1、粉塵爆炸的特點
粉塵爆炸就是懸浮物(wù)于空氣中(zhōng)的粉塵顆粒與空氣中(zhōng)的氧氣充分(fēn)接觸，在特定條件下(xià)瞬時完成的氧化反應，反應中(zhōng)放(fàng)出大(dà)量熱量，進而産生(shēng)高溫、高壓的現象。任何粉塵爆炸都必須具備這樣三個條件：點火(huǒ)源；可燃細粉塵；粉塵懸浮于空氣中(zhōng)且達到爆炸濃度極限範圍。
(1)粉塵爆炸要比可燃物(wù)質及可燃氣體(tǐ)複雜(zá)一(yī)般地，可燃粉塵懸浮于空氣中(zhōng)形成在爆炸濃度範圍内的粉塵雲，在點火(huǒ)源作用下(xià)，與點火(huǒ)源接觸的部分(fēn)粉塵首先被點燃并形成一(yī)個小(xiǎo)火(huǒ)球。在這個小(xiǎo)火(huǒ)球燃燒放(fàng)出的熱量作用下(xià)，使得周圍臨近粉塵被加熱、溫度升高、着火(huǒ)燃燒現象産生(shēng)，這樣火(huǒ)球就将迅速擴大(dà)而形成粉塵爆炸。
粉塵爆炸的難易程度和劇烈程度與粉塵的物(wù)理、化學性質以及周圍空氣條件密切相關。一(yī)般地，燃燒熱越大(dà)、顆粒越細，活性越高的粉塵，發生(shēng)爆炸的危險性越大(dà)；輕的懸浮物(wù)可燃物(wù)質的爆炸危險性較大(dà)；空氣中(zhōng)氧氣含量高時，粉塵易被燃點，爆炸也較爲劇烈。由于水分(fēn)具有抑制爆炸的作用，所以粉塵和氣體(tǐ)越幹燥，則發生(shēng)爆炸的危險性越大(dà)。
(2)粉塵爆炸發生(shēng)之後，往往會産生(shēng)二次爆炸這是由于在第一(yī)次爆炸時，有不少粉塵沉積在一(yī)起，其濃度超過了粉塵爆炸的上限濃度值而不能爆炸。但是，當第一(yī)次爆炸形成的沖擊波或氣浪将沉積粉塵重新揚起時，在空中(zhōng)與空氣混合，濃度在粉塵爆炸範圍内，就可能緊接着産生(shēng)二次爆炸。第二次爆炸所造成的災害往往比第一(yī)次爆炸要嚴重得多。
國内某鋁品生(shēng)産廠1963年發生(shēng)的塵爆炸事故的直接原因是排風機葉輪與吸入口端面摩擦起火(huǒ)引起的。風機吸入口處的蝦米彎及褲衩三通氣流不暢，容易積塵。特别是停機時更容易滞留粉塵，一(yī)旦啓動，沉積的粉塵被揚起，很快達到爆炸下(xià)限，引起粉塵爆炸。
(3)粉塵爆炸的機理可燃粉塵在空氣中(zhōng)燃燒時會釋放(fàng)出能量，井産生(shēng)大(dà)量氣體(tǐ)，而釋放(fàng)出能量的快慢(màn)即燃燒速度的大(dà)小(xiǎo)與粉體(tǐ)暴露在空氣中(zhōng)的面積有關。因此，對于同一(yī)種固體(tǐ)物(wù)質的粉體(tǐ)，其粒度越小(xiǎo)，比表面積則越大(dà)，燃燒擴散就越快。如果這種固體(tǐ)的粒度很細。以至可懸浮起來，一(yī)旦有點火(huǒ)源使之引燃，則可在極短的時間内釋放(fàng)出大(dà)量的能量。這些能量來不及散逸到周圍環境中(zhōng)去(qù)，緻使該空間内氣體(tǐ)受到加熱并絕熱膨脹，而另一(yī)方面粉體(tǐ)燃燒時産生(shēng)大(dà)量的氣體(tǐ)，會使體(tǐ)系形成局部高壓，以緻産生(shēng)爆炸及傳播，這就是通常稱作的粉塵爆炸。
