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溫度對煤塵在空氣溫合氣體中爆炸特性的影響與情化試驗

文檔作者：西德E..索爾W.威曼		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月26日
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溫度對煤塵在空氣混合氣體中
爆炸特性的影響與惰化試驗
〔西德E..索爾W.威曼
前言
煤塵的爆炸特性按最大爆炸壓力、壓力升高的最大速度、爆炸下限以及在用惰性氣體抑
制爆炸強度情況下的含量極值等參數(shù)來確定煤塵的爆炸特性參數(shù)因煤種不同而異,這些參
數(shù)必須通過試驗才能確定。通常,在正常條件下,即在初始溫度20℃的大氣壓力下進行試驗。
但是,在井下火災等實際條件下,溫度往往高于20℃。此外,煤在研磨和干燥裝置內(nèi)的
度也高得多。
為確定煤塵的爆炸特性與溫度之間的關系,分別對煙煤、氣煤和褐煤塵粒進行了試驗室
試驗。
試驗方法
煤塵爆炸性能試驗按照VDI一規(guī)范3673(1983年)規(guī)定在可加熱的密封容器內(nèi)進行,容
器的容積為1m3。儲存在罐內(nèi)的煤塵試樣用氣筒通過一條半圓形帶孔的管送入爆炸室采用
兩只能產(chǎn)生103J熱量的化學點火器作為爆源。爆炸試驗容器在大氣壓下的溫度為50~200℃
一致的原因大概是,石灰石粉傳導輻射的性能不如水滴,這樣,熱產(chǎn)物輻射預熱反應物的機
會便小得多。
最后,仍需對圖3所示英國觸發(fā)式水棚試驗數(shù)據(jù)得出的結(jié)果做一些討論英國的水棵是
橫穿巷道噴一薄層水幕,而不是象其他棚子那樣在一段道長度內(nèi)噴水。這樣,不計水的移
動,便可在極短的距離內(nèi)給出非常高的水濃度值,并表明不可能抑制爆炸,但實際上它抑制
過。實際情況是,火焰熄滅之前向水幕的前方伸展一段距離因火焰前面的氣流帶動水移
動,從而為抑制火焰創(chuàng)造了臨界條件;通過取等于火焰穿過抑制區(qū)后熄滅的時間,和利用
在t時間內(nèi)火焰穿過的巷道容積并均勻分布了抑制劑這一假設來計算出R值,計算結(jié)果是限
制結(jié)果,因為它們明確限定了熄滅火焰所需條件,標繪在圖3的曲線,該曲線靠近從其他水
得到的數(shù)據(jù)推導出的臨界條件的線。
從以上結(jié)果可得出結(jié)論,所假想的這個抑制爆炸火焰的熱模型僅是一個合理的開端。對
與從一個集中來源的大量抑制劑混合后的火焰抑制效果來看,與在較長距離內(nèi)與同量的抑制
劑混合后的效果相似。圖2和圖3中臨界條件曲線看來有廣泛的用場,并且模型對石灰石粉
和水等抑制劑預測得出不同的效果就是合理的了數(shù)據(jù)及預測結(jié)果在量上有合理的吻合,建
議對這個方法的優(yōu)點做進一步的研究。尚不肯定的主要領域是火焰前方流動的氣流中抑制劑
云的形成和動力學以及爆炸中的燃燒速率。
參考文獻略〕
(薛波澤于剛校)
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在上述條件下做了多次情化試驗。采用局部壓方法在容積為1m3的容器內(nèi)灌入含一定
氧氣的空氣與惰性氣體。用空氣壓力機將一部分混合氣體從壓力略高的1m3容積的容器內(nèi)
抽出來,送入儲罐內(nèi)供輸送煤塵用。這樣在煤塵輸入爆炸室時可使氧的含量不致發(fā)生變化。
采用光點線式示波記錄儀,通過石英壓力傳感器記錄下各次試驗中發(fā)生的,隨時間而變
化的爆炸壓力。
試驗結(jié)果
煤塵在空氣混合氣體中的爆炸特性:
對在空氣混合氣體中,煤塵的爆炸性能與初始溫度的關系進行了研究褐煤試驗的平均
粒度為52m,氣煤和煙煤為19m。圖1所示為在初始溫度分別為50℃、100℃、150和200C
下氣煤塵粒的爆炸壓力及其升高的最大速度與煤塵濃度的關系曲線。
煙煤和褐煤的曲線形狀與氣煤相似。在一定的煤塵濃度條件下,爆炸壓力隨溫度增高而
降低。壓力和濃度曲線隨溫度增高變得更加平直呈平行狀。但溫度對壓力升高和濃度變化
曲線的影響并不明顯。
表1所示為在初始溫度50℃和200℃下爆炸壓力的最大值、壓力升高的最大速度和爆炸
下限。
初始溫度對煤塵爆炸特性的影響
表1
初始溫度
50℃
M
 UEG
P
媒種度(m
(g/m)
 (bar)
 (bar/)
褐52
50
8.0
121
煙煤19
50
7.7
氣煤19
50
8.1
107
初始度
200℃
M
 UEG
P
