典型航空电缆材料的火灾危险性分析

在高高原航空安全实验室开展航空电缆材料低压条件下的燃烧实验,研究了FXL、22TG2V64及20ML2T08三种航空电缆和YCW普通电缆的点燃时间、辐射温度、烟密度、烟气成分和燃烧形态,同时分析了四种电缆材料燃烧性能的差异。实验结果显示:随着辐射温度升高,电缆的点燃时间逐渐缩短,当辐射温度升至500℃左右时,四种电缆的耐热性能均大幅减弱。此外,几种电缆的烟密度、燃烧形态和烟气成分也存在差异。     

典型航空电缆材料阻燃性能的研究

采用锥形量热仪对航空电缆FXL的护套层和绝缘层开展燃烧实验,分别测量两个套层材料及其耦合层的质量损失速率(MLR)、热释放速率(HRR)、点燃时间(TTI)和有效燃烧热(EHC),同时采用氧指数分析仪测量电缆套层在不同氧浓度下的燃烧时间及MLR,并结合理论公式,分析不同套层的火灾危险指数。研究结果表明:随着辐射强度的提高,航空电缆材料的HRR和火焰增长指数均先增加后减小,此外,点燃和熄灭时间均缩短,并且方式1～4的火险指数也在减小。随着氧气浓度的增加,MLR加快且燃烧时间缩短,在25%氧浓度下,燃烧缓慢,当氧浓度升至30%时,燃烧加快且蔓延迅速。实验结果揭示航空电缆材料在不同辐射强度下的燃烧特性,为提高民航安全提供数据参考。     

碳粉在O2-CO2气氛下的燃烧行为

采用综合热分析技术研究了碳粉在不同O2-CO2气氛下的燃烧行为. 结果表明,碳粉在升温燃烧过程中,随CO2浓度增加,TG和DTG曲线向高温区偏移,着火点温度和燃尽温度均呈上升趋势,较高温度才能满足碳粉与CO2反应的条件. 1100℃恒温条件下,TG, DTG和DTA曲线均随CO2浓度的增加向高温区偏移,CO2浓度高于20%时,TG曲线出现平台,相对应的DTG曲线出现波谷,DTA曲线出现波峰,且CO2浓度越高,平台出现得越早. 随CO2浓度的增加明显降低反应产生的热量. CO2含量小于80%时,CO2基本不参与反应,实际的热效应仅与O2含量有关,且符合平方根关系.     

水泥工业煤粉富氧燃烧NO释放特性实验研究

在回转炉实验台架上,分别研究了掺石灰石及掺CaO的情况下,N2/O2、CO2/O2气氛及氧浓度对典型煤种在富氧燃烧条件下燃烧释放NO的影响规律.研究结果表明:CO2/O2气氛下煤粉燃烧NO释放总量较N2/O2气氛下少;CO2/O2气氛下氧浓度的增加对煤粉燃烧NO释放有促进作用;石灰石及CaO对煤粉燃烧NO的生成均具有催化作用,且CaO的催化作用更强.     

O2/H2O气氛下CH4燃烧特性与置换天然气水合物联产方案

对O2/N2, O2/CO2和O2/H2O三种气氛下CH4燃烧特性及主要污染物生成进行了数值模拟,将出口O2浓度作为污染物排放的协同考虑因素,提出了基于O2/H2O气氛燃烧置换天然气水合物的新技术方案,比较了3种燃烧气氛对甲烷燃烧温度、燃烧速率、污染物(NOx和碳黑)生成量及燃烧效率等的影响. 结果表明,相较于O2/N2和O2/CO2气氛,O2/H2O气氛下燃烧温度最低、燃烧速率最高、污染物生成量最少、燃烧效率最高、出口O2浓度最低. 确定了与传统燃烧温度分布特征曲线相匹配的浓度配比为32vol% O2/68vol% H2O. 基于模拟研究结果,提出了一套O2/H2O燃烧技术与开发天然气水合物联产的技术新思路.     

富氧气氛下升温速率对煤燃烧及动力学的研究

在同步热分析仪上对小龙潭褐煤进行了不同升温速率(5K/min,10K/min和20K/min)下的O2/CO2燃烧特性实验,确定不同升温速率下煤粉的燃烧特性参数及动力学参数.实验结果表明,随着升温速率的增大,煤粉的TG曲线和DTG曲线均向低温区偏移,煤样的着火温度和燃尽温度升高,燃烧时间延长,可燃性指数和综合燃烧特性指数增大,同时,反应动力学参数随升温速率的变化而不同,频率因子呈上升趋势.     