(4)粉塵爆炸與燃燒的區别大(dà)塊的固體(tǐ)可燃物(wù)的燃燒是以近于平行層向内部推進，例如煤的燃燒等。這種燃燒能量的釋放(fàng)比較緩慢(màn)。所産生(shēng)的熱量和氣體(tǐ)可以迅速逸散。可燃性粉塵的堆狀燃燒，在通風良好的情況下(xià)形成明火(huǒ)燃燒，而在通風不好的情況下(xià)。可形成無煙或焰的隐燃。
可燃粉塵燃燒時有幾個階段：第一(yī)階段，表面粉也被加熱；第二階段，表面層氣化，溢出揮發分(fēn)；第三階段，揮發分(fēn)發生(shēng)氣相燃燒。
超細粉體(tǐ)發生(shēng)爆炸也是一(yī)個較爲複雜(zá)的過程，由于粉塵雲的尺度一(yī)般較小(xiǎo)，而火(huǒ)焰傳播速度較快，每秒幾百米，因此在粉塵中(zhōng)心發生(shēng)火(huǒ)源點火(huǒ)，在不到0.1s的時間内就可燃遍整個粉塵雲。在此過程中(zhōng)，如果粉塵已燃盡，則會生(shēng)成最高的壓強；若未燃盡，則生(shēng)成較低的壓強。可燃粒子是否能燃完，取決于粒子的尺寸和燃燒深度。
(5)可燃粉塵分(fēn)類粉體(tǐ)按其可燃性可劃分(fēn)爲兩類：一(yī)類爲可燃；一(yī)類爲非可燃。可燃粉體(tǐ)的分(fēn)類方法和标準在不同的國家有所不同。
美國将可燃粉體(tǐ)劃爲Ⅱ級危險品，同時又(yòu)将其中(zhōng)的金屬粉、含碳粉塵、谷物(wù)粉塵列入不同的組。美國制定的分(fēn)類方法是按被測粉體(tǐ)在标準試驗裝置内發生(shēng)粉塵爆炸時所得升壓速度來進行分(fēn)類，并劃分(fēn)爲三個等級。我(wǒ)國目前尚未見到關于可燃粉塵分(fēn)類的現成标準。
2、粉塵濃度和顆粒對爆炸的影響
(1)粉塵濃度可燃粉塵爆炸也存在粉塵濃度的上下(xià)限。該值受點火(huǒ)能量、氧濃度、粉體(tǐ)粒度、粉體(tǐ)品種、水分(fēn)等多種因素的影響。采用簡化公式，可估算出爆炸極限，一(yī)般而言粉塵爆炸下(xià)限濃度爲20～60g/m3，上限介于2～6kg/m3。上限受到多種因素的影響，其值不如下(xià)限易确定，通常也不易達到上限的濃度。所以，下(xià)限值更重要、更有用。
從物(wù)理意義上講，粉塵濃度上下(xià)限值反映了粒子間距離(lí)對粒子燃燒火(huǒ)焰傳播的影響，若粒子間距離(lí)達到使燃燒火(huǒ)焰不能延伸至相鄰粒子時，則燃燒就不能繼續進行(傳播)，爆炸也就不會發生(shēng)；此時粉塵濃度即低于爆炸的下(xià)限濃度值。若粒子間的距離(lí)過小(xiǎo)，粒子間氧不足以提供充分(fēn)燃燒條件，也就不能形成爆炸，此時粒子濃度即高于上限值。
(2)粉體(tǐ)粒度可燃物(wù)粉體(tǐ)顆粒大(dà)于400um時，所形成的粉塵雲不再具有可爆性。但對于超細粉體(tǐ)當其粒度在10um以下(xià)時則具有較大(dà)的危險性。應引起注意的是，有時即使粉體(tǐ)的平均粒度大(dà)于400um，但其中(zhōng)往往也含有較細的粉體(tǐ)，這少部分(fēn)的粉體(tǐ)也具備爆炸性。
雖然粉體(tǐ)的粒度對爆炸性能影響的規律性并不強，但粉體(tǐ)的尺寸越小(xiǎo)，其比表面就越大(dà)，燃燒就越快，壓強升高速度随之呈線性增加。在一(yī)定條件下(xià)最大(dà)壓強變化不大(dà)，因爲這是取決于燃燒時發出的總能量，而與釋放(fàng)能量的速度并無明顯的關系。
3、粉塵爆炸的技術措施
