Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аэрология горных предприятий. Пыль и ее опасность в промышленности

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1913 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

когда естественная влажность пыли способна предотвратить воспламенение, крайне редки, почти всегда пыль, способная образовать облако, достаточно суха для того, чтобы воспламениться. Кроме того, будучи во взвешенном состоянии, пыль способна быстро сохнуть вследствие своей большой удельной поверхности. Так как возможность распространения горения в пылевом облаке зависит от последовательного нагревания до нужной температуры частиц пыли, очевидно, что ее теплоемкость имеет весьма большое значение.

Органические вещества, такие как целлюлоза (удельная теплоемкость 0,37 Дж/(кг · К)) и сахар (0,35 Дж/(кг · К)), обладают довольно высокой удельной теплоемкостью и, следовательно, при нагревании до определенной температуры поглощают сравнительно большое количество теплоты. С другой стороны, такие неорганические вещества, как сера (0,18 Дж/(кг · К)) и алюминий (0,25 Дж/(кг · К)), обладают относительно малой удельной теплоемкостью. Во многих видах производственной пыли присутствует некоторая доля негорючего материала, который поглощает тепло и после полного сгорания превращается в золу. Обычно удельная теплоемкость кремнеземной золы принимается равной 0,25 Дж/(кг · К). Помимо негорючего вещества, составляющего неотъемлемую часть пыли, пылевое облако может содержать инертную пыль в качестве отдельного компонента. Если наличие инертных веществ в связанном или свободном виде достаточно велико, то они будут поглощать такое количество теплоты сгорания, что температура горючего вещества не достигнет точки воспламенения. При таких условиях пламя в пылевом облаке распространяться не сможет – его погасит содержащееся в пылевом облаке инертное вещество. Очевидно, что способность этого инертного вещества предотвращать возгорание зависит от того, насколько велико его содержание в пылевом облаке, а также и от того, каковы удельные теплоемкости инертного вещества и горючей части облака.

121

Таблица 6.5

Продукты распада, образующиеся при полной перегонке целлюлозы

и крахмала при 500 С и двух сортов угля при 450 С

Сухое вещество, на-

греваемое до500

Продукты распада (летучие вещества

и газы)

Общая доля летучих веществ 67,1 71,4 22,00 35,45 Вода свободная – – 0,93 5,98 Вода связанная 31,7 29,7 4,30 12,64 Уксусная кислота 3,3 5,3 – – Альдегиды и кетоны 5,9 6,8 – – Углекислый газ 11,3 13,1 0,31 3,78 Окись углерода 4,8 7,6 0,21 1,6,0 Деготь 3,3 2,7 12,76 8,17 Воспламеняющиеся газы (кроме СО) 1,3 2,0 3,16 2,80

Углекислый газ 6,363 7,365 174,0 2,128 Окись углерода 4,268 6,821 187,0 1,426 Непредельные углеводороды 213,0 347,0 352,0 394,0 Метан 1,056 1,273 1,953 1,778 Этан и др. 281,0 593,0 1,147 869,0 Водород 247,0 370,0 653,0 1,129 Всех газов 12,428 16,769 4,466 7,724 Воспламеняющиеся газы (%объемн.)

по отношению к общему объему газов Воспламеняющееся вещество

(%масс.) по отношению ко всей массе летучих веществ

(Dry material

to500С)

Целлю-

Летучее вещество,%масс.

Газ, куб. см на 100 г. смеси

Крахмал

лоза

48,8 56,1 96,1 72,6

15,4 19,0 73,3 35,4

Воздушно-сухое вещество,

нагреваемое до450С

(Air-dried material to 450С)

Питтсбургский

каменный уголь

Вайомингский

каменный уголь

Распределение теплоты между горючей и негорючей составными частями пшеничной пыли элеватора может быть определено описанным ниже способом. Можно принять,

122

что пыль содержит 9 % влаги, 19 % золы и 72 % горючего вещества.

Горючая составная часть пшеничной пыли из элеватора распадается на составляющие приблизительно при 150 С. Количество теплоты, поглощаемой влагой, компонентами золы и негорючими составными частями, при нагревании 1 г пыли от 20 до 150 С можно выразить следующим образом.

