烟气的性质、流动和控制.ppt

烟气的性质、流动和控制,内 容,烟气的产生与性质 烟气的遮光性 烟气的流动 烟气的控制,烟气的产生与性质,烟气对人的危害 遮光性降低能见度延长疏散时间 毒性CO、H2S等 缺氧窒息燃烧消耗大量氧气，使氧浓度降低 高温灼伤100以上对人构成威胁 80%左右的人死于烟气,烟气的产生与性质,烟气的定义 可燃气热解或燃烧产生的气相产物 由于卷吸而进入的空气 多种微小的固体颗粒和液滴 尘、炭烟、雾气溶胶 原生粒子以固体颗粒进入气相中的物质 再生粒子由气体转变为固体或液体的粒子 火灾烟气是一种特殊类型的气溶胶,烟气的产生与性质,烟颗粒的产生 组分浓度梯度造成的不完全燃烧下的产物 阴燃材料热解生成的挥发分,与冷空气混合，浓缩成较重的高分子组份，并形成薄雾 有焰燃烧 高温下脱离固体的灰分 不完全燃烧和高温分解形成的气相中碳颗粒 可燃挥发分高温热解生成的高分子化合物 烟颗粒当中通常含有相当多的可燃组份，条件合适会继续燃烧,烟气的产生与性质,烟颗粒的产生 母体可燃物的化学性质对烟气产生有重要影响 低分子量的燃料基本上不产生烟气 高分子燃料易产生烟气 燃料的化学组分是决定烟气产生量的主要因素 经过部分氧化的燃料发出的烟量比生成这些物质的碳氢化合物的发烟量少,烟气的产生与性质,烟气的浓度 由烟气中所含固体颗粒或液滴的多少及性质决定 烟气中颗粒量的测量 过滤法：烟气流过一定的滤纸或滤网后的重量 粒子数目测量法：光子装置置于烟气通道上，利用遮光性或反光性测单位体积烟气通过的烟颗粒数目 光学浓度表示法：确定烟气在已知容积的容器内的遮光性（光学密度） 固定容积式 流动式,烟气的产生与性质,烟气的毒性 火灾烟气中都会含有有毒物体 含量最大的是CO：火灾中的死亡人员约有一半是由CO中毒引起的 NOX 氰化氢（HCN)木材、皮革、含氮塑料、人造革等燃烧 SOx、HCl等塑料制品的燃烧 缺氧是气体毒性的特殊情况 固体颗粒的毒害,烟气的产生与性质,烟气的温度 100的温度下： 30分钟 几分钟 温度与极限忍受时间的关系式 空气湿度增大，极限忍受时间降低 衣服的透气性和隔热程度对忍受温度也有影响,烟气的遮光性,表示方法 光通过烟气或灰尘后会发生折射、散射、反射等现象，光强减小 遮光性：一定光束穿过烟场后强度的衰减 光学密度：光通过烟气后透射率倒数的常用对数,烟气的遮光性,烟气遮光性的几种表示方法 烟气的光学密度 ： D = lg(I0/I) = -lg(I/I0) 单位：贝尔（bel)，单位较大 分贝(db)：贝尔的1/10, OD = -10 lg(I/I0) 单位长度光学密度 ：D0 = -lg(I/I0)/L 减光系数： Kc = ln(I/I0)/L= 2.303D0 烟的百分遮光度： B = (I0I)/I0 100 光学密度和遮光度的关系：D= -lg(1-B/100),烟气的遮光性,烟气的遮光性和人的能见度 能见度的概念：人在一定环境下能看到的最远距离，具有一定的主观标志。 人员疏散的一个重要影响因素，决定人员是否有危险 影响烟气能见度的因素： 烟气本身的性质：颜色、浓度、颗粒大小、刺激性等 目标物的性质：颜色、尺寸、光照条件、发射光还是反射光等 背景 人员本身的身体和精神状态、视力情况,烟气的遮光性,烟气的遮光性和人的能见度 能见度与减光系数和单位光学密度的关系 V = R/Kc= R/2.303D 金实验 白烟减光系数较小 发光标志：R取510 反光标志：R取24 有反射光存在的建筑物： R取24 巴切尔、帕乃尔 自发光标志可见度 比反光标志的大2.5倍,烟气的遮光性,刺激性气体对能见度的影响 刺激性气体对眼睛构成危害，人无法睁眼 在刺激性气体中能见度和减光系数间的关系不适用,烟气的遮光性,刺激性气体对能见度的影响 可大大降低人的行走速度 减光系数为0.4时，刺激性气体中行走速度为非刺激性中的70% 减光系数大于0.5时，刺激性气体中行走相当于盲人 对刺激性烟气，金(Jin)给出能见度经验公式 V（0.133-1.47logKc)R/Kc 对烟气浓度的研究 广泛应用于火灾探测,烟气的遮光性,材料的发烟性能测试 材料的发烟性能不是材料的固有性质，与火灾环境有关 但它建立了一种可评价材料发烟性的方法，仍得到广泛应用 