第 6 章 2 固体可燃物的阴燃及粉尘爆炸

1《燃烧学》--第六章26.4固体可燃物的阴燃概述定义：固体物质无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟和伴有温度升高阴燃与有焰燃烧的区别：是无火焰阴燃与无焰燃烧的区别：能热分解出可燃气。在一定条件下，阴燃可以转变为有焰燃烧。阴燃的发生条件阴燃能否发生，取决于固体材料自身的理化性质及其所处的外部环境。固体材料的理化性质：受热分解后能产生刚性结构的多孔炭，从而具备多孔蓄热并使燃烧持续下去的条件如：纸张、锯末、纤维织物、纤维板、胶乳橡胶及其某些多孔热固性塑料3外部环境：空气不流通o如固体堆垛内部的阴燃，处于密封性较好的室内的固体阴燃。一个供热强度适宜的热源o供热强度过小，固体无法着火；供热强度过大，固体将发生有焰燃烧。o引起阴燃的热源包括：»1.自燃热源»2.阴燃本身成为热源。如香烟的阴燃引起地毯引燃»3.有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃4阴燃的传播纤维素棒沿水平方向阴燃示意图传播方向烟灼热炭原始纤维素（Ⅰ区）纤维素变色区黑色炭（Ⅱ区）残余区/炭（Ⅲ区）5热解区I温度急剧上升，并且从原材料中将挥发出大量的烟，阴燃产生的烟与有焰燃烧产生的烟不大相同，其具有较强的可燃性。碳化区II该区域内碳发生氧化放热，温度上升至最大值，放出的热量一部分进入原始材料，使其温度上升并分解。残余灰/炭区III该区域内不再发生灼热的燃烧，温度缓慢下降。阴燃的传播是连续的，各区域间的划分并无明显的界限，其间存在逐渐变化的过渡阶段，阴燃能否传播及传播速度快慢主要取决于区域II的稳定及其向前的热传递情况。6阴燃的影响因素固体材料的性质及尺寸质地松软、细微、杂志少的材料阴燃性能好，主要由于该类材料保温、隔热性能好，热量不容易散失，如棉花的阴燃等。外加空气流速度空气流动促进了氧气向阴燃区的传输，还增加了区域II向区域I传递的热量，特别是对于粗大粒径的粉尘，这种影响的效果更明显，当然如果空气流速过大，阴燃就会转变为有焰燃烧。阴燃的传播方向相同环境下，向上传播的阴燃速度最快，水平传播的次之，向下传播速度最慢。7双元材料体系的阴燃有些高聚物泡沫在单独存在时难以自燃，但如果其与其它丝织物材料组成双元材料体系时，就可以发生阴燃，其说明某些易阴燃的材料对一些难阴燃材料的阴燃起着决定性的作用。固体材料的阴燃还受其中一些杂质含量的影响，另外，固体中的水分含量对其阴燃的发生起到一定的限制作用。8图6-41织物—泡沫体系阴燃的相互作用示意图黄烟灰/炭白烟阴燃炭室内装潢布黄烟Ⅱ区阴燃泡沫材料9阴燃向有焰燃烧的转变（—）阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧（二）加热温度提高，阴燃转变为有焰燃烧（三）密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧（甚至轰燃）轰燃（回燃、回火，Backdraft)o发生原因o危害o预防10轰燃发生过程示意图11轰燃模拟试验1213141516产生轰燃（回火）的室内火灾发展示意图176.6粉尘爆炸粉尘爆炸事故：哈尔滨亚麻厂纤维粉尘爆炸煤矿煤尘爆炸面粉厂面粉爆炸以及奶粉、橡胶粉、金属粉末粉尘爆炸过程可热分解的可燃粉尘木炭、金属等粉尘18粉尘爆炸的条件：粉尘本身必须是可燃的可燃粉尘包括：有机粉尘和无机粉尘两大类。