电缆燃烧产烟影响因素的实验研究

利用锥形量热仪和烟密度仪对ZR-VV 4 6、ZR-YJV 4 6、YJV 4 6三种型号电缆的燃烧行为进行了分析,并探讨了电缆在燃烧过程中的产烟特性随燃烧发展的变化规律。实验结果表明,随着热辐射强度的增大,电缆燃烧时的烟气释放速率也随之增大。同时电缆的放置角度、附着基材以及燃烧时的环境氧浓度都对电缆的产烟有不同程度的影响。放置角度对电缆燃烧时的产烟特性影响最大,附着基材和环境氧浓度对电缆燃烧产烟特性的影响相对较小。     

热塑性材料对火反应行为的分析及探讨

探讨了3种热塑性材料EPS、XPS、SEPS的燃烧特性,采用锥形量热仪,分别对材料的点燃时间、热释放速率、质量损失速率、CO产率等燃烧指标进行火灾危险性比较和评价。其中,当热辐射强度为35 kW/m~2时,SEPS的热释放速率峰值为163 kW/m~2,仅为前2种材料的2/3; SEPS平均质量损失速率为0. 029 g/s,仅为EPS的2/3,XPS的1/2; SEPS的生烟速率峰值的出现时间比XPS、EPS相对滞后,且CO产率仅为0. 035 kg/kg,远低于EPS、XPS材料,通过各项指标的对比发现,SEPS材料的火灾性能明显优于XPS、EPS材料。同时,通过分析SEPS的燃烧机理,探讨了SEPS火灾安全性的优势,并发现了其在火灾反应中的缺陷,为保温材料在火灾安全性方面的性能完善提供参考作用,有利于保温体系火灾安全性的提升。     

O2/CO2气氛煤焦的燃烧及其孔隙结构变化

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了不同环境气氛下(O2/N2及O2/CO2气氛)、不同燃尽率的煤焦试样,并采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形貌.结果表明,在相同的操作条件下,相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤焦的燃烧速率较慢、燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小.两种气氛下燃尽过程孔结构参数(SBET和VBJH)均呈减小趋势,且在孔径变化较明显的区域内(<5 nm)在CO2气氛下煤焦的孔径分布较小且与煤种相关.SEM图像显示CO2气氛下的煤焦表面致密,孔隙较少,其定性结果与N2吸附法的定量测量结果吻合较好.     

褐煤O2/CO2燃烧PM 10中重金属分布特性

通过在沉降炉中燃烧实验,研究了O2/CO2气氛下褐煤燃烧时PM10中重金属元素在颗粒物中的分布特性。结果表明,气氛对重金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内。与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度O2/CO2燃烧PM10中的重金属向小粒径颗粒中富集。O2/CO2气氛下,氧浓度较低时重金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献较大。     

低氧气氛下煤粉燃烧特性

为研究煤粉低氮燃烧时CO_2成分在低氧含量气氛下对燃烧的作用,在热重分析仪上进行了煤粉低氧气氛下的燃烧试验。通过模拟真实燃烧反应中的反应气氛,研究了O_2/CO_2混合比例、升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明,在O_2/CO_2混合气氛下,温度为1 000℃以内均存在着燃烧反应和气化反应的竞争关系。CO_2含量高时,CO_2与煤粉的气化反应对煤粉燃烧反应抑制程度逐渐增加。O_2/CO_2比例降低,煤粉的燃尽温度升高幅度明显,煤粉难以燃尽;煤粉的点火温度受CO_2含量影响不大;升温速率由10℃/min升至20℃/min对煤粉可燃性和着火稳定性提升明显,20℃/min升至30℃/min影响不大。     

Experimental study on ignition and combustion characteristics of typical oils

The impact of radiant heat flux on ignition and combustion behavior of typical oils (diesel, lubricating oil, and aviation kerosene) was conducted in a cone calorimeter. A circular steel pan with a diameter of 10 cm was used to contain diesel, lubricating oil, and aviation kerosene without water sublayer. Using the standard oxygen consumption method, we obtained ignition time, heat release rate, mass loss rate, extinction coefficient, CO, and CO₂ yield, and average specific extinction area was calculated from the extinction coefficient. Janssens' method was adopted in this study to deal with ignition time and radiant heat flux under a 0.55 power rule. Results show that the fitting through Janssens' method is good for ignition time of diesel, lubricating oil, and aviation kerosene and radiant heat flux. Moreover, heat release rate, mass loss rate, and CO/CO₂ ratio appear to positively correlate with radiant heat flux, whereas average specific extinction area varies in a certain range. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

