可燃粉塵熱解動力學(xué)及陰燃過程模型研究.pdf

1、可燃粉塵火災(zāi)或者爆炸事故常會造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(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，目前對粉塵陰燃過程及粉塵陰燃機理的研究不多，對可燃粉塵陰燃熱解動力學(xué)的研究對于預(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，并分析計算石松子粉的氧化動力學(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陰燃過程的影響;采用三步反應(yīng)動力學(xué)機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)動力學(xué)實驗研究
　　首先在高純氬氣氣氛下對石松子粉、玉米淀粉以及煤粉進(jìn)行熱重分析實驗，從實驗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階段，分析了三種不同粉塵各個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）的氧化特性實驗。采用單個掃描速率法對DSC曲線進(jìn)行了動力學(xué)分析，并獲取了三種粉塵熱解產(chǎn)物的氧化動力學(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法分析計算了石松子粉塵氧化動力學(xué)參數(shù)，計算結(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，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。
　　(2)粉塵陰燃過程實驗研究
　　在粉塵層最低著火溫度測試裝置的基礎(chǔ)上增加了溫度采集系統(tǒng)，設(shè)計了粉塵陰燃過程實驗裝置并進(jìn)行了相關(guān)實驗研究，考察了粉塵厚度以及熱板溫度對石松子粉塵陰燃過程的影響。
　　實驗現(xiàn)象

5、表明粉塵在熱表面上陰燃過程包括兩個階段: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驗表明粉塵厚度對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驗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)生陰燃的時間較短，但熱表面溫度不影響陰燃由粉塵表