粉尘以一定的浓度悬浮于空气中悬浮的粉尘浓度只有处于一定的浓度范围内才能爆炸。存在足够的引起粉尘爆炸的火源粉尘燃烧需要首先加热分解、放出可燃性气体，因此粉尘的爆炸需要较多的点火能量。19粉尘爆炸的过程（对可释放可燃气体的粉尘而言）一、接收火源能量的粉尘粒子表面温度迅速升高，发生分解并释放出可燃气体；二、可燃气体与空气混合物遇火源发生有焰燃烧，且该局部的燃烧热以辐射、对流等形式使火焰传播、扩散下去；三、火焰传播过程中热量使得越来越多的粒子发生分解，释放大量的可燃气体并发生燃烧，如此循环，最终导致爆炸。20粉尘爆炸的过程（对不释放可燃气体的粉尘如金属粉尘）该类粉尘在接收火源的热量后直接与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应并着火，产生的反应热使得火焰传播，在传播过程中，炽热的粉尘或其氧化物加热周围的粉尘及空气，使得高温空气迅速膨胀，从而导致粉尘爆炸。21粉尘爆炸的特点：（与气体爆炸相比）点火能大感应期长，可达数十秒爆炸压力和升压速度小于气体爆炸“二次爆炸”初次爆炸的冲击波有扬尘作用离爆炸点越远，破坏越严重烟气中CO浓度高，毒性大粉尘爆炸时燃烧不完全22粉尘爆炸的几个重要参数爆炸压力P及爆炸压力的上升速率dP/dt；爆炸极限最小点火能Emin粉尘爆炸参数的测定爆炸球试验装置23粉尘爆炸影响因素（一）粉尘的物理化学性质含可燃挥发份越多的粉尘，爆炸的危险性越大，且其爆炸压力和升压速度越高o1kg含挥发份20～26％的焦煤，在高温下可释放出290～350L的可燃气，因此其粉尘容易爆炸并形成较高的爆炸压力（0.4～0.6MPa）燃烧热高的粉尘容易发生爆炸24（二）粉尘的粒度和浓度粒度越小的粉尘，比表面积越大，在空气中的分散度越大且悬浮的时间越长，吸附氧的活性越强，氧化反应速度越快，因此就越容易发生爆炸，即其最小点火能和爆炸浓度下限越小；可燃粉尘必须在其浓度处于爆炸浓度极限范围内才能发生爆炸下限：20～60g/m3上限：2000～6000g/m3煤：下限35g/m3面粉：下限60g/m3铁：下限120g/m325（三）可燃气体和惰性成分的含量可燃气体，降低粉尘爆炸最小点火能和爆炸下限降低惰性气体，不但会缩小粉尘爆炸的浓度范围，而且会降低粉尘爆炸的压力及升压速度。惰性粉尘，削弱可燃粉尘爆炸性能，甚至丧失26（四）粉尘的爆炸环境条件水分o削弱粉尘的爆炸性能o粘结小颗粒粉尘，降低粉尘的分散度和缩短其飘浮时间；o蒸发要吸收大量的热，阻止粉尘的燃烧化学反应；o稀释环境中的氧浓度而降低了粉尘的燃烧速度。环境的温度和压力o温度和压力升高时，粉尘爆炸危害性增加o温度升高有助于挥发份释放，粉尘的最小点火能减小o当温度升高到一定值时，最小点火能几乎接近于零。该温度值就是悬浮粉尘的着火温度。o粉尘爆炸有一个低的压力极限，一般在环境压力低于几千帕时，粉尘不能发生爆炸。27（五）火源强度或点火方式火源温度越高、火源越强时，粉尘的爆炸下限较低。粉尘的最小点火能一般需要几十mJ。煤：40mJ面粉：160mJ铁：100mJ（六）容器的影响同可燃气体爆炸一样，容积越大，粉尘爆炸的最大升压速度越小。常数stKVdtdP31max