不同测试方法的设计略有差别，但光学密度的测量都是将烟气收集到固定的容器中进行的,烟气的遮光性,材料的发烟性能测试 大多方法都是NBS烟箱法的改进型和衍生型 常用的NBS烟箱法 实验材料：75cm2 热源：竖直上方2.5W/cm2的固定热源 下方6个小火焰组成的有焰燃烧阵 结果：装置内试样光学密度的最大值 Dm = D0(V/As) 只考虑了试样的暴露面积，没考虑试样的厚度 再现性和重复性好，误差在25间浮动,烟气的遮光性,材料的发烟性能测试 拉斯巴希法： 烟收集在13m3的容器中 引入发烟势的概念：烟气生成的最大可能性 Dp = D0 (V/W1) 考虑了可燃组份质量的影响 根据质量损失和容器大小，可求出光学密度 房间总烟载荷,烟气的遮光性,可燃固体处在烟囱结构中发出的烟很少 实验炉中产生的烟较多 一些问题 具体建筑物应当按什么值来选择材料 通风和轰燃对发烟量的影响 发烟速率和发烟势的联系,烟气的流动,烟气的有效流通面积 烟气流动的驱动力 中性面位置的计算 中性面以上楼层内的烟气浓度,烟气的流动,有效流通面积 某种流体在一定压差下流过系统的总的当量流通面积 存在并联流动、串联流动、混联流动 有效流通面积的计算 并联流动：每个出口的压差P都相同，总流量QT 为各出口流量之和 QT = Q1+Q2+Q3 Q = CA (2P/)1/2,烟气的流动,有效流通面积的计算 串联流动 每个出口的体积流率相同 总压差 为各压差之和 PT = P1+P2+P3,烟气的流动,有效流通面积的计算 混联流动：既有并联，又有串联 并联：A2和A3， A4和A5 串联：A23e、A45e与A1串联,烟气的流动,温度与流通系数变化的影响 并联： 串联：,烟气的流动,流动的驱动力 烟囱效应 内外温差 密度差 压力差 底部开口 正烟囱效应：内部温度高 负烟囱效应：外部温度高,烟气的流动,烟囱效应 上下双开口 形成流动：正向上，负向下 存在中性面，约在竖井中部，取决于上下口面积 正烟囱效应 中性面之下： 中性面中上： 假定理想气体,烟气的流动,烟囱效应 实际中，气体流动竖井 楼层 外界 对任意一楼层，其有效流动面积为： 通过该层的质量流率为： 对于串联路径，有 从而得到竖井与建筑内部房间之间的压差：,烟气的流动,烟囱效应 通常，比值Asi/Ai0在1.7到7之间，表明竖井与建筑物内部房间之间的压差比竖井与外界之间的压差小得多。 若着火楼层有较多窗口被烧破，Ai0变大，比值Asi/Ai0将变小，以致Psi接近于Pso，即竖井与该层房间的压差几乎等于竖井与外界的压差。 楼层高度的影响。 中性面以下发生火灾，烟气一般不会进入中性面以下楼层，而容易进入中性面以上楼层。 中性面以上由正烟囱效应产生的空气流动可限制烟气的流动，空气从竖井流进着火层能够阻止烟气流进竖井。,烟气的流动,烟囱效应,烟气的流动,烟气的浮力与膨胀力 密度差引起的 房间与外界环境的压差 着火房间温度恒定时： 当外界压力为标准大气压时，有,烟气的流动,烟气的浮力与膨胀力 压差与燃烧状况的关系 烟气流出与空气流入的体积流量之比,烟气的流动,风的影响 风压的产生及影响因素 压力差的大小与风速的平方成正比 使用空气温度表述，上式可写为 风压系数Cw： -0.8+0.8, 与建筑物的几何形状、当地的挡风情况、墙壁与风向之间的风向角有关,烟气的流动,风的影响,烟气的流动,风的影响 由风引起的建筑物两个侧面的压差为： 风压影响自然排烟 风速与高度的关系： n：无量纲风速指数 平坦区（野外）：0.16 不平坦区（村镇）：0.28 很不平坦区（市区）：0.40,烟气的流动,不同地形下的风速分布情况,烟气的流动,机械通风系统造成的压差 管道本身通风或烟囱效应 管道相通，容易传播烟气 风机启动时压差较大 防范措施 关闭引风机，切断联系 关闭风道，安装防火阀 特殊设计控制烟气流动 通风系统作为排烟设施？,烟气的流动,电梯的活塞效应 活塞效应：前部压缩气体，后部抽引气体 火灾中电梯的使用存在争议 电梯上方与外界环境的压差,烟气的流动,电梯的活塞效应 流通通道：电梯井 门厅 房间 室外 有效流通面积：Ae=(Ars-2+Air-2+Aoi-2)-1/2 门厅与建筑物内部房间之间的压差 压差不能超过下述值 适用于通风口关闭的电梯井 单井大于多井,烟气的流动,中性面位置 连续开缝的竖井,烟气的流动,中性面位置 上下双开口的竖井,烟气的流动,连续开缝和一个上开口的竖井 流出竖井的质量是由连续开缝流出的质量与由开口流出的质量之和。 