1. Количество теплоты, поглощенное 0,09 г влаги:

0,09 · (100 – 20) + 0,09 · 537 +

+ 0,09 · (150 – 100) · 0,465 = 57,62 калорий.

2. Количество теплоты, поглощенное 0,19 г золы:

0,19 · (150 – 20) · 0,25 = 6,175 калорий.

Отсюда количество теплоты, поглощенное негорючими веществами в целом, составляет 63,80 калорий.

3. Количество теплоты, поглощенное горючими состав-

ными частями:

0,72 · 0,35 · (150 – 20) = 32,76 калорий.

Таким образом, отношение количества теплоты, поглощенной негорючими составными частями пыли, к количеству теплоты, поглощенной горючим веществом ее,

63, 80

1, 9 .

32,76

Как следует из приведенных выше расчетов, в нашем примере 64 % тепла, поглощаемого пылью, поглощается влагой и золой.

В табл. 6.6 приведены данные, иллюстрирующие замедляющее влияние негорючей части рисовой пыли на ее воспламеняемость, определяемую давлением, возникающим при взрыве пыли. Хотя высокое содержание негорючего вещества в данной пыли и снижает ее воспламеняемость, однако содержание золы, которая может присутствовать во взрывоопасной пыли, варьируется в весьма широких пределах.

123

Так, рисовая пыль может содержать до 57 % золы и при этом все же сохранять свою воспламеняемость, в то время как угольная пыль при содержании в ней 4 % золы становится невоспламеняемой. Вообще говоря, чем больше инертного вещества содержится в пыли, тем больше должно быть количество вещества (основного), необходимого для распространения воспламенения. Так, нижний предел концентрации маисовой и пшеничной элеваторной пыли, из которых первая содержит 13,41 %, а вторая – 18,17 % золы, составляет 10,2 мг на 1 л воздуха, в то время как крахмал, содержащий 0,12 % золы, легко взрывается при его содержании 7 мг на 1 л воздуха.

Таблица 6.6

Влияние содержания золы на воспламеняемость пыли

Вид пыли

Рисовая полировочная пыль изколлектора вокруг полировочного аппарата

Рисовая полировочная пыль изполировочного аппарата

Пыль рисовых отрубей 8,7 21,49

Рисовая пыль от очистки риса 7,9 29,33

Рисовая пыль 7,1 35,52

Пыль циклона из приемного аспиратора необработанного риса

Рисовая пыль с клипперов 3,9 50,40

Рисовая пыль с решета 4,8 53,40

Рисовая пыль из ящика, помещенного над циклоном приемного аспиратора

Давление при взрыве пыли,

английские фунты на кв.дюйм

9,3 7,05

10,1 8,06

0,0 47,67

4,8 56,77

124

Содержание

золы,

%масс.

Увлажнение горючей пыли или добавление к ней какойнибудь инертной пыли для предотвращения возгорания широко практикуется на некоторых «пыльных» производствах, например в каменноугольной промышленности. Подробное обсуждение этого вопроса отнесено к разделу 8, в котором рассказывается о мерах предотвращения взрывов каменноугольной пыли.

6.5. Состав атмосферы

При понижении содержания кислорода в воздухе понижается и воспламеняемость данной пыли; она повышается при увеличении содержания кислорода и достигает своего максимума в чистом кислороде. При некоторой минимальной концентрации кислорода, специфичной для каждого типа пыли, пылевое облако больше не воспламеняется. В серии опытов, проведенных бюро САСШ, сферическая камера, изображенная на рис. 5.2, наполнялась воздухом, содержащим азот и различные количества кислорода и углекислого газа. Содержание азота во всех опытах равнялось 79 %, остальные 21 % составляла смесь кислорода и углекислого газа, взятых в разных пропорциях.

На рис. 6.1 приведены кривые зависимости давления, образующегося при взрыве различных видов пыли, от содержания кислорода в воздухе.