氧气浓度对K2CO3催化无烟煤和石墨燃烧的影响

采用综合热分析仪研究不同氧气浓度下K2CO3催化无烟煤和石墨燃烧的特性,考察了氧气浓度对催化燃烧机制的影响. 结果表明,K2CO3提高了燃烧反应和氧气扩散速率,但对燃烧速率的提高幅度大于对氧气扩散速率提高幅度,延长了无烟煤燃烧过程的平台时间. 氧气浓度由21%增加到100%时, K2CO3催化无烟煤着火温度降低幅度由37.7℃增至78.1℃,催化石墨着火温度降低幅度由204.8℃增至233.6℃. 煤燃烧初期K2CO3使燃烧活化能下降,氧气浓度高于40%时,燃烧由扩散向反应控制转变;燃烧后期活化能低于40 kJ/mol,燃烧受扩散控制. 石墨在燃烧初期K2CO3使燃烧活化能下降,但氧气浓度增加并未改变燃烧控制步骤,燃烧受反应控制;燃烧后期氧气浓度由21%增加到100%时, K2CO3催化石墨燃烧活化能由39 kJ/mol增至110 kJ/mol,燃烧由扩散控制向反应控制转变.     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。     

CO2稀释对甲烷高温低氧条件下自燃着火特性影响的数值模拟（英文）

Homogeneous mixtures of CH4/air under moderate or intense low-oxygen dilution(MILD) combustion conditions were numerically studied to clarify the fundamental effects of exhaust gas recirculation(EGR),espe-cially CO2 in EGR gases,on ignition characteristics.Specifically,effects of CO2 addition on autoignition delay time were emphasized at temperature between 1200 K and 1600 K for a wide range of the lean-to-rich equivalence ratio(0.2~2).The results showed that the ignition delay time increased with equivalence ratio or CO2 dilution ratio.Fur-thermore,ignition delay time was seen to be exponentially related with the reciprocal of initial temperature.Special concern was given to the chemical effects of CO2 on the ignition delay time.The enhancement of ignition delay time with CO2 addition can be mainly ascribed to the decrease of H,O and OH radicals.The predictions of tem-perature profiles and mole fractions of CO and CO2 were strongly related to the chemical effects of CO2.A single ignition time correlation was obtained in form of Arrhenius-type for the entire range of conditions as a function of temperature,CH4 mole fraction and O2 mole fraction.This correlation could successfully capture the complex be-haviors of ignition of CH4/air/CO2 mixture.The results can be applied to MILD combustion as "reference time",for example,to predict ignition delay time in turbulent reacting flow.     

超细硼酸锌对LDPE/IFR体系抑烟性能的影响

用锥形量热法研究了超细硼酸锌对膨胀型阻燃低密度聚乙烯(LDPE/IFR)体系燃烧时发烟量和气体(CO、CO2)释放量的影响。结果表明:在超细硼酸锌引入LDPE/IFR体系后,烟产生速率的峰值从0.0427m2/s降低到0.0151m2/s,总烟释放量由1340.95降低为719.6,烟产生速率峰值出现的时间推后,证明了超细硼酸锌具有显著的抑烟作用,同时对LDPE/IFR体系燃烧时产生的CO和CO2也具有显著的抑制作用。     

Fire safety of thermoplastic polyurethane based on pyromellitic dianhydride

In this paper, pyromellitic dianhydride (PMDA) was firstly used as fire safety agent for thermoplastic polyurethane (TPU). And, the fire safety improvement of PMDA in TPU was intensively investigated by limiting oxygen index (LOI), smoke density test (SDT), cone calorimeter test, and thermogravimetric/infrared spectroscopy, respectively. It has been found that PMDA could significantly improve the ignition level, and the LOI value increase to 28.5% when 8.0 wt% PMDA was incorporated into TPU; PMDA also could effectively suppress the smoke production and heat release during the combustion process. The peak heat release rate and total smoke release of the sample with 8.0 wt% PMDA were decreased by 68% and 22% compared with pure TPU in cone calorimeter test. The thermogravimetric/infrared spectroscopy results showed that PMDA could improve the thermal stability of TPU composites at high temperature and increased the release of CO₂, H₂O, and so on. All results confirmed that PMDA would have a good prospect in reducing the fire hazard of TPU.     