根据竖井内的质量连续方程，流出的质量应 等于流入的质量。 当Av0：,中性面以上楼层内的烟气浓度 假设：烟气质量流率稳定；楼层之间没有缝隙；外界温度低于竖井内温度。 质量流率： 烟囱效应造成的压差： 污染物的质量守恒方程： 污染物浓度：,烟气的流动,烟气的控制,烟气控制 所有可以单独或组合起来以减轻或消除烟气危害的方法。 控制烟气的途径 挡烟将烟气阻挡在某些限定区域 排烟通过对人和物没有危害的渠道导出烟气 自然排烟 机械排烟 大规模建筑，烟气控制是几种方法的结合,烟气的控制,烟气控制的基本方式 防烟分隔 防烟分隔的物体：墙壁、隔板、楼板等 防烟阻体挡烟主要是在建筑物内形成一定大小的防烟分区 防烟阻体材料必须具有一定的耐火性能 跨越防烟分区的活动，则必须设置活动的门或窗帘 分隔物存在一定的烟气泄漏 烟气泄漏的一阶近似：开口流动方程,烟气的控制,烟气控制的基本方式 防烟分区：让烟被限制在一个分区内，再利用该区独立的排烟系统将烟排出，达到烟控制的目的。 防烟分区的划分方法 平面分区：楼地板面积较大的使用空间，大多与防烟垂壁相配合。分区原则可分为以楼地板面积，及以距排烟口长度来划分。 垂直分区：电梯竖井、楼梯间或其它管道井等，用防火墙及防火门作分区，以防止烟流入竖井中并经由竖井向其它楼层蔓延。 层间分区：楼层为基础，所构成之天花板和楼地板间的分区。,烟气的控制,烟气控制的基本方式 防烟分区的面积计算 走道内有排烟，房间内没有 门为防火门：只按走道面积划分 门不是防火门：房间和走道面积都算 房间内有排烟，走道内没有 门为防火门：只按房间面积划分 门不是防火门：房间和走道面积都算,烟气的控制,烟气控制的基本方式 非火源区域的烟气稀释 烟气稀释可是烟气或粒子浓度控制在人可承受的程度 烟气在空间的浓度分布为： 由此得到：稀释率 时间,烟气的控制,烟气控制的基本方式 加压控制 使用风机在防烟分隔物的两侧造成压差从而控制烟气流过。 加压控制的两种状况 利用分隔物两侧的压差控制 利用平均流速足够大的空气控制 设计烟控系统时，应分别考虑两种情况 加压系统中应设计一种可将烟气排到外界的通道,烟气的控制,烟气控制的基本方式 空气流 应用于铁路、公路隧道、地下铁道等的烟控 Thomas给出的临界速度公式：,烟气的控制,烟气控制的基本方式 空气流 取下游气体参数为离火源足够远区域的参数，有 系数kv约为0.0292。 适用于走廊内烟气流动 根据火源功率可确定临界流速 建筑物内一般不采用 浮力 用于风机驱动和自然通风系统 喷淋对浮力的削弱,烟气的控制,空气流率与压差的计算 通过缝隙的流率与压差的关系可表述为： 压差可表述为： 雷诺数： 为路径的特性尺寸,空气流率与压差的计算,动力控制的流动 Re较大时（2500-4000)： C（无量纲流通系数）一般在0.50.7 标准温度和标准大气压下的流率公式：,空气流率与压差的计算,粘性力控制的流动 在1001000 流率与压力损失成正比 其类似无限长平行板泊松（Poiseuille）流 实际流动与平板泊松流存在偏差,空气流率与压差的计算,指数流动方程 计算公式 ： 指数方程的流通系数 n： 流通指数 内部路径的指数取0.5 外部墙壁的指数取0.6或0.65,空气流率与压差的计算,缝隙流动的计算 Gross和Haberman提出的通用方法 无量纲流率 无量纲压差 a: 垂直于流动方向的缝隙宽度 x: 平行于流动方向的缝隙深度 Dh=2a：特征直径,空气流率与压差的计算,对于直通缝的进口部分，流动分三段 段： 段： =1.01746-0.044181 段：,空气流率与压差的计算,直通缝体积流率： 对一个或多个弯折的狭缝：无量纲流率QN可由直通缝的QN乘以F1或F2的流通系数得到 流通系数图,流通面积的计算,大开口的流通面积容易计算 裂缝流通面积取决于施工水平 必须考虑通风管道内的阻挡物,开门力的计算,烟气控制中压力增加，开门困难 门轴的总力矩： 开门力：,儿童与老年人开