粉体颗粒燃烧和爆炸预防培训.ppt

微细粉粒的燃烧和粉尘爆炸授课人 2014年8月 4 7微细粉粒的燃烧和粉尘爆炸 一 粉尘的基本知识二 粉尘爆炸的条件三 粉尘爆炸机理四 粉尘爆炸特点五 粉尘爆炸参数的实验测试六 粉尘爆炸的预防七 粉尘爆炸的防护 参考资料 1 气体和粉尘的爆炸原理 赵衡阳编 北京理工大学出版社 1996年2月 2 粉尘加工技术 卢寿慈 中国轻工业出版社 1999年4月 第十四章 粉尘爆炸案例 按年代统计 年份粉尘爆炸占爆炸案件的比例60 699 37 70 793 13 80 8987 50 粉尘爆炸案例 按行业统计行业爆炸次数比例 谷物64 7纺织17 65煤炭11 77冶金2 94有色2 94 粉尘爆炸案例 日本 1952 1979年 209起 死伤人数546人 美国 1970 1980年 100起 死伤人数25人 年损失2000万美元 不包括粮食 美国 1958 1978年 粮食粉尘爆炸250起 死伤人数164人 我国 1987 3 15 哈尔滨亚麻厂粉尘爆炸 死伤人数230人 损失上千万元 粉尘的基本知识 粉尘 粉碎到一定细度的固体粒子集合体 称为粉尘2 分类 按状态分类 粉尘层 堆积在物质表面上静止状态的粉尘 粉尘云 悬浮在空间的运动状态的粉尘 按燃烧特性分类 可燃粉尘 例如有机物 金属粉等不可燃粉尘 又叫惰性粉尘 粉尘的基本知识 3 粉尘粒度小于425微米 40 筛 以下的颗粒 称为粉尘 煤矿中 定为小于850微米 20 筛 以下的颗粒 大于75微米的颗粒 不发生剧烈燃烧 称为粉末 小于75微米的颗粒 称为粉尘 可燃粒度范围 0 5 15微米 小于1微米时 可以看作气体处理 粉尘的基本知识 燃烧 一般将产生热和光的化学反应定义为燃烧 广义而言 剧烈的氧化现象称为燃烧 经常也把不发生光和热 但生成氧化物的反应叫燃烧 例如铁生锈 但是 与爆炸关联的燃烧限定为产生火焰或着火的激烈反应 燃点 物质要发生这样的燃烧必须有加热源 或称点火源 将其加热至着火温度 这一温度称为燃点 可燃性物质一旦着火 开始燃烧 即使停止加热或去掉加热源 只要补充足够的氧气仍能继续燃烧 该点温度即为燃点 木材的燃点为225 木炭为360 煤为330 焦炭为700 粉尘爆炸 可燃性物质细粉在空气中扩散浮游形成尘云 粉末和空气混合的分散系 起火后迅速燃烧的现象 粉尘爆炸条件 1 一定浓度的粉尘云2 点火源3 密闭空间 一定浓度的粉尘云 粉尘云浓度 单位体积中所含粉尘粒子的质量 g m3或mg L 爆炸范围 粉尘云的下限浓度为50g m3 上限浓度为5000g m3 一次爆炸 在上述浓度下 一旦有火源存在 就会发生爆炸 二次爆炸 一次爆炸的气浪或冲击波卷起设备以外的积尘 使环境中达到可爆浓度 又引起二次爆炸 扩大了爆炸范围 粉尘爆炸实例 浓度为40g m3的煤的粉尘云 50 m 采用25W的灯泡照射 在 米之内不透光 此时遇火源即可发生爆炸 但在一般环境中 都达不到此种浓度 只是在磨机 混合机 气流输送机等中 才有可能 粉尘爆炸实例 几种类型的粉尘云粉尘云浓度 g m3 含义7 10 5 10 4乡村和郊区空气2 10 4 7 10 3城市工业区空气8 10 3 3 10 2雾2 10 2 0 3矿山空气0 4 0 7粉尘风暴50 5000粉尘的爆炸浓度 粉尘爆炸条件 点火源 粉尘云的最小点火能量为5 50mJ比气体爆炸的最小点火能量大一二个数量级点火源的种类 明火 焊接 切割 烟火自燃 