燃燒反應需要有可燃物(wù)質和氧氣，還需要有一(yī)定能量的點火(huǒ)源。對于粉塵爆炸來說應具備三個要素：點火(huǒ)源；可燃細粉塵；粉塵懸浮于空氣中(zhōng)，形成在爆炸濃度範圍内的粉塵雲。這三個要素同時存在才會發生(shēng)爆炸。因此，隻要消除其中(zhōng)一(yī)條件即可防止爆炸的發生(shēng)。在袋式除塵器中(zhōng)常采用以下(xià)技術措施。
(1)防爆的結構設計措施本體(tǐ)結構的特殊設計中(zhōng)，爲防止除塵器内部構件可燃粉塵的積灰，所有梁、分(fēn)隔闆等應設置防塵闆，而防塵闆斜度應小(xiǎo)于70度。灰鬥的溜角大(dà)于70度，爲防止因兩鬥壁間夾角太小(xiǎo)而積灰，兩相鄰側闆應焊上溜料闆，消除粉塵的沉積，考慮到由于操作不正常和粉塵濕度大(dà)時出現灰鬥結露堵寒，設計灰鬥時，在灰鬥壁闆上對高溫除塵器增加蒸汽管保溫或管狀電加熱器。爲防止灰鬥蓬料，每個灰鬥還需設置倉臂振動器或空氣炮。
1台除塵器少則2～3個灰鬥，多則5～8個，在使用時會産生(shēng)風量不均引起的偏斜，各灰鬥内煤粉量不均，H後邊的灰量大(dà)。
爲解決風量不均勻問題在結構可以采取以下(xià)措施：①在風道斜隔闆上加擋風闆，如圖5—168所示。擋闆的尺寸需根據等風量和等風壓原理确定；②再考慮到現場的實際情況的變化，在提升閥杆與閥闆之間采用可調，使出口高h爲變化值，以進一(yī)步修正；③在進風支管設風量調節閥，設備運行後對各箱室風量進行調節。使各箱室風量差别控制在5%以内。
(2)采用防靜電濾袋在除塵器内部，由于高濃度粉塵随在流動過程中(zhōng)互相摩擦，粉塵與濾布也有相互摩擦都能産生(shēng)靜電，靜電的積集會産生(shēng)火(huǒ)花而引起燃燒。對于脈沖清灰方式，濾袋用滌綸針刺氈，爲消除滌綸針刺氈易産生(shēng)靜電不足，濾袋布料中(zhōng)中(zhōng)紡入導電的金屬絲或碳纖維，在安裝濾袋時，濾袋通過鋼骨架和多孔闆相連，經過殼體(tǐ)連入車(chē)間接地網。對于反吹風清灰的濾袋，已開(kāi)發出MP922等多種防靜電産品。使用效果都很好。
(3)設置安全孔(閥)爲将爆炸局限于袋式除塵器内部而不向其他方面擴展，設置安全孔和必不可少的消火(huǒ)設備，實爲重要。設置安全孔的目的不是讓安全孔防止發生(shēng)爆炸，而是用它限制爆炸範圍和減少爆炸次數。大(dà)多數處理爆炸性粉塵的除塵器都是在設置安全孔條件下(xià)進行運轉的。正因爲這樣，安全孔的設計應保證萬一(yī)出現爆炸事故，能切實起到作用；平時要加強對安全孔的維護管理。
破裂闆型安全孔是用普通薄金屬闆制成。因爲袋式除塵器箱體(tǐ)承受不住很大(dà)壓力，所以設計破裂闆的強度時應使該闆在更低的壓力下(xià)即被破壞。有時由于箱體(tǐ)長期受壓使鋁闆産生(shēng)疲勞變形以緻發生(shēng)破裂現象，即使這是正常的也不允許更換高強度的厚闆。
彈簧門型安全孔是通過增減彈簧張力來調節開(kāi)啓的壓力。爲了保證事故時門型孔能切實起到安全作用，必須定期對其進行動作試驗。
安全孔的面積應該按照粉塵爆炸時的最大(dà)壓力、壓力增高的速度以及箱體(tǐ)的耐壓強度之間的關系來确定，但目前尚無确切的資(zī)料。要根據袋式除塵器的形式、結構來确定安全孔面積的大(dà)小(xiǎo)、我(wǒ)們認爲對中(zhōng)小(xiǎo)型除塵器安全孔與除塵器體(tǐ)積之比爲1/10～1/30，對大(dà)中(zhōng)型除塵器其比值爲1/30～1/60較爲合适。遇到困難時，要适當參照其他裝置預留安全防爆孔的實際确定。
