1、粉塵爆炸的特點(diǎn)

  粉塵爆炸就是懸浮物于空氣中的粉塵顆粒與空氣中的氧氣充分接觸，在特定條件下瞬時(shí)完成的氧化反應(yīng)，反應(yīng)中放出大量熱量，進(jìn)而產(chǎn)生高溫、高壓的現(xiàn)象。任何粉塵爆炸都必須具備這樣三個(gè)條件：點(diǎn)火源；可燃細(xì)粉塵；粉塵懸浮于空氣中且達(dá)到爆炸濃度極限范圍。

  （1）粉塵爆炸要比可燃物質(zhì)及可燃?xì)怏w復(fù)雜 一般地，可燃粉塵懸浮于空氣中形成在爆炸濃度范圍內(nèi)的粉塵云，在點(diǎn)火源作用下，與點(diǎn)火源接觸的部分粉塵首先被點(diǎn)燃并形成一個(gè)小火球。在這個(gè)小火球燃燒放出的熱量作用下，使得周圍臨近粉塵被加熱、溫度升高、著火燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生，這樣火球就將迅速擴(kuò)大而形成粉塵爆炸。

  粉塵爆炸的難易程度和劇烈程度與粉塵的物理、化學(xué)性質(zhì)以及周圍空氣條件密切相關(guān)。一般地，燃燒熱越大、顆粒越細(xì)，活性越高的粉塵，發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性越大；輕的懸浮物可燃物質(zhì)的爆炸危險(xiǎn)性較大；空氣中氧氣含量高時(shí)，粉塵易被燃點(diǎn)，爆炸也較為劇烈。由于水分具有抑制爆炸的作用，所以粉塵和氣體越干燥，則發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性越大。

  （2）粉塵爆炸發(fā)生之后，往往會(huì)產(chǎn)生二次爆炸 這是由于在第一次爆炸時(shí)，有不少粉塵沉積在一起，其濃度超過(guò)了粉塵爆炸的上限濃度值而不能爆炸。但是，當(dāng)?shù)谝淮伪ㄐ纬傻臎_擊波或氣浪將沉積粉塵重新?lián)P起時(shí)，在空中與空氣混合，濃度在粉塵爆炸范圍內(nèi)，就可能緊接著產(chǎn)生二次爆炸。第二次爆炸所造成的災(zāi)害往往比第一次爆炸要嚴(yán)重得多。

  國(guó)內(nèi)某鋁品生產(chǎn)廠1963年發(fā)生的塵爆炸事故的直接原因是排風(fēng)機(jī)葉輪與吸入口端面摩擦起火引起的。風(fēng)機(jī)吸入口處的蝦米彎及褲衩三通氣流不暢，容易積塵。特別是停機(jī)時(shí)更容易滯留粉塵，一旦啟動(dòng)，沉積的粉塵被揚(yáng)起，很快達(dá)到爆炸下限，引起粉塵爆炸。

  （3）粉塵爆炸的機(jī)理 可燃粉塵在空氣中燃燒時(shí)會(huì)釋放出能量，井產(chǎn)生大量氣體，而釋放出能量的快慢即燃燒速度的大小與粉體暴露在空氣中的面積有關(guān)。因此，對(duì)于同一種固體物質(zhì)的粉體，其粒度越小，比表面積則越大，燃燒擴(kuò)散就越快。如果這種固體的粒度很細(xì)。以至可懸浮起來(lái)，一旦有點(diǎn)火源使之引燃，則可在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的能量。這些能量來(lái)不及散逸到周圍環(huán)境中去，致使該空間內(nèi)氣體受到加熱并絕熱膨脹，而另一方面粉體燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的氣體，會(huì)使體系形成局部高壓，以致產(chǎn)生爆炸及傳播，這就是通常稱作的粉塵爆炸。

  （4）粉塵爆炸與燃燒的區(qū)別 大塊的固體可燃物的燃燒是以近于平行層向內(nèi)部推進(jìn)，例如煤的燃燒等。這種燃燒能量的釋放比較緩慢。所產(chǎn)生的熱量和氣體可以迅速逸散?？扇夹苑蹓m的堆狀燃燒，在通風(fēng)良好的情況下形成明火燃燒，而在通風(fēng)不好的情況下?？尚纬蔁o(wú)煙或焰的隱燃。

