阅读说明：本技术 一种火灾烟气成分定量检测装置 (Fire smoke composition quantitative detection device ) 是由 何宏舟 刘众擎 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种火灾烟气成分定量检测装置,涉及火灾分析技术领域。其包括：燃烧室,包括从左至右依次贯通的燃烧区、烟气层区和烟气检测区,燃烧区设有可打开或密闭的舱门。设置于燃烧区的称重系统,包括用于放置待测物的承托件以及与承托件连接的称重装置；与燃烧区连通的通风系统,用于为燃烧区提供新鲜空气。与烟气检测区相连通的烟气检测系统,用于检测烟气成分；排烟系统,其与烟气检测区的出口相连通。待检测的材料在燃烧区燃烧,通过通风系统准确控制通风量,燃烧室的多区域设置使得燃烧产生的烟气能够与新鲜空气有效分隔,且利用烟气层区和检测区加强烟气混合效果,与实际火灾场景更接近,准确反映待测物燃烧的烟气情况。(The invention provides a quantitative detection device for fire smoke components, and relates to the technical field of fire analysis. It includes: the combustion chamber comprises a combustion area, a smoke layer area and a smoke detection area which are sequentially communicated from left to right, and the combustion area is provided with an openable or closed cabin door. The weighing system is arranged in the combustion area and comprises a bearing part for placing an object to be measured and a weighing device connected with the bearing part; and a ventilation system in communication with the combustion zone for providing fresh air to the combustion zone. The smoke detection system is communicated with the smoke detection area and is used for detecting smoke components; and the smoke exhaust system is communicated with an outlet of the smoke detection area. Wait to detect the material of examining and burn at the combustion area, through the accurate control air volume of ventilation system, the multizone setting of combustion chamber makes the flue gas that the burning produced effectively separate with fresh air, and utilizes flue gas layer district and detection zone to strengthen flue gas mixing effect, is closer with actual conflagration scene, the accurate flue gas condition of reflecting the determinand burning.)

一种火灾烟气成分定量检测装置

技术领域

本发明涉及火灾分析技术领域，具体而言，涉及一种火灾烟气成分定量检测装置。

背景技术

近年来，火灾事故频发，涉及到宾馆、商铺、宿舍等空间受限场合，造成了较为严重的人员伤亡和财产损失。火灾中，70％的人员伤亡是由于毒性烟气导致，因此，准确检测室内可燃物，如木板、沙发等在燃烧过程中毒性气体的生成规律对火灾安全的研究具有重要意义。对于室内火灾，可燃物的燃烧为非控制燃烧，火灾发展包括增长阶段、通风限制阶段和衰退阶段。由于火灾场景中的空气供给主要受燃料燃烧火焰形成的热浮力湍流控制，因此，火灾内通风量随着火灾发展而不断变化。同时，研究发现，通风量直接影响燃料燃烧过程中毒性气体的生成量。

火灾中，通风量可利用全局当量比Φ进行定量评估：

其中，Φ＜1时表示贫燃料燃烧(通风良好条件)，Φ＞1时表示富燃料燃烧(通风不良条件)。以火灾中主要的两种窒息性气体一氧化碳(CO)和氰化氢(HCN)为例，其生成量随着Φ的增加而显著增加，从而大大提高火灾烟气毒性。因此，准确检测可燃物燃烧产生毒性烟气生成量的前提在于准确地控制燃烧通风量。

目前，国际上用于可燃物燃烧特性分析的实验装置主要有以下两种：

其中一种为稳态管式炉(Steady State Tube Furnace，SSTF，ISO TS 19700)。在SSTF实验中，将待测物平铺在石英舟内，石英舟置于管式炉的石英管中，将待测物缓慢通过加热炉，燃料在外部高温环境下燃烧。同时，向石英管内通入新鲜空气，通过调整空气量，模拟材料燃烧的通风条件。该装置能够准确反映待测物在不同通风条件下燃烧时毒性气体释放特点，但是具有两点不足：(1)为了保证燃料燃烧时质量损失的稳定性，SSTF实验中待测物样本尺寸需要非常小。而对于热塑性材料，过小的样本尺寸无法反映燃烧过程中的相变现象对毒性气体释放的影响。(2)样本在外部高温辐射下进行燃烧，而实际火灾场景中，材料维持燃烧所需的热量来自火焰本身的热辐射和热对流，并且，当火焰向待测物的热反馈不足时，待测物将无法维持燃烧，因此SSTF实验与实际火灾场景中的燃烧方式存在较大不同。

