实践中人们发现,可燃混合物中燃料浓度只有在一定范围内,火焰才能传播。工程上可燃极限用混合燃料体积百分数的形式表示,而学术上常用极限当量比来表示可燃极限。能够维持燃烧的最小燃料浓度被称为贫燃极限,又称可燃下限;对应地,能够维持燃烧的最大燃料浓度被称为富燃极限,又称可燃上限。
多种因素会影响到可燃极限,这些因素包括压力、温度、点火能、散热、火焰拉伸和弯曲等。因此,可燃极限的测量需要使用标准方法。中国采用GB/T 12474-2008标准,国际上还有ASTM E681、ASTM E918、ASTM E2079、EN 1839(T)、EN 1839(B)、DIN 51649-1等标准被广泛地采用。下表给出了常温常压下一些常用燃料在空气中的可燃极限。
燃料 | 贫燃极限 | 复燃极限 | ||
燃料百分比表示 | 当量比表示 | 燃料百分比表示 | 当量比表示 | |
氢气 | 4 | 0.10 | 75 | 7.14 |
一氧化碳 | 12.5 | 0.34 | 74 | 6.80 |
氨气 | 15 | 0.63 | 28 | 1.40 |
甲烷 | 5 | 0.50 | 14.9 | 1.67 |
乙烷 | 3 | 0.52 | 12.4 | 2.40 |
丙烷 | 2.1 | 0.56 | 9.5 | 2.70 |
丁烷 | 1.8 | 0.57 | 8.4 | 2.80 |
乙烯 | 2.7 | 0.40 | 36 | 8.00 |
乙炔 | 2.5 | 0.31 | 100 | ∞ |
苯 | 1.3 | 0.56 | 7.9 | 3.70 |
甲醇 | 6.7 | 0.51 | 36 | 4.00 |
乙醇 | 3.3 | 0.41 | 19 | 2.80 |
可燃极限为一维、层流、无拉伸的平面预混火焰在仅存在辐射散热的条件下能够维持传播的极限燃料体积百分数。辐射散热仅与燃烧后产物的组成、火焰温度和环境温度有关,而燃烧产物和火焰温度是由燃料种类所决定,因此在这样的定义下可燃极限成为燃料的本征特性,具有重要的理论意义。