??? 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(gè)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(jìn)行了大量的研究,但粉塵爆炸是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,受很多物理因素的影響,其爆炸機(jī)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(shù)應(yīng)用越來越廣泛,其爆炸危險(xiǎn)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(shè)備內(nèi)( 集塵器、除塵器、混合機(jī)、輸送機(jī)、篩選機(jī)、料斗、高爐、打包機(jī)等) 。因此研究粉塵爆炸性質(zhì)和機(jī)理對預(yù)防和控制爆炸事故具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

??? 1 可燃粉塵爆炸的條件

??? 粉塵爆炸的條件歸結(jié)起來有以下5 個(gè)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(xué)計(jì)量濃度單位與氣體爆炸不同,氣體爆炸采用體積百分?jǐn)?shù)表示,而粉塵濃度采用單位體積所含粉塵粒子的質(zhì)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(chǔ)。
??? 其三,要有足夠的點(diǎn)火源。粉塵爆炸所需的最小點(diǎn)火能量比氣體爆炸大1～2 個(gè)數(shù)量級, 大多數(shù)粉塵云最小點(diǎn)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(yīng)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(jī)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(jìn)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(fù)放出氣相的可燃性物質(zhì)與空氣混合,進(jìn)一步發(fā)火傳播.

??? 因此,粉塵爆炸時(shí)的氧化反應(yīng)主要是在氣相內(nèi)進(jìn)行的,實(shí)質(zhì)上是氣體爆炸,并且氧化放熱速率要受到質(zhì)量傳遞的制約,即顆粒表面氧化物氣體要向外界擴(kuò)散,外界氧也要向顆粒表面擴(kuò)散,這個(gè)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(shí)際氧化反應(yīng)放熱消耗顆粒的速率,最大等于傳質(zhì)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(jī)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)測定都是在一定的條件下進(jìn)行的,往往與儀器設(shè)備、試驗(yàn)條件、判據(jù)及定義密切相關(guān)。粉塵爆炸參數(shù),如點(diǎn)火溫度、爆炸極限、最小點(diǎn)火能、爆炸壓力和壓力上升速度等都不是物質(zhì)的基本性質(zhì),均與外界條件有關(guān)。因此,文獻(xiàn)中的爆炸參數(shù)對工業(yè)實(shí)際只具有指導(dǎo)作用。

??? (1) 點(diǎn)火溫度。云狀與層狀粉塵的點(diǎn)火溫度有很大不同,一般都是在Godbert-Greenwald 爐中測定的,通常認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)。碳化升華的物質(zhì),則應(yīng)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(chǔ)的化學(xué)計(jì)算濃度附近。