典型可燃物燃燒煙塵的分析及辨識(shí)研究.pdf

1、對(duì)燃燒煙塵的研究在環(huán)境生態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒機(jī)理等領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，同時(shí)也是火災(zāi)調(diào)查領(lǐng)域中需要深入探討的一個(gè)重要問題?；馂?zāi)調(diào)查是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的復(fù)雜交叉學(xué)科，對(duì)火場(chǎng)中助燃劑的提取、檢測(cè)及辨識(shí)一直是國(guó)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(chǎng)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(chǎng)，或是消防人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)滅火等人為因素，從而導(dǎo)致難以通過燃燒殘?jiān)鼫?zhǔn)確判定助燃劑是否存在。盡管如此，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中燃燒煙塵的存在卻依然能夠很好地保存

2、火場(chǎng)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(shí)方面的研究并不多，也不夠深入。因此，開展對(duì)典型可燃物燃燒煙塵的分析、提取及辨識(shí)方面的深入研究，不僅可以為判定火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(shí)驗(yàn)，對(duì)典型可燃物燃燒煙塵的提取和辨識(shí)進(jìn)行了研究。首先對(duì)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(duì)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(duì)透射電鏡圖的緊湊性、復(fù)雜性以及灰度值等三個(gè)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(duì)該三種燃燒煙塵的物質(zhì)組分進(jìn)行了分析和對(duì)比。對(duì)煙塵中的芳香烴化合物進(jìn)行了特征離子甄別，通過對(duì)三種燃燒煙塵的物質(zhì)組分進(jìn)行深入對(duì)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(duì)通風(fēng)狀況、煙塵取樣位置以及煙塵的靜置時(shí)間等因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，探討了這些因素對(duì)典型助燃劑汽油和柴油燃燒煙塵形成的影響。對(duì)固相微萃取的萃取時(shí)間以及萃取溫度進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)比，提出了固相微萃取對(duì)煙塵組分的最佳萃取條件，并比較分析了不同實(shí)驗(yàn)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(shí)別相關(guān)理論和方法引入燃燒煙塵領(lǐng)域，運(yùn)用多種模式識(shí)別方法對(duì)不同來源的煙塵進(jìn)行了辨識(shí)。首先

5、對(duì)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(cè)分析。對(duì)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(shí)。進(jìn)一步在以主成分為基礎(chǔ)的變量條件下，對(duì)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(duì)于模擬火災(zāi)場(chǎng)景下的助燃劑識(shí)別是有效的。進(jìn)而針對(duì)實(shí)際火場(chǎng)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(duì)

6、不同來源的煙塵進(jìn)行了辨識(shí)，得到了很好的分類效果。
　　 為了對(duì)比固相微萃取手段與傳統(tǒng)萃取手段在煙塵組分檢測(cè)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(cè)。采用石油醚作為萃取溶劑，對(duì)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(dòng)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(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種樣品前處理手段對(duì)煙塵組分提取在一定程度上具有互補(bǔ)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(huì)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(duì)三種煙塵進(jìn)行辨識(shí)，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(duì)煙塵樣本進(jìn)行了分類預(yù)測(cè)，獲得了很好的預(yù)測(cè)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(duì)煙塵辨識(shí)所具有的影響，本文在典型可

8、燃物燃燒煙塵形成機(jī)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(duì)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(jī)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(shí)驗(yàn)，對(duì)比后發(fā)現(xiàn)醇類對(duì)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(huì)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(duì)燃燒煙塵形成機(jī)理的分析，