CN100347733C - 一种模拟火灾烟气释放装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟火灾烟气释放装置，涉及一种用于可燃材料在火灾中产烟毒性检测及烟气中毒害物质生成机理研究的实验装置。该装置主要包括载气预混室，称重室，燃烧室，设置在称重室内的电子天平，放置在电子天平上的样品托架，设置在燃烧室内的连续高压脉冲点火装置，对样品进行加热的红外辐射加热热源，及设置在燃烧室烟气出口的伴热管路和二次高温加热炉。燃烧室置于载气预混室的上方，并在所述的称重室和载气预混室之间设有隔热层，燃烧室与载气预混室之间设有通风板。该装置能够研究不同氮氧氛围及热辐射条件下的烟气释放特性，且能够克服CO检测值偏低的问题，使得该装置能够真实模拟实际火灾中可燃材料受热后毒害物质的生成规律和生成机理。

Description

一种模拟火灾烟气释放装置

技术领域

本发明涉及一种模拟火灾烟气释放装置，尤其涉及一种用于可燃材料在火灾中产烟毒性检测及烟气中毒害物质生成机理研究的实验装置，属于火灾和材料科学技术领域。

背景技术

火灾是一种对人类危害十分严重的灾害现象。据国际上统计资料表明，火灾中由于吸入有毒烟气而致死的人数占全部死亡人数的80％左右，可见烟气毒性是致人死亡的首要原因。由于实际火灾过程是一个失去控制的剧烈燃烧过程，远比一般人为控制的燃烧过程来得复杂，到目前为止人类对于其发展规律尤其是烟气毒性变化规律的认识还十分有限。几十年来，各国研究人员至少已经开发了几十种不同尺度的模拟火灾烟气释放的装置，其中由于小尺度火灾实验装置适用于机理性研究，而且经济性好、操作方便、易于控制等优点而被广泛采用。但是研究发现，现有的小尺度火灾实验所得到的试验结果均与全尺度火灾试验结果存在较大差异，尤其是火灾中主要毒性气体CO的产率在小尺度火灾实验装置的产率远低于实际火灾中CO的产率，这一现象使得国际标准化组织(ISO)希望建立“火灾模型”ISO标准的努力一直没能成功，同时，也促使研究人员开展更加深入的研究工作，研究新的火灾烟气发生方法，研制新的火灾烟气模拟发生装置。

目前国际上流行的各种小尺度火灾实验装置倾向于采用开放式气体流动方式(如德国环形辐射炉、美国NBS锥形炉、美国角锥量热计炉)，主要应用于动物染毒试验及材料的失重特性研究，取得了一定的成果，但是缺乏对材料产烟动态过程的研究。中国专利申请“一种火灾烟气模拟发生装置”(公开号：CN1556510)，该装置采用经严格定量混配后的标准气作为载气和开放式的气体流动方式，同时采用辐射加热热源，可以方便地模拟各种火灾工况，其可燃材料的受热状况更加接近实际情况，因此能够研究不同材料在不同氮氧氛围及热辐射条件下的烟气释放特性；但是该装置采用水平通风，且存在CO检测值偏低的问题，与通常火灾中烟气发生情况不太符合，因此不能很好地模拟真实火灾中可燃材料的产烟特性及毒害气体分布的情况，也无法利用该小尺度火灾实验装置的结果去精确地模拟预测真实火灾。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种模拟火灾烟气释放装置，该装置不仅能够研究在不同氮氧氛围及热辐射条件下的烟气释放特性，而且能够克服CO检测值偏低的问题；使得产烟特性更接近于真实火灾，从而使得该小尺度火灾烟气释放装置能够真实模拟实际火灾中可燃材料受热后毒害物质的生成规律和生成机理。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种模拟火灾烟气释放装置，含有载气预混室，称重室，石英玻璃燃烧室，设置在称重室内的电子天平，放置在电子天平上的可燃材料的样品托架，设置在燃烧室内的连续高压脉冲点火装置，以及对可燃材料样品进行加热的红外辐射加热热源，其特征在于：所述的燃烧室置于载气预混室的上方，并在燃烧室的烟气出口设有伴热管路和二次高温加热炉；在所述的称重室和载气预混室之间设有隔热层，在所述的燃烧室与载气预混室之间设有通风板。

本发明的技术特征还在于：所述燃烧室的形状采用四棱锥形，且在两侧面对称开有石英玻璃窗，所述的红外辐射加热热源布置于石英玻璃窗上。

本发明还在所述的二次高温加热炉的样气出口设有过滤器。

本发明所提供的模拟火灾烟气释放装置，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①采用二次高温加热炉，使得烟气能够经历高温再加热的过程，炉温从室温至1200℃可调，烟气经历二次加热过程后更加接近真实火灾的状况，可以模拟轰然工况下CO的产生规律；②载气预混室与燃烧室之间用通风板连接，可以使得载气均匀平稳地进入燃烧室并防止烟气倒流；③燃烧室置于载气预混室上方，使得样品产生的烟气自然流动至二次高温加热炉，且燃烧室呈四棱锥状，利于烟气的外排；④将红外辐射加热热源置于燃烧室外，使得热源能够得到自然冷却，延长了热源的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的模拟火灾烟气释放装置实施例的结构示意图。