另一种为火灾标准试验间(ISO 9705)，如图1所示。其能够通过耗氧原理有效检测全尺寸材料的燃烧特点和热释放速率特点。全尺寸火灾标准试验间长(3.6±0.05)m，高和宽为2.4±0.05m，在宽度方向的中间位置开设有一个宽为0.8±0.01m，高为2.0±0.01m的门。待测物在试验间内燃烧，由于室内火灾中普遍存在烟气分层现象，热烟气由门的上方流出，冷空气由门的下方流入。虽然该试验台能够准确反映材料在真实火灾场景中的燃烧特点，但是该实验台在检测烟气毒性时仍存在两个不足：(1)该装置的通风由门的下部自由流入房间，通风量往往由经验公式计算，无法准确获得流入室内的空气量。(2)新鲜空气进入燃烧室后，需流动一定距离到达火源位置，在此期间，烟气层和新鲜冷空气层交界处形成热质交换，新鲜空气对待测物的燃烧产物容易造成二次氧化。因此火灾标准试验间亦无法有效定量地检测材料燃烧过程毒性气体生成物的生成规律。

发明内容

本发明提供了一种火灾烟气成分定量检测装置，旨在改善无法准确检测材料火灾燃烧过程中产生的烟气成分。

本发明是这样实现的：

一种火灾烟气成分定量检测装置，包括：

燃烧室，其包括从左至右依次贯通的燃烧区、烟气层区和烟气检测区，所述燃烧区设有可打开或密闭的舱门；

称重系统，其设置于所述燃烧区，包括用于放置待测物的承托件以及与所述承托件连接的称重装置；

通风系统，其与所述燃烧区连通，用于为所述燃烧区提供新鲜空气；

烟气检测系统，其与所述烟气检测区相连通，用于检测烟气成分；

排烟系统，其与所述烟气检测区的出口相连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述燃烧区包括呈上下布置的上燃烧区和下燃烧区，所述烟气层区与所述上燃烧区大致位于同一高度，所述待测物燃烧产生的烟气经过所述上燃烧区进入所述烟气层区。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述下燃烧区包括呈前后布置的入风区和置物区，所述称重系统设置于所述置物区，所述通风系统与所述入风区连通，所述通风系统提供的新鲜空气经所述入风区进入所述置物区。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述入风区与所述上燃烧区的连接处设有隔板，以阻挡新鲜空气进入所述上燃烧区。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述烟气检测区的出口设有用于调节出口大小的调节挡板。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述通风系统包括多根通风管，每根所述通风管的出口端与所述燃烧区连通，且所述通风管的入口端设有可开闭的封盖。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，每根所述通风管均设有风速检测装置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，多个所述通风管至少包括两种管径规格。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述烟气层区与所述烟气检测区大致位于同一高度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述烟气层区和所述烟气检测区的连通截面的面积为所述烟气层区同位置上截面的1/3～2/3。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的火灾烟气成分定量检测装置，使用时，待测物(即待检测的材料)在燃烧区内燃烧，燃烧产生的烟气依次经过并排设置的烟气层区和烟气检测区，避免烟气与新鲜空气的接触和扰动，进而避免燃烧烟气产物在高温环境下被二次氧化，检测结果更准确。同时通过通风系统控制燃烧区的通风量，便于研究不同通风条件下待测物燃烧时其烟气成分的释放特点。并可准确测量待测物燃烧时的通风量，进一步保证了检测的准确度。

整个火灾烟气成分定量检测装置能够更为真实反映火灾场景中毒性烟气的释放规律，燃烧过程中无外部热源，燃烧时通风速度由热浮力湍流控制，更接近于火灾场景。该检测装置结构简单，操作方便，实用性强，具有极佳的应用前景。

进一步地，通过在入风区和上燃烧区之间设置隔板，保证系统提供的新鲜空气只能进入置物区，避免新鲜空气由于热浮力作用进入烟气层，影响检测结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明背景技术中的火灾标准试验间的结构示意图；