  可燃粉塵燃燒時(shí)有幾個(gè)階段：第一階段，表面粉也被加熱；第二階段，表面層氣化，溢出揮發(fā)分；第三階段，揮發(fā)分發(fā)生氣相燃燒。

  超細(xì)粉體發(fā)生爆炸也是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，由于粉塵云的尺度一般較小，而火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，每秒幾百米，因此在粉塵中心發(fā)生火源點(diǎn)火，在不到0.1s的時(shí)間內(nèi)就可燃遍整個(gè)粉塵云。在此過(guò)程中，如果粉塵已燃盡，則會(huì)生成最高的壓強(qiáng)；若未燃盡，則生成較低的壓強(qiáng)?？扇剂Ｗ邮欠衲苋纪辏Q于粒子的尺寸和燃燒深度。

  （5）可燃粉塵分類 粉體按其可燃性可劃分為兩類：一類為可燃；一類為非可燃?？扇挤垠w的分類方法和標(biāo)準(zhǔn)在不同的國(guó)家有所不同。

  美國(guó)將可燃粉體劃為Ⅱ級(jí)危險(xiǎn)品，同時(shí)又將其中的金屬粉、含碳粉塵、谷物粉塵列入不同的組。美國(guó)制定的分類方法是按被測(cè)粉體在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)裝置內(nèi)發(fā)生粉塵爆炸時(shí)所得升壓速度來(lái)進(jìn)行分類，并劃分為三個(gè)等級(jí)。我國(guó)目前尚未見(jiàn)到關(guān)于可燃粉塵分類的現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)。

  2、粉塵濃度和顆粒對(duì)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限。該值受點(diǎn)火能量、氧濃度、粉體粒度、粉體品種、水分等多種因素的影響。采用簡(jiǎn)化公式，可估算出爆炸極限，一般而言粉塵爆炸下限濃度為20～60g/m3，上限介于2～6kg/m3。上限受到多種因素的影響，其值不如下限易確定，通常也不易達(dá)到上限的濃度。所以，下限值更重要、更有用。

  從物理意義上講，粉塵濃度上下限值反映了粒子間距離對(duì)粒子燃燒火焰?zhèn)鞑サ挠绊?，若粒子間距離達(dá)到使燃燒火焰不能延伸至相鄰粒子時(shí)，則燃燒就不能繼續(xù)進(jìn)行（傳播），爆炸也就不會(huì)發(fā)生；此時(shí)粉塵濃度即低于爆炸的下限濃度值。若粒子間的距離過(guò)小，粒子間氧不足以提供充分燃燒條件，也就不能形成爆炸，此時(shí)粒子濃度即高于上限值。

  （2）粉體粒度 可燃物粉體顆粒大于400um時(shí)，所形成的粉塵云不再具有可爆性。但對(duì)于超細(xì)粉體當(dāng)其粒度在10um以下時(shí)則具有較大的危險(xiǎn)性。應(yīng)引起注意的是，有時(shí)即使粉體的平均粒度大于400um，但其中往往也含有較細(xì)的粉體，這少部分的粉體也具備爆炸性。

  雖然粉體的粒度對(duì)爆炸性能影響的規(guī)律性并不強(qiáng)，但粉體的尺寸越小，其比表面就越大，燃燒就越快，壓強(qiáng)升高速度隨之呈線性增加。在一定條件下最大壓強(qiáng)變化不大，因?yàn)檫@是取決于燃燒時(shí)發(fā)出的總能量，而與釋放能量的速度并無(wú)明顯的關(guān)系。

  3、粉塵爆炸的技術(shù)措施

  燃燒反應(yīng)需要有可燃物質(zhì)和氧氣，還需要有一定能量的點(diǎn)火源。對(duì)于粉塵爆炸來(lái)說(shuō)應(yīng)具備三個(gè)要素：點(diǎn)火源；可燃細(xì)粉塵；粉塵懸浮于空氣中，形成在爆炸濃度范圍內(nèi)的粉塵云。這三個(gè)要素同時(shí)存在才會(huì)發(fā)生爆炸。因此，只要消除其中一條件即可防止爆炸的發(fā)生。在袋式除塵器中常采用以下技術(shù)措施。

