37. Особенности горения пылевидных веществ

Пыль – коллоидная система, состоящая из твердой дисперсной фазы и газообразной дисперсионной среды, т. е. представляет собой твердое вещество, диспергированное (тонко размельченное) в газообразной среде. Дисперсная фаза может состоять из частиц одинаковой величины (монодисперсная система) или частиц разной величины (полидисперсная система). Все промышленные пыли полидисперсные. В зависимости от среднего размера частиц пыль может длительно находиться во взвешенном состоянии или сразу же оседать после кратковременного перехода во взвешенное состояние.

Дисперсная система, представляющая собой пыль, взвешенную в воздухе, называется аэрозолем. Осевшая пыль называется аэрогелем. Даже в осевшем состоянии каждая отдельная частица раздробленного вещества со всех сторон окружена газовой (воздушной) оболочкой. Аэрозоли по своим свойствам занимают промежуточное положение между аэрогелем и гомогенной газовоздушной смесью. Аэрозоли, так же как и аэрогели, являются гетерогенными дисперсными системами с одина- ковой твердой фазой, и поведение их определяется физико-химическими свойствами этой твердой фазы.

С газовоздушными смесями аэрозоли сходны тем, что горение большинства из них протекает со взрывом и характеризуются они многими параметрами, типичными для газовых смесей. Из свойств пылей, определяющих их пожарную опасность, наиболее важными являются: дисперсность, химическая активность, адсорбционная способность, склонность к электризации.

Рассмотрим особенности горения аэрозоля и аэрогеля. Основными параметрами, характеризующими пожарную опасность аэрогеля, являются температура воспламенения и самовоспламенения. В целом горение пыли в осевшем состоянии во многом напоминает горение твердого горючего материала, из которого эта пыль получена. Отличительной особенностью аэрогеля является его способность переходить во взвешенное состояние. При нагревании протекают все подготовительные процессы, характерные для твердых горючих материалов, однако скорость их протекания выше, что объясняется развитой поверхностью, повышенной химической активностью, сниженной теплопроводностью материала в результате измельчения, увеличенной адсорбционной способностью пыли. Это обусловливает меньший период индукции воспламенения, большую скорость распространения горения, а также повышенную склонность к самовозгоранию по сравнению с исходным материалом, из которого пыль получена.

Окислительные процессы протекают одновременно как на поверхности пылевого слоя, так и в его глубине. При этом в реакции принимает участие кислород, адсорбированный на поверхности материала. Скорость протекания процессов окисления под слоем горючей пыли на порядок ни- же, чем на поверхности, в результате горение в толще пылевого отложения может перейти в режим тления. Тлеющая пыль представляет большую опасность, поскольку: – выделяющиеся горючие продукты разложения могут накапливаться в закрытых объемах и горение из диффузионного может перейти в кинетическое; – даже при слабом встряхивании (завихрении) тлеющая масса может самовоспламениться из-за резкого притока кислорода и вызвать взрыв взвихренной пыли.

Аэрозоли воспламеняются и горят аналогично газовоздушным смесям. Поэтому их пожарная опасность характеризуется такими же параметрами: концентрационным пределом распространения, минимальной энергией зажигания, максимальным давлением взрыва. Склонность аэрозолей к коагуляции (слипанию) и осаждению существенно отличает их от газовоздушных смесей. Это свойство обусловливает более высокую энергию зажигания (на два порядка выше), чем для газовых смесей. Если распространение пламени в газовых смесях обусловлено прогревом холодной смеси за счет теплопроводности, то распространение пламени в пылевоздушных смесях происходит за счет прогрева холодной смеси излучением, испускаемым фронтом пламени. Воспламенение и распространение пламени в аэрозоле происходит только в том случае, если концентрация находится в диапазоне концентрационных пределов воспламенения.