Из рис. 6.1 следует, что воспламеняемость всякой пыли, определяемая величиной «взрывного» давления, резко падает при понижении содержания кислорода в воздухе. Следует отметить, что минимальное содержание кислорода, при котором еще возможно распространение горения, различна для разных видов пыли. Так, пшеничная мука воспламеняется в воздухе, содержащем только 11 % кислорода, в то время как битуминозная каменноугольная пыль перестает быть воспламеняемой, если воздух содержит менее 18 % кислорода.

Некоторые исследователи полагали, что на некоторых производствах взрыв пыли может быть предотвращен пони-

125

жением до нужного предела содержания кислорода в воздухе, например, добавлением к воздуху дымовых газов. Такой прием практикуется на некоторых мельницах – топочный газ вводится в дезинтегратор или мельницу, и образующаяся пыль оказывается взвешенной в атмосфере, столь бедной кислородом, что горение ее становится невозможным. Невозможность применения этого метода к атмосфере, которой дышат люди или животные, совершенно очевидна. Это относится, например, к каменноугольным шахтам.

Давление в английских фунтах на кв. дюйм

10 12 14 16 18 20 22

Содержание О2, %

Рис. 6.1. Кривые зависимости давления взрывной волны от содержания кислорода в воздухе для различных видов

пыли: 1 – белый декстрин; 2 – пшеничный крахмал;

3 – элеваторная пыль овса и маиса; 4 – пыль пшеничного

элеватора; 5 – пыль питтсбургского каменного угля;

6 – пшеничная мука

Гарджер (J. Harger) высказался [16] за снижение содержания кислорода в воздухе шахт до 17 % в целях полного исключения возможности взрыва угольной пыли (прил. 4).

126

Выше уже говорилось о том, что воспламеняемость пыли повышается введением хотя бы и незначительных количеств легковоспламеняющегося газа, такого как, например, метан или водород.

6.6. Характер источника нагревания

С практической точки зрения, наибольшее значение имеет, быть может, определение условий, при которых создается возможность возгорания пыли. Температура воспламенения, т.е. температура, которую должен приобрести сам источник нагревания для того, чтобы обеспечить возгорание облака пыли, зависит в значительной мере от характера этого источника, в особенности от поверхности соприкосновения и от длительности соприкосновения его с данной пылью. Источнику нагревания свойственен не только фактор интенсивности, т.е. его температура, но еще и фактор емкости, определяемый количеством теплоты, отдаваемой им в единицу времени. Чтобы вызвать воспламенение пылевых частиц, необходимо нагреть их до некоторой минимальной температуры. Во время нагревания пылевые частицы теряют теплоту в результате излучения и теплопередачи, передавая ее ближайшим слоям облака. Если скорость нагревания этих частиц так мала, что тепло теряется излучением почти так же быстро, как оно поступает от источника воспламенения, то частицы вряд ли смогут нагреться до температуры, достаточной для воспламенения.

Очевидно, что источник нагревания может передать теплоту частицам либо посредством теплопередачи, либо излучением. Если источник нагревания обладает очень высокой температурой, но действует в течение короткого времени, например он представлен электрической искрой, то теплота передается преимущественно излучением и общее количество теплоты, сообщенной данной частице за время действия искры, должно быть весьма незначительным. Если же источником нагревания является светящееся пламя или накален-

127

ная поверхность значительной протяженности, например раскаленный до красного каления железный лист, то имеет место сильное излучение, нагревающее даже далеко отстоящие от источника частицы пылевого облака. Следовательно, в этом случае происходит еще и предварительное нагревание частиц, которые в силу этого обстоятельства легче воспламеняются, когда волна горения доходит до них. Если источником нагревания является не излучающее видимый спектр пламя, например бунзеновская горелка, или довольно сильно нагретая поверхность значительных размеров, например незащищенная электрическая лампочка, то в таких случаях тепло передается преимущественно посредством теплопередачи. Температура источников нагревания такого рода, вероятно, во всех случаях ниже температуры электрической искры, но количество теплоты, сообщаемой этими источниками частицам в течение одного и того же периода времени, гораздо больше.