图2是本发明实施例1的火灾烟气成分定量检测装置的结构示意图；

图3是图2中的燃烧室的结构示意图；

图4是图2中的通风管的结构示意图；

图5是图2中的燃烧区的结构示意图；

图6是图2中的火灾烟气成分定量检测装置在另一视角下的结构示意图；

图7是图2中的调节挡板的结构示意图。

图标：100-火灾烟气成分定量检测装置；10-燃烧室；101-燃烧区；101a-上燃烧区；101b-下燃烧区；101b1-入风区；101b2-置物区；102-烟气层区；103-烟气检测区；104-舱门；105-隔板；106-调节挡板；20-通风系统；201-通风管；202-封盖；203-风速检测装置；30-称重系统；31-承托件；32-称重装置；40-烟气检测系统；50-排烟系统；501-集风罩；502-烟气处理器。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

参照图2所示，本实施例提供一种火灾烟气成分定量检测装置100，用于模拟待检测材料在火灾场景中燃烧过程，从而定量检测待测物燃烧产生的烟气成分。该火灾烟气成分定量检测装置100包括燃烧室10、通风系统20、称重系统30、烟气检测系统40和排烟系统50。

请参图图2和图3，燃烧室10包括从左至右依次贯通的燃烧区101、烟气层区102和烟气检测区103。即燃烧区101、烟气层区102和烟气检测区103并排设置，待测物在燃烧区101燃烧，燃烧产生的烟气依次经过烟气层区102和烟气检测区103。

燃烧区101设有可打开或密闭的舱门104，舱门104的设置用于待测物的取放，打开舱门104将待测物置于燃烧室10内，然后密闭舱门104，避免外界气流进入，保证对通风量的准确控制。

称重系统30设置于燃烧区101，包括用于放置待测物的承托件31以及与承托件连接的称重装置32。承托件31例如可以是托盘，设置在燃烧区101内，待测物放置在托盘上进行燃烧。称重装置32例如可以是天平。托盘和天平通过连接杆连接，托盘设置在燃烧区内，天平设置在燃烧区外，待测物在托盘中点燃并自由燃烧。通过天平实时测量并记录待测物的重量，获得重量随燃烧时间的变化曲线。

请参阅图4，通风系统20与燃烧区101连通，用于为燃烧区提供新鲜空气。在较佳的实施例中，通风系统20包括多根通风管201，每根通风管201的出口端均与燃烧区101连通，且通风管201的入口端设有可开闭的封盖202。封盖202例如可以是可插拔的端盖结构，但不局限于此。由于燃烧区101内的通风靠待测物燃烧形成的热浮力维持，通过封盖202的开闭来调整通风管的开口数量，可以有效控制通风系统20提供给燃烧室10的通风量。准确控制燃烧通风量，从而保证对待测物燃烧产生毒性烟气生成量的检测准确性。

进一步地，在较佳的实施例中，每根通风管201均设有风速检测装置203。风速检测装置203例如可以用市售的风速测量传感器。通过对风速的测量，准确控制待测物燃烧时的通风量，通风量＝风速*通风管横截面积。进一步优选地，通风管201的长度为1～3m，风速检测装置203设置在通风管201的中部位置。保证通风管201具有较长的长度，以保证风速测量的准确性。

进一步地，在较佳的实施例中，多个通风管201至少包括两种管径规格。即通风系统20包括多种管径的通风管201，例如包括2根管径为A的通风管和2根管径为B的通风管，其中，A＞B。可以理解的是，在其他实施例中，例如可以是设置3～5种不同管径的通风管，但不局限于此。通过设置多种管径规格的通风管，更有利于准确控制不同的通风条件。

烟气检测系统40与烟气检测区103相连通，用于检测烟气成分。烟气检测系统40实时检测烟气的组分和浓度，例如采用市售的CEMS分析仪，分析仪的采样探头穿入至烟气检测区103中，进行实时烟气检测。

进一步优选地，烟气检测系统40的采样探头大致设置在烟气检测区103的中部位置，采样探头的采样点与烟气检测区103顶部的距离不超过烟气检测区103高度的1/2，保证采样的准确性。

排烟系统50与烟气检测区103的出口相连通。烟气通过排烟系统50处理后排出。排烟系统50包括集风罩501和烟气处理器502。从烟气检测区103出来的烟气经过集风罩501后进入烟气处理器502进行处理。烟气处理器502例如可以是尾气净化装置，避免空气污染。

请参阅图5和图6，进一步地，在较佳的实施例中，燃烧区101包括呈上下布置的上燃烧区101a和下燃烧区101b。称重系统30设置在下燃烧区101b。上燃烧区101a和下燃烧区101b为相连通的两个区域。

