氣向油滴的擴散時間，所以這種燃燒就與氣體燃料的擴散燃燒相似。

(4)燃油在不同條件下燃燒時，熱分解特性不同。如果燃油在氧氣充足的情況下被加熱和蒸發，則碳氫化合物會被預先氧化成甲醛等，為完全燃燒創造了有利條件，也不會在燃燒過程中產生難以著火燃盡的重碳氫化合物和炭黑。

如果空氣供應不足或油滴和空氣混合不均勻，那么部分高分子碳氫化合物在高溫缺氧下會發生裂解產生炭黑。而炭黑的化學性質不活潑，燃燒緩慢，不易燃盡。因此，在燃油燃燒時必須供應燃燒所需空氣，並強化均勻混合，以減少高溫缺氧時油滴的裂解。

另外，燃油在500～600℃進行熱裂解時，碳氫化合物的分解產物為易於著火燃盡的輕質碳氫化合物，而在650℃以上熱裂解時，分解產物除氫和輕質碳氫化合物外，還會有難於著火的重質碳氫化合物甚至炭黑產生。因此，在燃油燃燒的初始階段，應當把足夠的空氣送入火焰的根部，這樣既可保證其有充足的氧氣，又可適當降低溫度，保證熱裂解時不產生重質碳氫化合物和炭黑。

非均相反應速度

以碳為例，在燃燒過程中，碳的反應包括初次反應(碳與氧的反應)和二次反應(碳與CO₂的反應及CO與氧的反應)。C與O₂的反應及C與CO₂的反應屬於在相界上進行的異相反應。

碳的異相反應可以在碳的外表面進行，也可以在碳的內部孔隙或裂縫的所謂內表面上進行。異相反應進行得愈強烈，則反應愈容易集中在外表面上；反之，則容易向內部發展。

所謂異相反應速度，指的是在單位時間內和單位反應表面上完成反應的物質的數量。其單位是克/厘米²·秒或克分子/厘米²·秒。異相反應一般包括以下幾個階段：

(1)氣相反應介質向反應表面的傳遞；
(2)氣體被反應表面吸附； ，
(3)表面化學反應；
(4)反應物質的脫附；
(5)氣相反應產物從反應表面的排離。
整個異相反應的總速度決定於其中最慢階段的速度。