①防爆闆防爆闆是由壓力差驅動、非自動關閉的緊急洩壓裝置，主要用于管道或除塵設備，使它們避免因超壓或真空而導緻破壞。與安全閥相比，爆破片具有洩放(fàng)面積大(dà)、動作靈敏、精度高、耐腐蝕和不容易堵塞等優點。爆破片可單獨使用，也可與安全閥組合使用。
防爆闆裝置由爆破片和夾持器兩部分(fēn)組成，夾持器由Q235、16Mn或OCr13等材料制成，其作用是夾緊和保護防爆闆，以保證爆破壓力穩定。防爆闆由鋁、鎳、不鏽鋼或石墨等材料制成，有不同形狀：拱形防爆闆的凹面朝向受壓側，爆破時發生(shēng)拉伸或剪切破壞；反拱形防爆闆的凸面朝向受壓側，爆破時因失穩突然翻轉被刀刃割破或沿縫槽撕裂；平面形防爆闆爆破時也發生(shēng)拉伸或剪切破壞。
除塵器選擇防爆闆的耐壓力應以除塵器工(gōng)作壓力爲依據。因爲除塵器本體(tǐ)耐壓要求8000～18000Pa按設定耐壓要求查資(zī)料确定洩爆閥膜破裂壓力。
②防爆閥設計安全防爆閥設計主要有兩種：一(yī)種是防爆闆；另一(yī)種是重錘式防爆閥。前一(yī)種破裂後需更換新的闆，生(shēng)産要中(zhōng)斷，遇高負壓時，易坯且不易保溫。後一(yī)種較前一(yī)種先進一(yī)些，在關閉狀态靠重錘壓，嚴密性差。上述兩種方法都不宜采用高壓脈沖清灰。爲解決嚴密性問題，在重錘式肪爆閥上可設計防爆安全鎖。其特點是：在關閉時，安全門的鎖合主要是通過此鎖，在遇爆炸時可自動打開(kāi)進行釋放(fàng)，其釋放(fàng)力(安全力)又(yòu)可通過彈簧來調整。爲了使安全門受力均衡，一(yī)般根據安全門面積需設置4～6個鎖不等。爲使防爆門嚴密不漏風可設計成防爆闆與安全鎖的雙重結構。
(4)檢測和消防措施爲防範于未然，在除塵系統上可采取必要的消防措施。
①消防設施。主要有水、CO2和惰性滅火(huǒ)劑。對于水泥廠主要采甩、CO2，而鋼廠可采用氮氣。
②溫度的檢測。爲了解除塵器溫度的變化情況，控制着火(huǒ)點，一(yī)般在除塵器入口處，灰鬥上分(fēn)别裝上若幹溫度計。
③CO的檢測。對于大(dà)型除塵設備因體(tǐ)積較大(dà)，溫度計的裝設是很有限的，有時在溫度計測點較遠處發生(shēng)燃燒現象難于從溫度計上反映出來。可在除塵器出口處裝設一(yī)台CO檢測裝置，以幫助檢測，隻要除塵器内任何地方發生(shēng)燃燒現象，煙氣中(zhōng)的CO便會升高，此時把CO濃度升高的報警與除塵系統控制聯銷，以便及時停止系統除塵器的運行。
(5)設備接地措施防爆除塵器因運行安全需要常常露天布置。甚至露天布置在高大(dà)的鋼結構上，根據設備接地要求，設備接地避雷成爲一(yī)項必不可少的措施，但是除塵器一(yī)般不設避雷針。
除塵器所有連接法蘭間均增設傳導性能較好的導體(tǐ)，導體(tǐ)形式可做成卡片式。也可做成線條式。線條式導體(tǐ)見圖。卡片式導體(tǐ)見圖。無論采用哪一(yī)種形式導體(tǐ)，連接必須牢固，且需表面處埋，有一(yī)定耐腐蝕功能。否則都将影響設備接地避雷效果。