烟气层区102与上燃烧区101a大致位于同一高度，待测物燃烧产生的烟气经过上燃烧区101a进入烟气层区102。即烟气层区102的底板高度高于燃烧区底板高度，能够保证待测物燃烧生成的烟气直接进入烟气层区102，避免与新鲜空气的接触与扰动，进而避免燃烧烟气产物在高温环境下被二次氧化，从而影响对材料燃烧产生毒性烟气成分的定量评估。

进一步地，在较佳的实施例中，下燃烧区101b包括呈前后布置的入风区101b1和置物区101b2。入风区101b1和置物区101b2相连通。称重系统30设置于置物区101b2，通风系统20与入风区101b1连通，通风系统20提供的新鲜空气经入风区101b1进入置物区101b2。即，通风管201的入口端设置在入风区101b1的侧壁上。

进一步地，在较佳的实施例中，入风区101b1与上燃烧区101a的连接处设有隔板105，以阻挡新鲜空气进入上燃烧区101a。隔板105的位置为通风管201布设的位置相适应，保证隔板105完全覆盖入风区101b1。

通过设置前后分区，将通风区域和待测物的燃烧区域分隔开，避免新鲜空气与高温烟气直接接触可能带来的影响。通过对燃烧区101的上下和左右分区设置，新鲜空气从入风区101b1进入置物区101b2，待测物在置物区101b2自由燃烧，产生的烟气进入上燃烧区101a，然后进入烟气层区102。烟气层区102的烟气与新鲜空气隔绝，保证烟气最大限度接近实际火灾燃烧情况。

进一步地，隔板105的宽度(即在前后方向上的距离)不超过燃烧区101的1/2，避免影响烟气的上升。

请参阅图7，进一步地，在较佳的实施例中，烟气检测区103的出口设有用于调节出口大小的调节挡板106。调节挡板106可调节烟气检测区103的出口开度。通过调节出口开度，调整烟气检测区103的烟气流出量，再与通风系统20配合，可进一步调整燃烧室10通风量。

可以理解的是，在一些实施例中，调节挡板106例如可以是推拉板结构，在烟气检测区103的出口端设有沿前后方向布设的导轨，调节挡板106与导轨滑动连接，移动调节挡板106的位置，调节烟气检测区103的出口开度。

进一步地，在较佳的实施例中，烟气层区102与烟气检测区103大致位于同一高度。保证烟气的有效混合，避免烟气分层。在一个具体的实施方式中，烟气层区102和烟气检测区103均为方形结构，二者的顶板相互连接，且底板相互连接，保持在同一高度。

进一步地，在较佳的实施例中，烟气层区102和烟气检测区103的连通截面的面积为烟气层区102同位置上截面的1/3～2/3。烟气层区102和烟气检测区103的连通截面即沿宽度方向上的纵截面。更为优选地，连通截面的面积为烟气层区102同位置上截面的1/2。在一个具体的实施方式中，烟气层区102和烟气检测区103的高度保持一致，烟气检测区103的宽度为烟气层区102的1/2，且烟气检测区103位于烟气层区102的中部位置。

通过减少烟气检测区103的宽度，能够有效加强烟气混合，烟气组分的分布更均匀。保证烟气由烟气层区102进入烟气检测区103时，减小其流动横截面面积，增大流速，增强扰动，烟气内组分分布更均匀，保证烟气检测系统40能够准确测量某时刻烟气中组分i的体积浓度F_vi。

通过本实施例提供火灾烟气成分定量检测装置100，在实验过程中，将待测物放入置物区101b2中点燃后，关闭舱门104。置物区101b2中，待测物自由燃烧，火焰和高温产生热浮力并形成湍流，卷吸新鲜空气，新鲜空气由通风管201进入燃烧区101，同时，可通过调整封盖202的开闭调整通风管201的开口数量，从而调整材料燃烧时的通风条件。待测物形成的高温烟气进入烟气层区102，由于烟气层区102底板高度大于燃烧区101底板高度，可使高温烟气与新鲜空气隔开。同时，隔板105的存在避免了新鲜空气由于热浮力作用而直接进入烟气层区102，从而进一步加强了新鲜空气与烟气层的分离效果。烟气经烟气层区102进入烟气检测区103，由于烟气检测区103宽度减小，烟气流速增大，扰动增强，使得烟气组分在烟气检测区103中的分布更加均匀，从而保证了烟气检测系统40采样的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。