可燃粉塵熱解動(dòng)力學(xué)及陰燃過程模型研究.pdf

1、可燃粉塵火災(zāi)或者爆炸事故常會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，由陰燃引起的粉塵火災(zāi)與爆炸事故日益頻繁。由于陰燃過程的復(fù)雜性，目前對(duì)粉塵陰燃過程及粉塵陰燃機(jī)理的研究不多，對(duì)可燃粉塵陰燃熱解動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)于預(yù)防和控制由陰燃引發(fā)的火災(zāi)以及粉塵爆炸事故具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文研究了石松子粉、玉米淀粉和煤粉惰性氣氛下的熱解特性，以及空氣環(huán)境下熱解產(chǎn)物（焦炭）的氧化特性，并分析計(jì)算石松子粉的氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù);研究了熱表面上

2、粉塵陰燃過程以及粉塵厚度和熱表面溫度對(duì)陰燃過程的影響;采用三步反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理建立了粉塵陰燃模型并進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　本文進(jìn)行了以下三方面的研究工作:
　　(1)粉塵熱反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究
　　首先在高純氬氣氣氛下對(duì)石松子粉、玉米淀粉以及煤粉進(jìn)行熱重分析實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)獲取粉塵熱重隨溫度變化曲線。將粉塵在惰性氣氛下的熱解過程分為三個(gè)階段，分析了三種不同粉塵各個(gè)熱解階段的熱解特性。
　　其次進(jìn)行了空氣氣氛下三種粉塵熱解產(chǎn)

3、物（焦炭）的氧化特性實(shí)驗(yàn)。采用單個(gè)掃描速率法對(duì)DSC曲線進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，并獲取了三種粉塵熱解產(chǎn)物的氧化動(dòng)力學(xué)方程:石松子粉 dα/dT=107.04/βα2e-14566/T玉米淀粉 dα/dT=1012.2/βα2e-26299/T煤粉=dα/dT=1012.7/βα2e-27514/T
　　采用Friedman-Reich-Levi法與Flynn-Wall-Ozawa法分析計(jì)算了石松子粉塵氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明石松子粉

4、在轉(zhuǎn)化率為0.1～0.9之間的表觀活化能并不是固定不變的，而是處于70～115kJ/mol這個(gè)范圍內(nèi)。隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化率增加過程中石松子粉活化能呈遞減趨勢(shì)，這表明石松子粉的反應(yīng)活性隨其反應(yīng)率的增加而逐漸增強(qiáng)。
　　(2)粉塵陰燃過程實(shí)驗(yàn)研究
　　在粉塵層最低著火溫度測(cè)試裝置的基礎(chǔ)上增加了溫度采集系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了粉塵陰燃過程實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，考察了粉塵厚度以及熱板溫度對(duì)石松子粉塵陰燃過程的影響。
　　實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

5、表明粉塵在熱表面上陰燃過程包括兩個(gè)階段:陰燃引發(fā)階段和陰燃傳播過程階段。不同厚度石松子粉陰燃過程實(shí)驗(yàn)表明粉塵厚度對(duì)陰燃傳播速率沒有影響，陰燃由粉塵表面向內(nèi)部傳播的過程中，內(nèi)部粉塵受到氧濃度的約束而表現(xiàn)為熱解過程，表面始終具有充裕的氧濃度，因此陰燃區(qū)域首先發(fā)生在表面。不同溫度熱表面陰燃實(shí)驗(yàn)研究表明粉塵陰燃過程的引發(fā)需要一定的外部溫度（25mm厚的石松子粉為＞200℃）。較高的熱板溫度下粉塵發(fā)生陰燃的時(shí)間較短，但熱表面溫度不影響陰燃由粉塵表