(6)配套部件防爆在除塵器防爆措施中(zhōng)選擇防爆部件是必不可少的。防爆除塵器忌諱運行工(gōng)況中(zhōng)的粉塵竄入電氣負載内誘發誘導産生(shēng)爆炸危險。除塵器運行時電氣負載、元件在電流傳輸接觸時，甚至導通中(zhōng)也難免産生(shēng)電擊火(huǒ)化，放(fàng)電火(huǒ)花誘導超過極限濃度的塵源氣體(tǐ)爆炸也是極易發生(shēng)的事，電氣負載元件必須全部選用防爆型部件，杜絕爆炸誘導因素産生(shēng)。保證設備運行和操作安全。例如，脈沖除塵器的脈沖閥、提升閥用的電磁閥都應當用防爆産品。
(7)防止火(huǒ)星混入措施在處理木屑鍋爐、稻殼鍋爐、鋁再生(shēng)爐和冶煉爐等廢氣的袋式除塵器中(zhōng)，爐子中(zhōng)的已燃粉塵有可能随風管氣流進入箱體(tǐ)，而使堆積在濾布上的粉塵着火(huǒ)，造成事故。
爲防止火(huǒ)星進入袋式除塵器，應采取如下(xià)措施：
①設置預除塵器和冷卻管道。圖爲設有旋風除塵器或惰性除塵器作爲預除塵器，以捕集粗粒粉塵和火(huǒ)星。用這種方法太細的微粒火(huǒ)星不易捕集，多數情況下(xià)微粒粉塵在進入除塵器之前能夠燃盡。在預除塵器之後設置冷卻管道，并控制管内流速，使之盡量低。這是一(yī)種比較可靠的技術措施，它可使氣體(tǐ)在管内有充分(fēn)的停留時間。
②玲卻噴霧塔。預先直接用水噴霧的氣體(tǐ)冷卻法。爲保證袋式除塵器内的含塵氣體(tǐ)安全防火(huǒ)，冷卻用水量是控制供給的。大(dà)部分(fēn)燃燒着的粉塵一(yī)經與微細水滴接觸即可冷卻，但是水滴卻易氣化，爲使尚未與水滴接觸的燃燒粉塵能夠冷卻，應有必要的空間和停留時間。
在特殊情況下(xià)，采用噴霧塔、冷卻管和預除塵器等聯合并用，比較徹底地防止火(huǒ)星混入。
③火(huǒ)星捕集裝置見圖。在管道上安裝火(huǒ)星捕集裝置是一(yī)種簡便可行的方法。還有的在火(huǒ)星通過捕集器的瞬間，可使其發出電氣信号，進行報警。同時，停止操作或改變氣體(tǐ)回路等。
火(huǒ)星捕集器設計要求如下(xià)：
a、火(huǒ)花捕集器用于高溫煙氣中(zhōng)的火(huǒ)花顆粒捕集時，設備主體(tǐ)材料一(yī)般采用15Mo3或16Mo，對粱、柱和平台梯子等則采用Q235，火(huǒ)花捕集器作爲煙氣預分(fēn)離(lí)器時除旋轉葉片一(yī)般采用15Mn外(wài)，其他材料可采用Q235；
b、設備進出口速度一(yī)般在18～25m/s之間；
c、考慮粉塵的分(fēn)離(lí)效果。葉片應一(yī)定的耐磨措施和恰當的旋轉角度；
d、設備結構設計要考慮到高溫引起的設備變形。
(8)控制入口粉塵濃度和加入不燃性粉料袋式除塵器在運轉過程中(zhōng)，其内部濃度分(fēn)布不可避免地會使某部位處于爆炸界限之内，爲了提高安全性，避開(kāi)管道内的粉塵爆炸上下(xià)限之間的濃度。例如，對于氣力輸送和粉碎分(fēn)級等粉塵收集工(gōng)作中(zhōng)，從設計時就要注意到，使之在超過上限的高濃度下(xià)進行運轉；在局部收集等情況下(xià)，則要在管路中(zhōng)保持粉塵濃度在下(xià)限以下(xià)的低濃度。
利用稀釋法防止火(huǒ)災的一(yī)例。在收集爆炸性粉塵時，由于設置了吸塵罩，用空氣稀釋了粉塵，在管道中(zhōng)濃度遠遠低于爆炸下(xià)限。從系統中(zhōng)間向管道内連續提供不燃性粉料，如黏土、膨潤土等，在除塵器内部對爆炸性粉塵加以稀釋，以便防止發生(shēng)爆炸和火(huǒ)災的危險。
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