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高速铁路隧道救援站火灾烟气控制

时间:2023-09-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据可燃气体与空气混合的阶段来区分,气体火焰分为预混火焰和扩散火焰,结构如图2-1所示。液体受热,其表面上的蒸气达到一定浓度后,蒸气与空气的混合气体遇到火源发生燃烧,燃烧初期为预混燃烧,火焰为预混火焰。

高速铁路隧道救援站火灾烟气控制

能够发生燃烧化学反应,燃料氧化剂必须以分子水平相接触,这就决定了燃烧过程一般是一个气相现象,这里对各类可燃材料的火灾燃烧特性及发展过程进行讨论[56]

2.1.2.1 可燃物燃烧基本形式

(1)气体可燃物。

气体可燃物的燃烧可以分为预混燃烧和扩散燃烧两种基本形式[57]

①预混燃烧。

预混燃烧又称混合燃烧、动力燃烧、爆炸式燃烧。预混是指可燃气体与助燃气体预先在容器、管道或空中均匀混合。发生预混燃烧的基本条件之一是燃气在预混气中必须具有一定的浓度,在常温下,燃气的浓度低于某一值或高于某一值都不会被点燃,只有在这个范围内并提供最小点火能才可能被点燃,前者被称为点燃浓度下限,后者称为点燃浓度上限。

②气相扩散燃烧。

在气相扩散火焰中,燃料和氧化剂在燃烧开始之前还没有完全混合好,或者完全没有混合,而是在燃烧过程中,靠燃料和氧化剂的相互扩散、混合而形成混合剂,因而反应剂的混合和燃烧是同时进行的。由于化学反应速率远远大于气流速度、扩散速度和混合速度,因此在扩散燃烧中,控制燃烧速率的主要因素是燃料和氧化剂的扩散速度而不是化学反应速率。

(2)液体可燃物。

液体可燃物燃烧主要是液面燃烧,由液体蒸发产生的蒸气被点燃起火而形成。火焰一般在液体表面上生成,它释放出来的热量进一步加热液体表面,从而促使液体继续蒸发,使燃烧持续得以发展。

(3)固体可燃物。

可燃固体的燃烧过程大体形式为:在一定的外部热量作用下,物质会随着热量的吸收发生热分解,生成可燃挥发分和固定炭;若挥发分达到燃点或受到点火源的作用,即发生明火燃烧。而稳定明火的建立,进一步促进向固定燃烧面反馈热量,从而加快其热分解过程,撤掉点火源燃烧仍能继续进行。当固体本身温度达到较高数值后,固体开始燃烧。固体燃烧的表面可以是水平朝上的,也可以是竖直的,甚至可以是水平的。有些塑料在火灾条件下,可以融化为液体并向外流动,其燃烧表面的形式更复杂。

2.1.2.2 燃烧的火焰

发光的气相燃烧区域称为火焰,火焰的存在是燃烧过程明显的标志。气体燃烧一般存在火焰;液体燃烧为液体受热蒸发出的蒸气燃烧,也存在火焰;有机挥发性热解产物产生的固体燃烧也存在火焰;而无热解产生的固体燃烧,无火焰存在,只有发光的灼热燃烧,这种现象被称为无焰燃烧。

(1)气体火焰。(www.xing528.com)

根据可燃气体与空气混合的阶段来区分,气体火焰分为预混火焰和扩散火焰,结构如图2-1所示。扩散火焰通常呈现黄色,这是由于扩散火焰不充分燃烧而产生炭粒,炭粒在高温下辐射出黄色光线,如图2-1(a)所示。预混火焰颜色则由两部分组成,内区呈绿色,是可燃气体与氧气进行化学反应时的气体辐射;外区呈紫红色,是已燃气体的微弱可见光辐射,如图中2-1(b)所示。如果预混气中空气不足,在内区氧气燃烧耗尽后,部分多余可燃气体穿过内区与扩散进入的氧气在中区(绿色内区与紫红色外区之间)进行扩散燃烧,这时火焰由三部分组成:绿色的内区、黄色的中区、紫红色的外区,如图2-1(c)所示,这种结构称为过渡火焰结构。

图2-1 气体火焰结构

(2)液体火焰。

液体受热,其表面上的蒸气达到一定浓度后,蒸气与空气的混合气体遇到火源发生燃烧,燃烧初期为预混燃烧,火焰为预混火焰。当预混气体燃烧完全后,则是蒸气不断地蒸发进入火焰面,同时空气从周围不断扩散到火焰面,两者在火焰面处一边混合一边燃烧。因此,液体燃烧主要方式是扩散燃烧,其火焰是扩散火焰。

(3)固体火焰。

一般固体可燃物受热后不断释放出热解产物,与不断进入火焰的空气一边混合一边燃烧,因此固体燃烧火焰属于扩散火焰。

2.1.2.3 火灾热释放速率

火灾燃烧产生大量的热量,一部分由烟气所携带,热量释放的速率决定烟气中携带热量的大小。热释放速率是燃烧的重要特性,是火灾危害的主要参数,决定火灾的安全疏散策略的制定。热释放速率可按式(2-1)计算:

式中:m为可燃物燃烧速率;

φ为燃烧效率因子,反映燃烧不完全程度;

ΔH为可燃物热值。

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