低碳化学品火焰红外光谱辐射特性研究

摘要

低碳化学品火灾事故风险高、危害极大,探究低碳化学品火焰光谱特性对探测识别该类火灾危害污染意义重大,但目前国内外对大型低碳化学品火灾事故产生有毒、有害的硫化物(SO_(X))和氮化物(NO_(X))气体等相关研究较少。通过搭建1.2~12μm红外波段火焰光谱测试实验平台,对二硫化碳、92#汽油和酒精进行5,14和20 cm三种不同燃烧尺度火焰光谱测试,探究火焰燃烧尺度对高温火焰分子辐射光谱的影响。随着燃烧尺度的增大,火焰辐射强度增强和特征波段出现增宽现象。分析5 cm燃烧尺度下四种典型化学品中液化天然气(LNG)、丙烯腈、乙腈和95#汽油不同的火焰光谱特征。通过用傅里叶变换红外光谱仪测量高温黑体炉的不同温度,对火焰光谱信号进行辐射定标,得出准确的辐射定标系数,从而得到高温火焰分子发射的辐射亮度值。并且与HITRAN数据库模拟大气压1 atm、温度1300 K单一的SO_(2),H_(2)O,CO_(2)和NO_(2)分子辐射光谱进行对比分析。其中高温火焰分子光谱主要有7.3~7.6,8.7和4.0μm SO_(2)波段、1.8~2.1和6.4μm H_(2)O波段和4.2~4.6μm CO_(2)波段,以及2.5~2.9μm H_(2)O和CO_(2)共同波段。高温NO_(2)气体未达到红外光谱仪的检测限,通过HITRAN数据库模拟可知6.0~6.4,3.4和2.4μm NO_(2)波段。为了进一步区分各种化学品火焰光谱,对定标后的火焰光谱信号进行归一化处理,用db2小波基函数进行6层分解得到高频部分近似系数和低频部分的细节系数,通过对比不同化学品高温火焰光谱的近似和细节系数的差异。结果表明,二硫化碳火焰光谱特征和小波分析的化学品火焰光谱特征,可作为区分低碳化学品与油料重要依据,并为后续遥感探测低碳化学品特征污染物、组分浓度反演以及识别评估其污染危害奠定重要基础。