热板条件下粉尘层着火及其蔓延规律研究

在粉体过程工业和煤矿生产过程中，粉尘层焖烧是导致粉尘爆炸事故的主要诱因。有效防控高温热表面引起的粉尘层焖烧是粉尘爆炸防护领域迫切需要研究的一个热点和难点问题。. 本项目通过自制的恒温热板加热装置，采用热电偶束和气体分析仪并结合热分析技术，研究了镁粉、煤粉、玉米淀粉三种可燃粉体热板受热过程中的温度变化规律和可能的气体析出，得到了各粉尘层的最低着火温度等重要研究结果。尤其在该非对称受热条件下粉尘层内优先着火点的发现，为粉尘层焖烧事故的探测预警提供了一种新的实现途径。该点在层内的温度及温升速率最高、温度梯度最大。其位置并非位于粉尘层的几何中心，而是存在于热板和几何中心之间。如镁粉尘层，该点位于距加热表面1/10层厚处。结合SEM/XRD的热分析技术从微观角度验证了上述实验现象，并得出镁粉较高的反应起始温度、较低的活化能、无热解气体等特征使其具有比淀粉、煤粉更难捕捉的预着火现象，且一旦着火将有较快的火蔓延速率。同时，由三种实验粉体的TG/DSC曲线获得的表观活化能也为后续的理论模型提供了重要输入参数。. 在上述实验基础上，提出了粉尘层热板受热的着火理论模型，成功地解释了上述粉尘层的着火与火蔓延等实验现象。对于镁粉，该模型还考虑了现有理论没有涵盖的颗粒熔融与气化。理论模型为粉尘层阴燃着火临界条件与着火概率计算、着火潜伏期预测、工业设备表面最高容许温度的确定等提供了有效的分析工具。. 在完成项目预定内容和目标基础上，扩展性地研究了粉尘层扬起后形成的粉尘云的最低着火温度、氮气浓度对镁粉化学反应动力学的影响、纳米钛粉的燃爆特性及纳米二氧化钛的惰化效果等内容。同时，气固两相惰性介质对粉尘爆炸的惰化效果及化学动力学分析等也进行了探索性地研究，如采用3%Ar-30%CaCO3联合惰化镁粉等。