生物质三组分在O2/CO2气氛下的着火行为研究

生物质的富氧燃烧技术结合了生物质燃烧与富氧燃烧的优点,既能减少化石燃料的使用,又易实现CO₂捕集。富氧燃烧的最显著特点是气氛中的氧气体积分数大于21%,其对生物质着火行为的影响至关重要。纤维素、半纤维素和木质素是生物质的3种主要组分,研究其在富氧条件下的着火及燃烧行为,可为生物质的着火及燃烧行为研究提供重要依据。利用滴管炉结合高速摄像机,研究了粒径74~154μm的纤维素、半纤维素和木质素在温度1273 K,氧气体积分数21%、30%、50%、70%和100%的O₂/CO₂气氛中的着火行为,并利用辐射能测温技术计算着火图片中的颗粒温度。结果表明,随着O₂体积分数增加,纤维素、半纤维素由联合着火以及木质素由均相着火均转为非均相着火,纤维素、半纤维素、木质素着火机理发生转化的O₂体积分数分别为30%、70%和50%。纤维素着火对O₂体积分数变化敏感,氧气体积分数超过30%时,纤维素焦率先发生着火。半纤维素和木质素的升温速率随氧气体积分数的升高而提高,半纤维素是由于挥发分在燃烧过程中随着氧气体积分数的增加,其燃烧比例减弱,焦燃烧比例增加,而木质素因为氧气体积分数的升高强化了木质素焦燃烧。半纤维素和木质素燃烧时间均随氧气体积分数的升高而缩短,两者都是由于氧气体积分数升高强化了焦的燃烧。另外,在较高氧气体积分数下木质素焦会发生熔融并膨胀,形成明显的膨胀火焰。     

煤粉在富氧气氛下燃烧反应动力学的实验研究

在同步热分析仪上分别对年轻褐煤(小龙潭煤)和烟煤(富源煤)进行了不同O2含量下的O2/CO2燃烧特性实验,确定其燃烧特性参数及动力学参数. 结果表明,随氧气浓度从21%增大到80%(j),小龙潭年轻褐煤和富源烟煤的着火温度分别从591.65和756.15 K降到561.55和722.45 K,燃尽温度分别从898.75和984.95 K降到721.05和872.45 K,燃烧时间缩短,综合燃烧特性指数增大,煤粉的频率因子呈上升趋势,小龙潭年轻褐煤的活化能增大,高温段富源烟煤在氧气浓度达30%(j)及以上时活化能变化趋于平缓,后者的反应活化能和频率因子高于前者. 在不同氧气浓度下,两种煤粉的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应.     

煤粉富氧燃烧着火温度预测的优化随机森林(GA-RF)模型

二氧化碳排放是造成温室效应的主要原因之一,富氧燃烧作为一种有效的碳减排与封存技术具有广泛的研究前景。在燃煤电厂中煤粉富氧燃烧的着火温度是燃烧器设计和运行安全的重要指标,并且与煤粉组成成分、煤粉粒径以及燃烧氛围都有复杂的相关性。因此,对煤粉富氧燃烧着火温度的预测模型研究意义重大。采用滴管炉分别测量了5种煤粉在O2体积分数为30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%富氧条件下的着火温度,分析了氧气体积分数和煤粉的组成成分与着火温度之间的关系。研究发现,随着氧气体积分数分数的增加,5种煤样的着火温度均显著下降,且挥发分越高的煤,下降幅度越大。将45组试验着火温度数据与其他研究者采用同样方法测得的69组着火温度数据组成机器学习样品库,以煤粉的元素分析、工业分析、煤粉粒径及氧气体积分数为输入条件,以着火温度T为目标输出,构建了遗传算法优化的随机森林模型(GA-RF模型),准确预报了煤粉富氧燃烧的着火温度,其预报精度为:R2>0.99,RMSE<16,MAE<8。通过模型参数重要性分析发现,氢组分超过5%后,着火温度出现阶跃式上升,现有煤粉着火数据也证实了该现象。