典型惰性粉体—碳酸钙对木质粉尘层着火特性影响研究

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粉尘爆炸事故时有发生,因沉积粉尘在一定条件发生受热分解是粉尘爆炸常见诱发因素之一,惰化技术在工业粉尘防爆中发挥重要作用。以木材为主要原材料的生产工艺中,一般存在大量沉积木质粉尘,因此不仅有火灾危险,且粉尘爆炸危险较大。当前针对沉积木质粉尘惰化防爆技术的研究相对欠缺,尚未系统揭示固剂惰化的影响规律。基于此,本文借助粉尘层引燃温度试验装置和自主设计并研制的沉积粉尘着火特性研究实验平台,研究典型惰性粉体碳酸钙对木质粉尘层着火特性的影响,主要研究内容如下。(1)借助粉尘层引燃温度试验装置,研究了碳酸钙对木质粉尘层最低着火温度的影响。结果表明,未加入碳酸钙时,油磨木粉和人工打磨木粉的粉尘层最低着火温度分别为324℃、332℃。加入碳酸钙后,因碳酸钙吸热加速热量消耗、减少氧浓度、降低木质粉尘浓度等,导致木质粉尘层最低着火温度随之升高。碳酸钙质量分数为40%时,木质粉尘层最低着火温度陡增;碳酸钙质量分数为80%时,热表面设置最高温度400℃,粉尘层均未着火。(2)自主设计并研制了沉积粉尘着火特性研究实验平台,该平台包括粉尘层着火蔓延测试系统、风速与温度调节系统、点火控制系统、风速与温度监测系统、摄像系统。通过设置热风机送风控制初始风速与温度,设置摄像装备观察粉尘层燃烧的形态变化和温度变化。在气流、环境温度等多因素耦合作用下,揭示了粉尘层着火蔓延特性,并实现了研究过程可视化。(3)借助沉积粉尘着火特性研究实验平台,研究了不同初始风速和温度工况下木质粉尘层着火蔓延特性。结果表明,在不同工况下,粉尘层均为匀速燃烧蔓延。随着管道内初始风速增大,供氧速率提升,初始温度的升高,木质粉尘氧化燃烧分解反应速度加快,粉尘层燃烧速率和着火前端温度均随之增大。(4)借助沉积粉尘着火特性研究实验平台,研究了碳酸钙对木质粉尘层着火蔓延特性的影响。结果表明,随着碳酸钙含量增加粉尘层燃烧速率增大,碳酸钙质量分数为50%时,粉尘层燃烧速率达到峰值,而达到70%及以上时,粉尘层不能着火蔓延。随着碳酸钙含量增加粉尘层着火前端温度下降,降低幅度随碳酸钙质量分数增加而增大。因此,碳酸钙对木质粉尘层的惰化作用具有多重性。根据木质粉尘层燃烧速率-碳酸钙质量分数的Gauss Amp模型,发现粉尘层燃烧速率在碳酸钙质量分数介于40%~50%达到峰值。
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