典型可燃物燃燒煙塵的分析及辨識研究.pdf

1、對燃燒煙塵的研究在環(huán)境生態(tài)、發(fā)動機、燃燒機理等領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，同時也是火災(zāi)調(diào)查領(lǐng)域中需要深入探討的一個重要問題?；馂?zāi)調(diào)查是一個綜合性很強的復(fù)雜交叉學(xué)科，對火場中助燃劑的提取、檢測及辨識一直是國內(nèi)外火災(zāi)調(diào)查領(lǐng)域的主要研究方向之一?；馂?zāi)現(xiàn)場往往容易遭到很多外在因素的破壞，比如縱火者的故意破壞現(xiàn)場，或是消防人員進(jìn)入現(xiàn)場滅火等人為因素，從而導(dǎo)致難以通過燃燒殘渣準(zhǔn)確判定助燃劑是否存在。盡管如此，火災(zāi)現(xiàn)場中燃燒煙塵的存在卻依然能夠很好地保存

2、火場中的助燃劑信息。目前，火災(zāi)調(diào)查中關(guān)于燃燒煙塵提取和辨識方面的研究并不多，也不夠深入。因此，開展對典型可燃物燃燒煙塵的分析、提取及辨識方面的深入研究，不僅可以為判定火災(zāi)現(xiàn)場中是否存在助燃劑及存在何種助燃劑而提供科學(xué)技術(shù)支撐，也將進(jìn)一步充實和深化火災(zāi)調(diào)查領(lǐng)域中關(guān)于燃燒煙塵的研究。
　　 本文基于可控條件下的燃燒實驗，對典型可燃物燃燒煙塵的提取和辨識進(jìn)行了研究。首先對典型可燃物燃燒煙塵的物理特性和化學(xué)組分進(jìn)行了分析。通過對比分析汽

3、油燃燒煙塵、聚苯乙烯燃燒煙塵、ABS燃燒煙塵以及柴油煙塵和正庚烷煙塵的透射電鏡圖片，對透射電鏡圖的緊湊性、復(fù)雜性以及灰度值等三個參數(shù)進(jìn)行了深入分析，探討了前三種燃燒煙塵的物理差異性。利用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC-MS)，對該三種燃燒煙塵的物質(zhì)組分進(jìn)行了分析和對比。對煙塵中的芳香烴化合物進(jìn)行了特征離子甄別，通過對三種燃燒煙塵的物質(zhì)組分進(jìn)行深入對比，發(fā)現(xiàn)煙塵物質(zhì)中含有較多的雙環(huán)芳烴、三環(huán)芳烴以及四環(huán)芳烴物質(zhì)。進(jìn)一步利用固相微

4、萃取手段對通風(fēng)狀況、煙塵取樣位置以及煙塵的靜置時間等因素進(jìn)行了實驗分析，探討了這些因素對典型助燃劑汽油和柴油燃燒煙塵形成的影響。對固相微萃取的萃取時間以及萃取溫度進(jìn)行了一系列實驗對比，提出了固相微萃取對煙塵組分的最佳萃取條件，并比較分析了不同實驗條件下煙塵組分的差異性及造成組分差異性的原因。
　　 基于固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)手段，本文將模式識別相關(guān)理論和方法引入燃燒煙塵領(lǐng)域，運用多種模式識別方法對不同來源的煙塵進(jìn)行了辨識。首先

5、對汽油．柴油不同混合比例的燃料在可控燃燒條件下的燃燒煙塵進(jìn)行萃取檢測分析。對比了煙塵譜圖中的物質(zhì)組分差異性，采用主成分分析方法進(jìn)行特征組分提取，將不同的燃料來源的煙塵進(jìn)行分類辨識。進(jìn)一步在以主成分為基礎(chǔ)的變量條件下，對六種燃燒煙塵進(jìn)行了系統(tǒng)聚類方法的分類，得到了較好的分類效果，證明該方法對于模擬火災(zāi)場景下的助燃劑識別是有效的。進(jìn)而針對實際火場中典型的常見可燃物汽油、柴油、聚苯乙烯以及ABS四種燃料，分別采用主成分分析方法和系統(tǒng)聚類方法對

6、不同來源的煙塵進(jìn)行了辨識，得到了很好的分類效果。
　　 為了對比固相微萃取手段與傳統(tǒng)萃取手段在煙塵組分檢測方面的差異，本文進(jìn)一步選擇了液體萃取這一傳統(tǒng)手段來進(jìn)行煙塵組分的檢測。采用石油醚作為萃取溶劑，對柴油、聚苯乙烯以及ABS這三種典型可燃物的燃燒煙塵進(jìn)行制樣。接著采用自動進(jìn)樣方式的氣質(zhì)聯(lián)用儀，得到了三種煙塵的譜圖結(jié)果，并與固相微萃取進(jìn)樣方式所獲得的譜圖結(jié)果進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)兩種樣品前處理手段對煙塵組分提取在一定程度上具有互補性。

7、液體萃取所得到的煙塵組分中，高環(huán)數(shù)芳烴較多，而固相微萃取所得到的煙塵組分中低環(huán)數(shù)芳烴較多。因此，采用兩種進(jìn)樣方式將會更全面的了解煙塵信息。基于液體萃取獲得的譜圖信息，進(jìn)一步利用主成分分析方法對三種煙塵進(jìn)行辨識，也得到了較好的分類效果。最后應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對煙塵樣本進(jìn)行了分類預(yù)測，獲得了很好的預(yù)測效果，為BP網(wǎng)絡(luò)在燃燒煙塵信息挖掘中的研究開創(chuàng)了新的思路。
　　 最后，為了解燃燒煙塵的形成過程對煙塵辨識所具有的影響，本文在典型可

8、燃物燃燒煙塵形成機理方面進(jìn)行了較為深入的探討。選擇甲苯作為汽油物質(zhì)組分的主要替代，對甲苯層流火焰中的燃燒煙塵組分進(jìn)行紅外光譜分析，獲得了不同火焰高度處的煙塵物質(zhì)組分的差異性結(jié)果，并探討了甲苯池火燃燒煙塵的形成機理。另外，通過在甲苯燃料中分別添加甲醇與乙醇并進(jìn)行相同條件下的燃燒實驗，對比后發(fā)現(xiàn)醇類對甲苯燃燒煙氣的消光系數(shù)具有顯著降低的作用，且醇類的添加會放緩燃料的燃燒反應(yīng)，從而在一定程度上放緩燃燒煙塵的形成。通過對燃燒煙塵形成機理的分析，