氧化自燃火花 电火花 静电火花 摩擦冲击火花其它 一些典型的电火花能及典型场合 电火花能量 J 典型场合0 13 10 3典型可燃蒸气的最小点火能5 10 3典型粉尘云的最小点火能7 10 3起爆药迭氧化铅的点火能10 10 3典型推进剂粉尘的最小点火能 5 18 10 3人体产生的静电火花能量0 25对人体产生电击7 2人体心脏电击阀值11 03炸药点火能5 109雷电 粉尘爆炸条件 密闭空间 一定范围内的氧浓度和氧含量是一个相对概念例如 一种相对密闭的空间 设备或厂房 粉尘燃烧爆炸后 其快速膨胀不能得到迅速扩散和缓解 粉尘爆炸条件 实例1 5米见方的房间 体积为125m3 如果地面有1mm厚度的粉尘云 其堆积密度为500g m3 0 5g L 则粉尘总量为12 5kg 当将其全部扬起而分布在整个室内时 室内粉尘云浓度为C 12 5kg 125m3 100g m31mm厚度的粉尘云 可以使室内达到可爆炸的浓度 粉尘爆炸条件 实例2 直径为D的管道 内壁粉尘层为hmm 堆积密度为 b 扬起后的浓度为C 如果D 0 2m h 0 1mm b 500kg m3则达到可爆浓度 粉尘爆炸机理 粉体表面被加热 从点火源获得能量 表面温度升高 表面层气化 分解 温度达到粉尘粒子的分解和蒸发时 形成粉末蒸气 分解气体 气体燃烧 与空气混合 发生燃烧 成为新的点火源 扩大爆炸范围 粉尘爆炸机理 A 未反应部分 此处温度不上升 粉体内部无明显变化 B 发泡带 最初外形无变化 但随着粉体内部温度上升 开始产生分解并放出挥发性成分 粉体起泡 C 流动带 挥发性成分从粉体表面迅速流向空气中 同时温度上升 挥发性成分浓度增高 但还未发生燃烧 D 反应带 挥发性成分流速下降 且以适当比例和空气混合产生燃烧反应 但还不发光 E 火焰带 燃烧反应加剧 发出旺盛火焰 亮光闪耀 粉尘爆炸特点 和气体爆炸相比 燃烧速度和爆炸压力上升慢 但时间长 能量大 破坏和焚烧程度大 爆炸时 有燃烧粒子飞出 会引起局部严重碳化或烧伤 伴随二次爆炸 破坏严重 容易发生CO中毒 粉尘爆炸和气体爆炸的比较 粉尘爆炸和气体爆炸比较 粉尘爆炸特点 相对可燃性 粉尘燃烧的可能性一般用相对可燃性表示 在可燃性粉体中加入不燃烧无活性的粉体分散为尘云后 用标准点火源点火 使火焰停止传递所需要的无活性粉体的最低加入量 即为相对可燃性 见书中表4 21爆炸界限 能够维持燃烧的浓度范围称为爆炸界限 粉尘下限爆炸浓度 最小着火能见表4 22 爆炸压力 表征燃烧的结果 用最易爆炸时的浓度所对应的压力表示最大爆炸压力 压力上升速率取决于场所的封闭状况 在某一浓度范围内 压力随浓度的增大而增高 如图4 59所示 1 薄片状铝粉对最大爆炸压力的影响 2 喷雾状铝粉对最大爆炸压力的影响 3 薄片状铝粉对最大爆炸压力上升率的影响 4 喷雾状铝粉对最大爆炸压力上升率的影响 图4 59铝粉浓度对爆炸压力的影响 粉尘爆炸特点 2020 3 16 25 可编辑 粉尘爆炸特点 1 最小着火能 2 下限爆炸浓度 3 最大爆炸压力 4 最大爆炸压力上升率 图4 60雾状铝粉粒度对爆炸特性的影响 爆炸特性的表征 a着火敏感度着火敏感度 着火温度 最小着火能 下限爆炸浓度b爆炸敏感度爆炸敏感度 最大爆炸压力 最大爆炸压力上升率c爆炸指数爆炸指数 着火敏感度 爆炸敏感度 粉尘爆炸参数的实验测试 1 点火温度测试 在Godbert Greenwald炉中测试 2 点火能量 