  （1）防爆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施  本體結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)中，為防止除塵器內(nèi)部構(gòu)件可燃粉塵的積灰，所有梁、分隔板等應(yīng)設(shè)置防塵板，而防塵板斜度應(yīng)小于70度。灰斗的溜角大于70度，為防止因兩斗壁間夾角太小而積灰，兩相鄰側(cè)板應(yīng)焊上溜料板，消除粉塵的沉積，考慮到由于操作不正常和粉塵濕度大時(shí)出現(xiàn)灰斗結(jié)露堵寒，設(shè)計(jì)灰斗時(shí)，在灰斗壁板上對(duì)高溫除塵器增加蒸汽管保溫或管狀電加熱器。為防止灰斗蓬料，每個(gè)灰斗還需設(shè)置倉(cāng)臂振動(dòng)器或空氣炮。

  1臺(tái)除塵器少則2～3個(gè)灰斗，多則5～8個(gè)，在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生風(fēng)量不均引起的偏斜，各灰斗內(nèi)煤粉量不均，H后邊的灰量大。

  為解決風(fēng)量不均勻問(wèn)題在結(jié)構(gòu)可以采取以下措施：①在風(fēng)道斜隔板上加擋風(fēng)板，如圖5—168所示。擋板的尺寸需根據(jù)等風(fēng)量和等風(fēng)壓原理確定；②再考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況的變化，在提升閥桿與閥板之間采用可調(diào)，使出口高h(yuǎn)為變化值，以進(jìn)一步修正；③在進(jìn)風(fēng)支管設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，設(shè)備運(yùn)行后對(duì)各箱室風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。使各箱室風(fēng)量差別控制在5%以內(nèi)。

  （2）采用防靜電濾袋 在除塵器內(nèi)部，由于高濃度粉塵隨在流動(dòng)過(guò)程中互相摩擦，粉塵與濾布也有相互摩擦都能產(chǎn)生靜電，靜電的積集會(huì)產(chǎn)生火花而引起燃燒。對(duì)于脈沖清灰方式，濾袋用滌綸針刺氈，為消除滌綸針刺氈易產(chǎn)生靜電不足，除塵濾袋布料中中紡入導(dǎo)電的金屬絲或碳纖維，在安裝濾袋時(shí)，除塵布袋通過(guò)鋼骨架和多孔板相連，經(jīng)過(guò)殼體連入車間接地網(wǎng)。對(duì)于反吹風(fēng)清灰的濾袋，已開(kāi)發(fā)出MP922等多種防靜電產(chǎn)品。使用效果都很好。

  （3）設(shè)置安全孔（閥） 為將爆炸局限于袋式除塵器內(nèi)部而不向其他方面擴(kuò)展，設(shè)置安全孔和必不可少的消火設(shè)備，實(shí)為重要。設(shè)置安全孔的目的不是讓安全孔防止發(fā)生爆炸，而是用它限制爆炸范圍和減少爆炸次數(shù)。大多數(shù)處理爆炸性粉塵的除塵器都是在設(shè)置安全孔條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的。正因?yàn)檫@樣，安全孔的設(shè)計(jì)應(yīng)保證萬(wàn)一出現(xiàn)爆炸事故，能切實(shí)起到作用；平時(shí)要加強(qiáng)對(duì)安全孔的維護(hù)管理。

  破裂板型安全孔是用普通薄金屬板制成。因?yàn)榇匠龎m器箱體承受不住很大壓力，所以設(shè)計(jì)破裂板的強(qiáng)度時(shí)應(yīng)使該板在更低的壓力下即被破壞。有時(shí)由于箱體長(zhǎng)期受壓使鋁板產(chǎn)生疲勞變形以致發(fā)生破裂現(xiàn)象，即使這是正常的也不允許更換高強(qiáng)度的厚板。

  彈簧門型安全孔是通過(guò)增減彈簧張力來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)啟的壓力。為了保證事故時(shí)門型孔能切實(shí)起到安全作用，必須定期對(duì)其進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)。

  安全孔的面積應(yīng)該按照粉塵爆炸時(shí)的最大壓力、壓力增高的速度以及箱體的耐壓強(qiáng)度之間的關(guān)系來(lái)確定，但目前尚無(wú)確切的資料。要根據(jù)袋式除塵器的形式、結(jié)構(gòu)來(lái)確定安全孔面積的大小、我們認(rèn)為對(duì)中小型除塵器安全孔與除塵器體積之比為1/10～1/30，對(duì)大中型除塵器其比值為1/30～1/60較為合適。遇到困難時(shí)，要適當(dāng)參照其他裝置預(yù)留安全防爆孔的實(shí)際確定。

