冲击波引爆高灰分煤尘的试验研究

资源类型:pdf 资源大小:247.00KB 文档分类:环境科学、安全科学 上传者:纪武昌
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【作者】 高尔新  王礼  刘佳丽  白春华  李伟 

【关键词】冲击波 煤尘 微观研究 

【出版日期】2005-05-10

【摘要】为研究冲击波作用下高灰分煤尘的爆炸特性,利用冲击波引爆煤尘的爆炸试验测试系统,对高灰分煤尘做了冲击波引爆试验研究;用电子显微镜对其爆炸前后特性进行微观研究并对其表面能谱做了分析。结果表明,对高灰分煤尘,在冲击波多次冲击下,煤尘的爆炸特性明显增强,且危险性大大增加。

【刊名】煤质技术

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1 引 言粉尘爆炸研究中 ,粉尘一般分为可燃粉尘和不可燃粉尘 (惰性粉尘 )两类 ;煤尘也分为可燃和不可燃两种。煤尘的可燃与不可燃和其粒径、成分等有关。混合物中的惰性粉尘和灰分有吸热作用 ,当煤粉中灰分在 11%时 ,该煤粉还能引起爆炸 ;而超过 11%达到 15 %~ 30 %时 ,就很难爆炸。本次试验中所用煤尘是灰分为 14 .5 3%的高灰分煤尘。一般认为 ,煤尘的灰分和挥发分是影响其爆炸特性的主要因素 ,高灰分和低挥发分煤尘属难点燃煤尘或弱爆煤尘。该结论对于指导人们区分煤尘的爆炸特性有重要意义 ,但忽略了外界作用下煤尘爆炸特性的改变。本文认为 ,煤尘的表面特征是影响其爆炸特性的重要参数 ,在冲击波多次作用下 ,其表面的着火敏感性将大大提高。2 试验系统的建立本次试验在北京理工大学爆炸灾害预防、控制国家重点实验室内进行。爆炸管内径 0 .35 m、总长4 9 m;由 5节各 9m长的钢管和 2段各 2 m长的短管组成 ,见图 1。3 试 验试验中所用煤尘是灰分为 14 .5 3%的高灰分煤尘 ,采自峰峰矿务局小屯矿煤。其参数如下 :内水图 1  Φ0 .35 m× 4 9m爆炸管结构示意图*——点火源 ;1~ 13——压力传感器 ; ~ ——钢管 (各长 9m)1.15 % ,灰分 14 .5 3% ,挥发分 12 .5 % ,固定碳74 .71% ,焦渣特征 2 ,全硫 1.89% ,高位发热量30 .2 32 k J/ g,低位发热量 30 .0 1k J/ g。灰成分 :Si O25 0 .13% ,Al2 O3 33.4 2 % ,Fe2 O3 6 .5 9% ,Ti O21.85 % ,Ca O 1.2 4 % ,Mg O 0 .4 6 % ,SO3 1.10 %。煤尘粒度为 0 .14 mm。3.1 爆炸试验过程第 1步 ,在管道内隔膜片左边铺撒煤尘 ,然后加隔膜片 ;第 2步 ,将隔膜片右边抽真空 ;第 3步 ,在隔膜片右边充乙炔 ,将气流控制在较小水平 ;当其分压达 8%大气压时 ,停止进气 ;第 4步 ,利用管道内的负压 ,充入空气 ,将流速控制在较低水平 ;当管道内的混合气体压力达到1个大气压时 ,停止进气 ;第 5步 ,等待一会儿 ,让乙炔与空气混合均匀 ,然后采用电点火炬引爆。3.2 扫描电镜对煤尘爆炸特性的微观研究试验前 ,将煤粉研磨成 0 .14 mm微粒。扫描电镜下 ,煤尘呈块状。第 1次引爆后 ,由于热传导和热辐射 ,煤尘表面温度急剧升高 ,达到煤粒的加速分解温度或蒸发温度 ,形成煤尘蒸气或分解气体。