用已知能量的电容器发电来测定最小点火能量 3 最低爆炸浓度 粉尘爆炸下限 4 爆炸压力和压力上升速度 粉尘爆炸预防 预防 尽量减少爆炸发生 措施 1 惰化 2 降低可燃物的浓度 3 防止点火源产生 4 工艺设备的防爆要求 5 对建筑物和构件的要求 粉尘爆炸预防 惰化 控制氧浓度 使其下降到极限氧浓度以下 惰化措施 用N2 CO2 卤代烃等抑制剂取代空气中的氧 对可燃物和空气的混合物进行惰化 当氧含量下降一半左右时 可以防止粉尘爆炸的发生 当组成为10 O2和90 N2时 可燃粉尘不具有爆炸性 惰性粉尘种类 水 适当量 化学抑制剂 氟利昂等可以终止燃烧过程的反应链 粉状灭火剂 包围氧化剂 终止反应 例如 钠 钾的碳酸盐和重碳酸盐 磷酸 硫酸 硼酸和草酸的铵盐等 粉尘爆炸预防 降低可燃物浓度 浓度不在爆炸浓度范围内 可以防止粉尘爆炸 浓度小于下限浓度 措施 通风 除尘 防止粉尘积累 负压操作 真空吸尘等 浓度大于上限浓度 不现实 因为略微稀释 就能够达到可燃浓度 粉尘爆炸预防 防止点火源产生 没有点火源 就没有初始能量 就不会发生爆炸 8种点火源 电火花 加热装置 继电器接点处 电弧等 静电火花 静电积蓄后放电 高温表面 热辐射 冲击和摩擦 外来杂物 明火 自然着火 粉尘爆炸预防 工艺设备的防爆要求 布置上合理 容易清洗 密封性好 防止粉尘泄漏 强度大 粉尘爆炸预防 对建筑物和构件的要求 紧凑方便 清除死角 分离式建筑 减少中间接头和通道 除尘器置于室外 粉尘爆炸的防护 防护 一旦发生爆炸 怎样控制来减小危害 1 泄爆 广义上讲 在爆炸初期阶段或爆炸扩展时 采取使本来密闭的装置暂时地或持久地往无危险方向敞开的一切措施 2 泄压面积的确定 3 爆炸遏制 4 防止爆炸的传播 粉尘爆炸的防护 塑料 药品 橡胶 金属 食品以及化学工业等粉碎作业 爆炸的可能性大 在这种场合 必须将压力或温度传感器设置在粉碎机 旋风筒 袋式除尘器 贮仓等设备上 如图 4 8粉体加工与环境保护 国家采暖通风与空气调节术语标准 GB50155 92 中将粉尘定义为 由自然力或机械力产生的 能够悬浮于空气中的固体微小颗粒 国际上将粒径小于75 m的固体悬浮物定义为粉尘 在通风除尘技术中 一般将1 200 m乃至更大粒径的固体悬浮物均视为粉尘 粉体加工过程中会产生大量粉尘 粉尘扩散到环境空气中则造成环境污染 因此粉体加工过程中必须重视环境保护 4 8 1粉尘危害 粉尘危害人体健康 粉尘的化学组成及粉尘的粒径分布对人体健康有重要的影响 而粉尘的密度 溶解度 荷电性以及放射性等也与粉尘对人体健康的危害程度密切相关 粉尘的化学成分直接影响着对人体的危害程度 其中粉尘中含游离二氧化硅危害更大 长期大量吸入含结晶型游离二氧化硅的粉尘可引起硅肺病 据估算 进入肺腔的粉尘粒度为0 01 0 1 m 其中大部分能被呼出 约10 50 将沉积下来 由于生产性粉尘的种类和性质不同 因而对机体引起的危害也不同 一般常引起的疾病有 4 8 1粉尘危害 1 呼吸系统疾病 尘肺是指由于吸人较高浓度或长时间吸入的生产性粉尘而引起的肺组织弥漫性纤维化病变 如硅肺 石棉肺 水泥尘肺 金属肺等等 长期吸人游离二氧化硅含量较低的木尘 聚氯乙烯尘 蚕丝尘等也可引起尘肺 2 其他系统的疾病 接触生产性粉尘除可引起上述呼吸系统的疾病外 还可引起眼睛及皮肤的病变 如在阳光下接触煤焦油沥青粉尘时可引起眼睑水肿和结膜炎 粉尘落在皮肤上可堵塞皮脂腺而引起皮肤干燥 继发成毛囊炎 脓皮病等 