粉尘爆炸条件及过程

燃烧学——粉尘爆炸条件及过程燃烧学江苏昆山工厂粉尘爆炸2014年8月2日7时34分，位于江苏省昆山市的昆山中荣金属制品有限公司发生特别重大铝粉尘爆炸事故，共造成97人死亡、163人受伤，直接经济损失3.51亿元。燃烧学燃烧学•直接原因事故车间除尘系统较长时间未按规定清理，铝粉尘集聚。除尘风机开启后，打磨过程产生的高温颗粒在集尘桶上方形成粉尘云。1号除尘器集尘桶锈蚀破损，桶内铝粉受潮，发生氧化放热反应，达到粉尘云的引燃温度，引发除尘系统及车间的系列爆炸。因没有泄爆装置，爆炸产生的高温气体和燃烧物瞬间经除尘管道从各吸尘口喷出，导致车间所有操作人员直接受到爆炸冲击。燃烧学本次课学习的内容：①什么是粉尘？②粉尘为什么会发生爆炸？③爆炸的过程又是怎样？燃烧学粉尘爆炸的条件1可燃粉尘及其特性粉尘爆炸的过程及危害燃烧学粉尘的相关概念•粉尘：粒径小于75μm的固体悬浮物。•可燃性粉尘：可与助燃气体发生氧化反应而燃烧的粉尘。•粉尘云：悬浮在助燃气体中的高浓度可燃粉尘与助燃气体的混合物。燃烧学•粉尘爆炸：火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现象。•一次爆炸：也叫初始爆炸，由初始点火源引起的爆炸。•二次爆炸：第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。燃烧学•多次爆炸：随着爆炸引起极大的震动，沉积在不同部位的粉尘扬起，形成多个粉尘云，从而产生连环爆炸！二次、多次爆炸更具破坏性！二次或多次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。燃烧学可燃粉尘的分类•按动力性能分悬浮粉尘：是指游浮在空气中的粉尘，具有爆炸危险。沉积粉尘：是指堆积在物体表面上的粉尘，具有火灾危险。燃烧学•按燃烧性能分易燃粉尘：点火能量小，火焰蔓延速度快。如：糖粉、淀粉。可燃粉尘：点火能量较大，火焰蔓延速度较慢。如：米粉、铁木屑、皮革屑。难燃粉尘：很大的点火能量，且不易蔓延。如：石墨粉、木炭粉。燃烧学•按粉尘来源分金属粉尘：镁、铝粉；合成材料粉尘：塑料、染料粉尘；轻纺原料产品：棉、麻尘；粮食粉尘：面粉、淀粉；煤炭粉尘：煤尘、活性炭；农副产品粉尘：棉花、烟草；饲料粉尘：鱼粉、饲料粉；木材产品粉尘：纸粉、木粉燃烧学可燃粉尘的特性•高分散度在一定的粒径范围内，细小粉尘颗粒数占总粉尘颗粒数的百分数。在粉尘的整体中，如果细小粒子含量越高，粉尘的分散度越大。分散度大的可燃粉尘，则比表面积大，化学活性强，能长时间悬浮在空气中，因而燃烧爆炸危险性大。燃烧学•表面积大粉尘的比表面积，主要取决于粉尘的粒度。同一体积的物体，粒度越小，表面积就越大。燃烧学•吸附性和化学活性强任何物质的表面都具有能把其他物质吸向自己的吸附作用。（原因：物体内部的分子，四周都被具有相等吸引力的分子所包围，处于平衡状态，而表面的分子只是在它的旁边和内侧受到具有相同吸引力的分子的吸引，有一部分力没有达到满足，这种不饱和力称为剩余力。）燃烧学•自燃点低就同一种可燃粉尘而言，粒度越小，化学活性越强，自燃点越低。燃烧学•动力稳定性强动力稳定性：是指粉尘始终保持在不向下沉积的特性。（原因：在空气中受到重力作用和扩散作用）燃烧学粉尘爆炸的条件1可燃粉尘及其特性2粉尘爆炸的过程及危害燃烧学粉尘云着火时，瞬间完成燃烧过程，释放大量热能，形成爆燃，使燃烧气体温度骤然升高，体积剧烈膨胀，一旦空间受限，发生爆炸！【Q】粉尘为什么会发生爆炸？诱发较大区域粉尘反应、释放能量温度、压力急剧上升，气体急剧膨胀可燃粉尘氧化反应释放能量燃烧学粉尘爆炸的五要素氧气火源受限空间扩散可燃性粉尘粉尘爆炸五个要素燃烧三要素增加氧气可燃性粉尘火源扩散受限空间燃烧学粉尘爆炸的条件•粉尘具有可燃性一般条件下，并非所有的粉尘都能发生爆炸。金属粉尘在燃烧反应中释放出巨大热量，使空气膨胀，因此具有爆炸性；非金属粉尘受热释放出可燃气体，气体燃烧发生爆炸。燃烧学•为悬浮性粉尘，且达到爆炸极限沉积粉尘不会发生爆炸，只有悬浮在空气中的粉尘才可能发生爆炸。且同气体一样，必须处于一浓度范围内才能发生爆炸。燃烧学•有足够的点火能可燃粉尘发生爆炸，首先需要被加热，或熔融蒸发，或受热分解放出可燃气体，其过程比气体燃烧更复杂，所需能量也就更多。燃烧学粉尘爆炸的条件可燃粉尘及其特性2粉尘爆炸的过程及危害3燃烧学粉尘爆炸的过程①悬浮粉尘在热源作用下温度迅速升高。②粉尘粒子表面的分子在热作用下发生热分解，在粒子周围产生可燃气体。燃烧学粉尘爆炸的过程③粒子周围产生的可燃气体被点燃，形成局部小火焰。④粉尘燃烧释放出能量，把能量传递给附近悬浮或吹扬起来的粉尘，促使燃烧循环持续进行，随着能量的集聚，反应速度增大，最后形成爆炸。燃烧学粉尘爆炸的危害•高压作用时间长，破坏力大粉尘爆炸的燃烧速度和最大压力都比气体爆炸要小一些，但粉尘密度比气体大，燃烧时间长，爆炸压力上升和下降速度都较慢，压力和时间的乘积（爆炸释放的能量）较大，同时粉尘粒子边燃烧边扩散，爆炸的破坏性和对周围可燃物的燃烧程度更严重。粉尘爆炸的能量是气体爆炸的数倍，温度可达2000～3000℃。燃烧学•产生二次（多次）爆炸，危害巨大可燃粉尘初始爆炸产生的气浪会扬起沉积粉尘，在新的空间达到爆炸浓度产生二次爆炸。另外，粉尘初始爆炸点，空气和燃烧产物受热膨胀，密度减小，形成负压区，新鲜空气向爆炸点逆流，促使空气的二次冲击，若粉尘和火源仍存在，也可引发二次（多次）爆炸。燃烧学•燃烧不充分，产物毒性大可燃粉尘爆炸时间短，粉尘粒子燃烧不充分，有些沉积尘处于阴燃状态。因此，粉尘爆炸产物中含有大量的CO及分解产生的HCl、HCN等，产物毒性大。