??? 世界上第一次有記載的粉塵爆炸發生在1785 年意大利的一個面粉廠,此后200 多年里,粉塵爆炸事故不斷發生,雖然各國在這方面進行了大量的研究,但粉塵爆炸是一個非常復雜的過程,受很多物理因素的影響,其爆炸機理至今尚不十分清楚。
??? 隨著現代工業的發展,粉體技術應用越來越廣泛,其爆炸危險性幾乎涉及到所有的工業部門,常見可爆粉塵材料包括:農林( 糧食、飼料、食品、農藥、肥料、木材、糖、咖啡等) 、礦冶( 煤炭、鋼鐵、金屬、硫磺等) 、紡織( 塑料、紙張、橡膠、染料、藥物等) 、化工( 多種化合物粉體) 。常見粉塵爆炸場所有:室內( 通道、地溝、廠房、倉庫等) 和設備內( 集塵器、除塵器、混合機、輸送機、篩選機、料斗、高爐、打包機等) 。因此研究粉塵爆炸性質和機理對預防和控制爆炸事故具有重要的現實意義。
??? 1 可燃粉塵爆炸的條件
??? 粉塵爆炸的條件歸結起來有以下5 個方面的因素:
??? 其一,要有一定的粉塵濃度。粉塵爆炸所采用的化學計量濃度單位與氣體爆炸不同,氣體爆炸采用體積百分數表示,而粉塵濃度采用單位體積所含粉塵粒子的質量來表示,單位是g/m3 或mg/L,如濃度太低,粉塵粒子間距過大,火焰難以傳播。
??? 其二,要有一定的氧含量。( 含能粉塵除外) 一定的氧含量是粉塵得以燃燒的基礎。
??? 其三,要有足夠的點火源。粉塵爆炸所需的最小點火能量比氣體爆炸大1～2 個數量級, 大多數粉塵云最小點火能量在5 mJ～50 mJ 量級范圍。
??? 其四,粉塵必須處于懸浮狀態,即粉塵云狀態。這樣可以增加氣固接觸面積,加快反應速度。
??? 其五,粉塵云要處在相對封閉的空間,壓力和溫度才能急劇升高,繼而發生爆炸。
??? 2 可燃粉塵爆炸機理研究
??? (1) 供給粒子表面以熱能,使其溫度上升;
??? (2) 粒子表面的分子由于熱分解或干餾作用,變為氣體分布在粒子周圍;
??? (3) 氣體與空氣混合生成爆炸性混合氣體,進而發火產生火焰;
??? (4) 火焰產生熱能,加速粉塵分解,循環往復放出氣相的可燃性物質與空氣混合,進一步發火傳播.
??? 因此,粉塵爆炸時的氧化反應主要是在氣相內進行的,實質上是氣體爆炸,并且氧化放熱速率要受到質量傳遞的制約,即顆粒表面氧化物氣體要向外界擴散,外界氧也要向顆粒表面擴散,這個速度比顆粒表面氧化速度小得多,就形成控制環節。所以,實際氧化反應放熱消耗顆粒的速率,最大等于傳質速率。
??? 3 可燃粉塵爆炸參數研究
??? 幾乎所有懸浮在空氣中的金屬或有機物的粉塵都能維持火焰的傳播。熾熱燃燒產物的比容增加,會導致約束體系增壓,繼而引起爆炸。爆炸的猛烈度取決于測得的最大壓力和壓力上升速率。粉塵爆炸參數的實驗測定都是在一定的條件下進行的,往往與儀器設備、試驗條件、判據及定義密切相關。粉塵爆炸參數,如點火溫度、爆炸極限、最小點火能、爆炸壓力和壓力上升速度等都不是物質的基本性質,均與外界條件有關。因此,文獻中的爆炸參數對工業實際只具有指導作用。
??? (1) 點火溫度。云狀與層狀粉塵的點火溫度有很大不同,一般都是在Godbert-Greenwald 爐中測定的,通常認為粉塵云的發火溫度為粉塵層的兩倍左右。但隨著層厚的不同,溫度差值也很大,作為資料的數據,通常以5 mm 厚度為標準。碳化升華的物質,則應采用云狀的發火溫度。另外人們已經發現,煤粉的層流火焰燃燒速度為5～35,最大的火焰燃燒速度出現在以揮發含量為基礎的化學計算濃度附近。
