??? 世界上第一次有記載的粉塵爆炸發(fā)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(fā)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(xiàn)代工業(yè)的發(fā)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(yè)部門,常見可爆粉塵材料包括:農(nóng)林( 糧食、飼料、食品、農(nóng)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(nèi)( 通道、地溝、廠房、倉庫等) 和設備內(nèi)( 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(xiàn)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(shù)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(shù)量級, 大多數(shù)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(tài),即粉塵云狀態(tài)。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(fā)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?yōu)闅怏w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(fā)火產(chǎn)生火焰;
??? (4) 火焰產(chǎn)生熱能,加速粉塵分解,循環(huán)往復放出氣相的可燃性物質與空氣混合,進一步發(fā)火傳播.

??? 因此,粉塵爆炸時的氧化反應主要是在氣相內(nèi)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(huán)節(jié)。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(shù)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(chǎn)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(shù)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(jù)及定義密切相關。粉塵爆炸參數(shù),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(shù)對工業(yè)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(fā)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(shù)據(jù),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(fā)火溫度。另外人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),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(xiàn)在以揮發(fā)含量為基礎的化學計算濃度附近。