图中：1-氮气管路；2-氧气管路；3-气体流量控制器；4-通风板；5-尾气；6-二次高温加热炉；7-过滤器；8-伴热管路；9-样气；10-计算机；11-称重室；12-电子天平；13-载气预混室；14-隔热层；15-样品托架；16-可燃材料的样品；17-热电偶；18-连续高压脉冲点火装置；19-燃烧室；20-红外辐射加热热源；21-反射罩。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施及工作过程。

本发明提供的模拟火灾烟气释放装置，主要包括称重室11，载气预混室13，燃烧室19，设置在称重室内的电子天平12，放置在电子天平上的可燃材料的样品托架12，设置在燃烧室内的连续高压脉冲点火装置18，对可燃材料样品16进行加热的红外辐射加热热源20以及设置在燃烧室样气出口的伴热管8和二次高温加热炉6。称重室11与气体预混室间用隔热层14(主要由石棉绒组成)隔离，防止高温烟气影响电子天平正常工作；在所述的燃烧室与载气预混室之间设有通风板4，可使得载气均匀平稳地进入燃烧室并防止烟气倒流。称重室11主要搁置精密的电子天平12，电子天平承载样品托架15及可燃材料的样品16，可通过外联的计算机10对电子天平进行实时地重量测量；在所述的燃烧室两侧设有红外辐射加热热源20，灯管上方设有反射罩21，采用辐射加热热源符合实际火灾中可燃材料的主要受热方式，且动态响应特性好，可以长时间稳定地工作；产生的样气9在二次高温加热炉6内可进行再加热，样气9经高温再热后通过过滤器7可除去灰分及焦油，使检测仪器不受污染，样气使用全程伴热管路8输送以保证水分及其它气态组分不在管路中冷凝。伴热管路8可采用电阻加热方式。

本发明的工作过程如下：氮气和氧气分别通过氮气管路1及氧气管路2进入载气预混室13得以充分混合成为载气，载气中的氧浓度可通过气体流量控制器3在0～100％调节(一般为0～21％)，载气通过通风板4后进入燃烧室19，自然流动状况下的载气携带可燃材料的样品16受热后产生的烟气向上流动，其中一部分作为样气9，余下作为尾气5排放；样气在二次高温加热炉6中经历二次高温裂解反应使样气中的烯烃类气体发生二次反应后生成CO，然后在过滤器7中滤去灰分及焦油，最后进入气体检测设备，样气使用全程伴热管路8输送以保证水分及其它气态组分不在管路中冷凝。实验开始前，先将可燃材料的样品16置于样品托架15上，样品托架15放置于电子天平12上并置于称重室11内，将电子天平12与计算机10相连后关上密封门(图中未标出)；然后，调整载气参数使其达到试验设定数值，将二次高温加热炉6调节到所需的温度(室温～1200℃可调)，将伴热管路8调节到所需的伴热温度(120℃～200℃可调)，整个系统稳定后利用电源控制装置(图中未标出)根据需要设定红外辐射加热热源20输出的辐射热流强度(在0～100Kw/m²之间可调)，合上电源开关后即可开始实验。实验过程中，样品16的失重由电子天平12记录并由计算机10实时检测输出，燃烧室19内的气氛温度由设置在燃烧室内的热电偶17进行检测并由相应的数据采集设备(图中未标出)进行记录。在启动红外辐射加热热源20的同时，启动连续高压脉冲点火器18，实现有焰燃烧工况。由本装置产生的样气9经过过滤器7处理后，可送往相应的仪器设备进行检测和分析。

Claims (3)

1.一种模拟火灾烟气释放装置，含有载气预混室(13)，称重室(11)，燃烧室(19)，设置在称重室内的电子天平(12)，放置在电子天平上的可燃材料的样品托架(15)，设置在燃烧室内的连续高压脉冲点火装置(18)，以及对可燃材料样品(16)进行加热的红外辐射加热热源(20)，其特征在于：所述的燃烧室置于载气预混室的上方，并在燃烧室的烟气出口设有伴热管路(8)和二次高温加热炉(6)；在所述的称重室和载气预混室之间设有隔热层(14)，在所述的燃烧室与载气预混室之间设有通风板(4)。

2.按照权利要求1所述的模拟火灾烟气释放装置，其特征在于：所述燃烧室的形状采用四棱锥形，且在两侧面对称开有石英玻璃窗，所述的红外辐射加热热源(20)布置于石英玻璃窗上。

3.按照权利要求1或2所述的模拟火灾烟气释放装置，其特征在于：在所述的二次高温加热炉(6)的样气出口设有过滤器(7)。