  ①防爆板 防爆板是由壓力差驅(qū)動(dòng)、非自動(dòng)關(guān)閉的緊急泄壓裝置，主要用于管道或除塵設(shè)備，使它們避免因超壓或真空而導(dǎo)致破壞。與安全閥相比，爆破片具有泄放面積大、動(dòng)作靈敏、精度高、耐腐蝕和不容易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。爆破片可單獨(dú)使用，也可與安全閥組合使用。

  防爆板裝置由爆破片和夾持器兩部分組成，夾持器由Q235、16Mn或OCr13等材料制成，其作用是夾緊和保護(hù)防爆板，以保證爆破壓力穩(wěn)定。防爆板由鋁、鎳、不銹鋼或石墨等材料制成，有不同形狀：拱形防爆板的凹面朝向受壓側(cè)，爆破時(shí)發(fā)生拉伸或剪切破壞；反拱形防爆板的凸面朝向受壓側(cè)，爆破時(shí)因失穩(wěn)突然翻轉(zhuǎn)被刀刃割破或沿縫槽撕裂；平面形防爆板爆破時(shí)也發(fā)生拉伸或剪切破壞。

  除塵器選擇防爆板的耐壓力應(yīng)以除塵器工作壓力為依據(jù)。因?yàn)槌龎m器本體耐壓要求8000～18000Pa按設(shè)定耐壓要求查資料確定泄爆閥膜破裂壓力。

  ②防爆閥設(shè)計(jì) 安全防爆閥設(shè)計(jì)主要有兩種：一種是防爆板；另一種是重錘式防爆閥。前一種破裂后需更換新的板，生產(chǎn)要中斷，遇高負(fù)壓時(shí)，易坯且不易保溫。后一種較前一種先進(jìn)一些，在關(guān)閉狀態(tài)靠重錘壓，嚴(yán)密性差。上述兩種方法都不宜采用高壓脈沖清灰。為解決嚴(yán)密性問(wèn)題，在重錘式肪爆閥上可設(shè)計(jì)防爆安全鎖。其特點(diǎn)是：在關(guān)閉時(shí)，安全門的鎖合主要是通過(guò)此鎖，在遇爆炸時(shí)可自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行釋放，其釋放力（安全力）又可通過(guò)彈簧來(lái)調(diào)整。為了使安全門受力均衡，一般根據(jù)安全門面積需設(shè)置4～6個(gè)鎖不等。為使防爆門嚴(yán)密不漏風(fēng)可設(shè)計(jì)成防爆板與安全鎖的雙重結(jié)構(gòu)。

  （4）檢測(cè)和消防措施 為防范于未然，在除塵系統(tǒng)上可采取必要的消防措施。

  ①消防設(shè)施。主要有水、CO2和惰性滅火劑。對(duì)于水泥廠主要采甩、CO2，而鋼廠可采用氮?dú)狻?

  ②溫度的檢測(cè)。為了解除塵器溫度的變化情況，控制著火點(diǎn)，一般在除塵器入口處，灰斗上分別裝上若干溫度計(jì)。

  ③CO的檢測(cè)。對(duì)于大型除塵設(shè)備因體積較大，溫度計(jì)的裝設(shè)是很有限的，有時(shí)在溫度計(jì)測(cè)點(diǎn)較遠(yuǎn)處發(fā)生燃燒現(xiàn)象難于從溫度計(jì)上反映出來(lái)?？稍诔龎m器出口處裝設(shè)一臺(tái)CO檢測(cè)裝置，以幫助檢測(cè)，只要除塵器內(nèi)任何地方發(fā)生燃燒現(xiàn)象，煙氣中的CO便會(huì)升高，此時(shí)把CO濃度升高的報(bào)警與除塵系統(tǒng)控制聯(lián)銷，以便及時(shí)停止系統(tǒng)除塵器的運(yùn)行。

  （5）設(shè)備接地措施 防爆除塵器因運(yùn)行安全需要常常露天布置。甚至露天布置在高大的鋼結(jié)構(gòu)上，根據(jù)設(shè)備接地要求，設(shè)備接地避雷成為一項(xiàng)必不可少的措施，但是除塵器一般不設(shè)避雷針。

  除塵器所有連接法蘭間均增設(shè)傳導(dǎo)性能較好的導(dǎo)體，導(dǎo)體形式可做成卡片式。也可做成線條式。線條式導(dǎo)體見(jiàn)圖?？ㄆ綄?dǎo)體見(jiàn)圖。無(wú)論采用哪一種形式導(dǎo)體，連接必須牢固，且需表面處埋，有一定耐腐蝕功能。否則都將影響設(shè)備接地避雷效果。