Опыт показывает, что почти всегда воспламенение пылевого облака скорее наступает от действия обладающих сравнительно невысокой температурой крупных источников нагревания, чем от меньших по размеру и кратковременно действующих источников, хотя бы они и имели температуру более высокую. Так, опыты по воспламенению различных видов пыли показали, что при использовании в качестве источников нагревания вольтовой дуги, керосиновой лампы и свечи легкость воспламенения и сила получающегося взрыва для каждого вида пыли были весьма различны. Рисовая пыль, легко взрывавшаяся от пламени свечи, не воспламенялась от вольтовой дуги. Каменноугольная пыль, слабо воспламенявшаяся от вольтовой дуги, от пламени свечи взрывалась с большой силой. С другой стороны, мука давала взрыв при любом из двух названных источников нагревания. Маисовая элеваторная пыль, не воспламенявшаяся ни от вольтовой дуги, ни от пламени свечи, загоралась от пламени керосиновой лампы, но без распространения горения на все облако.

128

В табл. 6.7 приведены минимальные значения концентрации для некоторых видов пыли, при которых возможен взрыв, при трех различных способах нагревания: 1) раскаленным телом, например спиралью из платиновой проволоки, нагретой до красного каления; 2) вольтовой дугой;

3) искрой, полученной от индукционной катушки. Во всех случаях минимум становится еще ниже, если источником нагревания служит раскаленное тело, а не вольтова дуга или электрическая искра.

Таблица 6.7

Минимальная концентрация различных видов пыли,

способная вызвать взрыв

Минимальное значение концентрации пыли, мг на1л воздуха,

Вид пыли

Алюминий 7,0 7,0 13,7

Крахмал 7,0 10,3 13,7

Сера 7,0 13,7 13,7

Маисовая пыль 10,3 10,3 13,7

Пшеничная пыль 10,3 10,3

Сахар 10,3 17,2 34,4

Каменный уголь 17,2 24,1 Нет возгорания

Раскаленным

телом

при различных способах нагревания

Вольтовой дугой

Искрой от тока индукционной

катушки

Не дает хорошего

распространения

В классификации, приведенной в табл. 5.2, даны минимальные значения температуры, при которых воспламеняются различные рассеянные в воздухе виды пыли, если дать ей падать через нагретую до определенной температуры фарфоровую трубку, содержащую спираль из медной сетки. В этих случаях воспламенение облегчалось тем, что все облако подвергалось нагреванию. Чтобы вызвать воспламенение той же пыли при нагревании в одной точке, понадобилась бы более высокая начальная температура или, иначе говоря, более горячий источник нагревания. Рассмотрим различные пути воспламенения пыли.

129

Самовоспламенение. Некоторые виды пыли способны при определенных условиях самовоспламеняться. Явление это может быть вызвано повышением температуры пыли, обусловленным интенсивно протекающим ее окислением, или электрической искрой, возникающей при разряде статического электричества, которым были заряжены некоторые пылевые частицы и которое накапливалось в какой-то момент в системе.

Тепловое воспламенение. Окисление большинства видов пыли протекает при нормальной температуре так медленно, что вся теплота реакции рассеивается излучением и теплопередачей так же быстро, как и образуется. Следовательно, при рассеянии такой пыли в воздухе она окисляется без всякого повышения температуры. Таким образом, у подобных видов пыли самовоспламенение не может произойти.

Некоторые виды пыли, однако, окисляются так быстро, что происходит их нагрев. Например, почти все типы только что добытого и сильно размельченного каменного угля легко поглощают кислород из воздуха. Скорость окисления разных типов угля различна, она зависит от химических и физических свойств угля, а также и от температуры, при которой он приходит во взаимодействие с кислородом воздуха.

Из всех составных частей угля – фюзена, витрена, кларена и дюрена, фюзен легче других адсорбирует кислород при нормальной температуре, по-видимому, вследствие некоторой особенности физического строения. Имеются наблюдения, что в некоторых угольных пластах при добыче угля, прилегающего к включениям вулканических пород, он так «жадно» адсорбирует кислород, что наступает его воспламенение. По всей вероятности, имевший в отдаленные времена место нагрев угля вулканическими породами без доступа кислорода привел к частичному разложению и перегонке летучих компонентов угля. В результате образовался сухой пористый продукт, обладающий более низкой удельной теплоемкостью, чем исходный уголь. По причине полу-

130

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1913 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]