同时 ,煤粒本身 ,从表面一直到内部 (直到粒子中心点 ) ,相继发生熔融和气化。照片中 ,可看到明显的烧结现象 ,爆炸后粒子体积比爆炸前增大不少。 3次引爆后 ,烧结的煤尘再次爆炸 ,变得更加破碎。其原因之一是 ,从煤尘粒子表面一直到内部 (直到粒子中心点 ) ,相继发生熔融和气化时 ,迸发出的微小火花成为周围未燃烧粉尘和烧结粉尘的点火源 ,使粉尘着火 ,从而扩大了爆炸 (火焰 )。引爆前第 1次引爆后3次引爆后图 2 爆炸前后高灰分煤尘微观图4 试验分析对煤尘表面做能谱分析 ,可以知道煤尘引爆前后的外部成分 ,并由此得出爆炸过程中煤尘表面的气化熔融情况。爆炸前 ,刚研磨好的煤尘表面能谱见图 3。刚研磨好的煤尘表面 ,C含量最高 ,明显高出其它成分很多倍 ;O、Si、Al、Au的成分相差不大。其中 ,O最多 ,Au最少 ,Fe几乎没有。3次引爆后 ,再对煤尘表面做能谱分析 ,见图 4。可明显看出 ,C的含量显著下降 ;O、 Si、 Al、 Au的含量相对上升了很多 ;Fe的含量明显高。结合上面的电镜分析 ,可以得出 :煤尘中的 C含量最高 ,其中也含有 O、Si和 Al、 Au、 Fe等金属元素。多次引爆后 ,煤尘从表面到内部逐渐气化、熔融 ,C元素逐渐被消耗 ;其它元素含量相对上升。金属元素逐渐累积 ,形成更微小层次的“核”;而且其含量更均匀 ,爆炸性并没有降低 ,反而有所增强。图 3 刚研磨好的煤尘表面能谱图 4  3次引爆后的煤尘表面能谱5 结 论在北京理工大学爆炸灾害预防、控制国家重点实验室内 ,利用冲击波引爆煤尘的试验中 ,研究了高灰分煤尘在多次被引爆中的特性。结果证明 ,随冲击波作用次数增加 ,高灰分、低挥发分煤尘表面到内部 ,逐渐被气化 ,熔融 ,其爆炸特性不断增强。多次作用下 ,煤尘爆炸特性的改变应引起重视。冲击波引爆高灰分煤尘的试验研究@高尔新$中国矿业大学(北京)!北京市100083 教授 @王礼$中国矿业大学(北京)!北京市100083 @刘佳丽$中国矿业大学(北京)!北京市100083 @白春华$北京理工大学!北京市100081 教授 @李伟$北京理工大学!北京市100081冲击波;;煤尘;;微观研究为研究冲击波作用下高灰分煤尘的爆炸特性,利用冲击波引爆煤尘的爆炸试验测试系统,对高灰分煤尘做了冲击波引爆试验研究;用电子显微镜对其爆炸前后特性进行微观研究并对其表面能谱做了分析。结果表明,对高灰分煤尘,在冲击波多次冲击下,煤尘的爆炸特性明显增强,且危险性大大增加。1 Kenneth.L .Cashdollar.Overview of dust exposibilitycharacteristics[J].L ossPrevention in theProcessIndustries,2000,13:183~199. 2 Baek,S.W.,Sichel,M.,andKauffman,C.W.Asym ptotic analysis of the shock waveignition of dustparticles[J].Combustion andFlame,1990,81:219~228. 3 卢鉴章.煤尘的爆炸危险性.工业粉尘防爆与治理.中国科学技术协会学会工作部编[C].中国科学技术出版社.1990年6月.北京理工大学爆炸与安全科学国家重点实验室开放基金资助项目 (KFJJ0 1- 1)

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