  （6）配套部件防爆 在除塵器防爆措施中選擇防爆部件是必不可少的。防爆除塵器忌諱運(yùn)行工況中的粉塵竄入電氣負(fù)載內(nèi)誘發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。除塵器運(yùn)行時(shí)電氣負(fù)載、元件在電流傳輸接觸時(shí)，甚至導(dǎo)通中也難免產(chǎn)生電擊火化，放電火花誘導(dǎo)超過(guò)極限濃度的塵源氣體爆炸也是極易發(fā)生的事，電氣負(fù)載元件必須全部選用防爆型部件，杜絕爆炸誘導(dǎo)因素產(chǎn)生。保證設(shè)備運(yùn)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(yīng)當(dāng)用防爆產(chǎn)品。

  （7）防止火星混入措施 在處理木屑鍋爐、稻殼鍋爐、鋁再生爐和冶煉爐等廢氣的袋式除塵器中，爐子中的已燃粉塵有可能隨風(fēng)管氣流進(jìn)入箱體，而使堆積在濾布上的粉塵著火，造成事故。

  為防止火星進(jìn)入袋式除塵器，應(yīng)采取如下措施：

  ①設(shè)置預(yù)除塵器和冷卻管道。圖為設(shè)有旋風(fēng)除塵器或惰性除塵器作為預(yù)除塵器，以捕集粗粒粉塵和火星。用這種方法太細(xì)的微?；鹦遣灰撞都鄶?shù)情況下微粒粉塵在進(jìn)入除塵器之前能夠燃盡。在預(yù)除塵器之后設(shè)置冷卻管道，并控制管內(nèi)流速，使之盡量低。這是一種比較可靠的技術(shù)措施，它可使氣體在管內(nèi)有充分的停留時(shí)間。

  ②玲卻噴霧塔。預(yù)先直接用水噴霧的氣體冷卻法。為保證袋式除塵器內(nèi)的含塵氣體安全防火，冷卻用水量是控制供給的。大部分燃燒著的粉塵一經(jīng)與微細(xì)水滴接觸即可冷卻，但是水滴卻易氣化，為使尚未與水滴接觸的燃燒粉塵能夠冷卻，應(yīng)有必要的空間和停留時(shí)間。

  在特殊情況下，采用噴霧塔、冷卻管和預(yù)除塵器等聯(lián)合并用，比較徹底地防止火星混入。

  ③火星捕集裝置見(jiàn)圖。在管道上安裝火星捕集裝置是一種簡(jiǎn)便可行的方法。還有的在火星通過(guò)捕集器的瞬間，可使其發(fā)出電氣信號(hào)，進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)，停止操作或改變氣體回路等。

  火星捕集器設(shè)計(jì)要求如下：

  a、火花捕集器用于高溫?zé)煔庵械幕鸹w粒捕集時(shí)，設(shè)備主體材料一般采用15Mo3或16Mo，對(duì)粱、柱和平臺(tái)梯子等則采用Q235，火花捕集器作為煙氣預(yù)分離器時(shí)除旋轉(zhuǎn)葉片一般采用15Mn外，其他材料可采用Q235；b、設(shè)備進(jìn)出口速度一般在18～25m/s之間；

  c、考慮粉塵的分離效果。葉片應(yīng)一定的耐磨措施和恰當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)角度；d、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮到高溫引起的設(shè)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其內(nèi)部濃度分布不可避免地會(huì)使某部位處于爆炸界限之內(nèi)，為了提高安全性，避開(kāi)管道內(nèi)的粉塵爆炸上下限之間的濃度。例如，對(duì)于氣力輸送和粉碎分級(jí)等粉塵收集工作中，從設(shè)計(jì)時(shí)就要注意到，使之在超過(guò)上限的高濃度下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；在局部收集等情況下，則要在管路中保持粉塵濃度在下限以下的低濃度。

  利用稀釋法防止火災(zāi)的一例。在收集爆炸性粉塵時(shí)，由于設(shè)置了吸塵罩，用空氣稀釋了粉塵，在管道中濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸下限。從系統(tǒng)中間向管道內(nèi)連續(xù)提供不燃性粉料，如黏土、膨潤(rùn)土等，在除塵器內(nèi)部對(duì)爆炸性粉塵加以稀釋，以便防止發(fā)生爆炸和火災(zāi)的危險(xiǎn)。