沉积煤尘卷扬诱发燃爆过程实验研究

摘要

电厂制粉系统运行时具有环境温度高、设备表面的沉积煤尘易出现热失控的特点,自燃煤尘被卷扬后可能会诱发燃爆.为揭示煤尘在气流卷扬作用下诱发粉尘云燃爆过程,本研究搭建煤尘燃爆实验装置,从自燃过程及特征参数、卷扬燃爆临界条件、燃爆行为及机制等方面进行了研究.结果表明:热传导和氧化放热是沉积煤尘自燃过程高温点迁移的主因,高温点由热表面向上再向下移动;最高温度、燃烧蔓延和衰减阶段时间随堆积厚度增加而增加,8 mm、10 mm厚度下最高温度和燃烧蔓延阶段时间分别为538℃、510℃、810 s、1520 s.煤尘卷扬诱发燃爆包含颗粒分散、喷射传播、燃爆蔓延、熄灭四个阶段,离散火焰形成并引燃可燃气体形成连续性火焰是喷射传播阶段的重要特征.中心温度为280～420℃的煤尘层卷扬后可诱发燃爆;随着中心温度的增加,火焰传播速度先增加后减小,固体残余物粒径、表面平滑度降低;爆炸强度随煤尘质量增加先增加后减小.沉积煤尘燃爆是由碳颗粒非均相燃烧和CO、H₂等挥发分均相燃烧共同作用导致,低浓度、低自燃程度的煤尘燃爆由非均相燃烧主导;两种点火机制的耦合作用也会造成燃烧不完全、二次引燃和多点火源等现象.本研究对工业制粉系统的自燃诱发爆炸灾害防治提供了理论依据.

关键词

沉积煤尘 / 温度演化 / 煤尘云燃爆 / 火焰传播 / 诱发机制

基金资助

国家自然科学基金面上资助项目(5217042729)