有些矿物性粉尘 如玻璃纤维和矿渣棉粉尘 长期作用于皮肤可引起皮炎 也有一些腐蚀性和刺激性的粉尘 如铬 砷 石灰等粉尘 作用于皮肤可引起某些皮肤病变和溃疡性皮炎 4 8 1粉尘危害 粉尘磨损机器设备 含尘气流在运动时与壁面冲撞 产生切削和摩擦 引起磨损 在除尘系统中 中高速的气流强烈地冲刷着除尘器的内壁 使壳体磨损 在一些现代产品 如微型计算机 电子仪器 光学仪器 微型电机 微型轴承中都特别重视微细粉尘的沾污和磨损 粉尘影响产品质量 粉尘污染不仅影响产品的外观 还能造成产品质量的下降 例如石膏粉产品在生产过程中被烘炉黑烟污染 不仅外观受影响 质量也要下降 粉尘会造成经济损失 粉尘的飞扬还会影响工厂周围农作物的生长 造成农作物减产 4 8 2粉尘排放限值 我国于1979年颁布了 中华人民共和国环境保护法 环保法中规定 要采取各种预防性手段和措施 防止环境问题的产生或限制在最小的程度 尽量在生产的过程中解决环境问题 而不是等环境污染和资源破坏产生以后再去想办法治理 凡从事对环境有影响的建设项目 都必须执行环境影响报告书的审批制度 建设项目的环境影响报告书应当在可行性研究阶段完成 对环境有影响的一切基本建设项目 技术改造项目和区域开发建设项目 其中防治污染和生态破坏的设施 必须与主体工程同时设计 同时施工 同时投产使用 国家标准对粉体加工过程中粉尘的排放情况有明确的要求 表4 26 表4 27分别是水泥企业粉碎设备大气污染物排放限值和污染源大气污染物 部分 的排放限值 4 8 3除尘器选型要点 处理气体的流量对流量大的应选用大规格除尘器 如果将多台小规格的除尘器并联使用 不仅气流难以均匀分布而且也不经济 对流量小的 应尽可能选择容易使排放浓度达标而又经济的除尘器 粉尘的分散度和密度如果一般粉尘密度较大 而且粒径 10 m 除尘效率要求也不很高 就可选用沉降室 惯性除尘器或旋风除尘器 相反粒径 几 m或真密度和堆积密度之比 10的粉尘 应选用高效的电除尘器或袋除尘器 气体的含尘浓度就沉降室 惯性收尘器和旋风除尘器而言 一般进口含尘浓度越大 除尘效率就越高但是相应出口含尘浓度也高 所以这三种除尘器达不到现在国家规定的粉尘浓度排放标准 只能用于除尘系统的预除尘装置 就袋式除尘器而言 进口含尘浓度低 清灰周期长 对滤袋的使用寿命有利 就电收尘器而言 以往限制进口含尘浓度不能 50g m3 标 否则会产生电晕封闭 粉尘的黏附性黏附性与粉尘的比表面积和湿含量密切相关 即粉尘的比表面积越大和湿含量越高 黏附性就越强 粉尘的比电阻粉尘的比电阻是选用电除尘器要考虑的最主要因素 应控制在104 1011 cm的范围内 气体的温度在干式除尘器中 处理气体的温度应高于露点温度20 30 袋除尘器内的温度应小于滤料的允许使用温度 电除尘器内的气体温度应 350 除尘器的富裕量在确定除尘器的能力时 应留有一定的富裕量 以预留以后可能增设除尘的空间 4 8 4除尘系统设计原则 1 在新建 扩建和改建的工厂时 各生产系统的所有扬尘点都应采取除尘防尘的措施 保证设备排出的废气能够达到国家标准的规定 2 除尘防尘措施必须与主体工程同时设计 同时施工 同时投产 3 应实行预防为主 防治结合的方针 要选择合理的工艺流程 减少生产环节 降低物料落差 加强设备 管道和料仓的密闭 减少漏风 4 掌握各尘源气体的含尘浓度 气体量 气体温度 粉尘粒度与性质等资料 结合除尘设备性能 选择适当的除尘系统和除尘设备 电除尘器的一次投资较袋除