 ( max
媒種粒度(m
 (8/m')
 (bar)
 (bar/s)
尚煤52
 aD
5.8
1.1
煙煤19
40
5
91
氣煤19
30
5.5
117
m—平均值:UEg炸下限()力升高的最大速度
試驗表明,各種煤塵的爆炸壓力相差無幾,但是隨著初始溫度升高,爆炸壓力反而下
降,隨絕對初始溫度的增高呈直線下降(圖2)
在試驗的溫度范圍內(nèi)尚不能確定溫度與壓力升高最大速度的最大值關系。隨著溫度的增
高,壓力降略有上升,煙煤壓力值幾乎不變而褐煤壓力值卻略有下降。
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20015010050
起始溫度150℃
氏度(℃
容:1m3
12
點火化學點火
點火能:1000
要長
出設
氣19m
水蒸氣
二氧化碳
煤52
2.0
2.53.0
5
氧氣濃度(%
相關起始度(10-k-)
120
150
:100
容器
點火源:化學點火
ㄐ
點火能量:10000
40
R長
50
長蜜
5
2.53.03.5
氧氣濃度(%
相關起度(10-
圖1不同初始溫度下氣煤與空氣混合氣體的
圖2初始溫度對含煤塵的空氣混合氣體爆炸
爆炸特性
特性的懲響
50
00℃
150℃
200℃
R
容器m3
點火源:化學點火器
點火能量:1090
一
500
1000
1500
粉塵濃度gm3)
50100
粉塵濃tg/m3)
12
120
容
點火源
化學點火器
點火能量:10000
80
80
11.0vo-%o2
40
12.0vol-%2
山
11.5vol-
R
R
11.vol-%02
出
田
1000
1500
粉塵濃膠(g/m3
500
10001500
粉塵濃度(g/m2)
圖3在150℃的初始溫度褐煤粉塵在氮與
圖4氧含量對褐煤在情生氣體與空氣的混合
空氣混合氣體中的爆炸特性
氣體中炸特性的影響
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對爆炸下限的研究表明,煤心濃度隨溫度升高從0g/m3下降到30g/m3煤塵爆炸特性與
溫度的相互關系可與對瓦斯研究的結(jié)果進行比較(威曼,1983年)。
煤塵、空氣和性氣體混合物一一化試驗中的性氣體主要采用氮氣,另外也采用二
氧化碳和水蒸汽進行了幾次試驗。增加氮氣含量可使氧含量相對降低,對煤爆炸特性的
響如圖3所示。在此情況下,爆炸壓力和壓力升高的最大速度降低,爆炸范圍縮小,爆炸上
限僅限于含低濃度煤塵的空氣。
爆炸壓力最大值和壓力升高的最大速度隨氧含量的降低而變小(圖4)壓力升高最大
速度的最大值要比最大爆炸壓力的下降幅度大。降到氧氣含量的極限值以下時,就不會發(fā)生
炸。氧氣含量的極限值取決于惰性氣體的種類,如圖4所示。氨的化效果不如水蒸汽
而后者又不如二氧化碳。由此表明,用氮做情化介質(zhì)時,與二氧化碳相比需較高的情性物質(zhì)
含量,例如,在初始溫度150℃下,氮含量至少應為48%才能達到氧含量的極限值,而二氧
化碳只需38%。用水蒸汽情化時,空氣中的含水量至少要達到331g/m3由于含水量很大,實
際上水蒸汽做情化氣體是不能的。還須記住,水蒸汽的情化作用會被水的凝聚作用所抵銷。
試驗表明,氧含量的極限不僅與煤塵的粒度有關,而且取定于初始溫度(表2)
用氮做情性氣體時不同初始溫度下煤塵中氧含進的極限值
表2
初始度
50℃
200℃
種粒度(m
O2-GK位%
煤52
12.
194
煙煤19
13.3
119
氣煤19
13.8
1.9
M平均值O-GK一氧含量的限
與瓦斯的情況一樣(威曼,1983年),被試
點火:化學點火
煤塵中的氧含量的極限值隨溫度的升高呈直線
點火能:100001
下降(圖5)。不同煤種的煤塵中氧含量的下
降速度相同,均為每升高溫度100℃,氧含量
氣
的極限值下降1.3%。三條平行直線中有一條
煤
較低,這是因為褐煤的氧含量較之煙煤和氣煤
略低,而后二者的氧含量則不相上下。
把蘭藥
結(jié)語
對三種不同煤種的煤塵在空氣中的爆炸特
性和氧含量降低后的爆炸特性進行了研究。最
大爆炸壓力隨溫度升高而降低,而壓力上升的
最大速度卻幾乎不受影響。爆炸下限僅限于煤
50100150200塵濃度較低的空氣中。采用氮進行情化試驗
起始度(℃
時,氧含量的極限值隨溫度升高呈直線下降。
圖5用氨氣化時不同煤種的煤塵在不同初這種均勻下降與煤種有關,但試驗得出的氧含
始溫度下的含證的極限值
量極限值卻各不相同。(波譯子建校)
370

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