粉塵爆炸就是懸浮物於空氣中的粉塵顆粒與空氣中的氧氣充分接觸，在特定條件下瞬時完成的氧化反應，反應中放出大量熱量，進而產生高溫、高壓的現象。任何粉塵爆炸都必須具備這樣三個條件：點火源；可燃細粉塵；粉塵懸浮於空氣中且達到爆炸濃度極限範圍。
基本介紹
- 中文名：防爆除塵器
- 特點：產生高溫、高壓
- 作用：如何防止粉塵爆炸
- 時間：1963年
防爆袋式除塵器如何防止粉塵爆炸
1、粉塵爆炸的特點
(1)粉塵爆炸要比可燃物質及可燃氣體複雜一般地，可燃粉塵懸浮於空氣中形成在爆炸濃度範圍內的粉塵雲，在點火源作用下，與點火源接觸的部分粉塵首先被點燃並形成一個小火球。在這個小火球燃燒放出的熱量作用下，使得周圍臨近粉塵被加熱、溫度升高、著火燃燒現象產生，這樣火球就將迅速擴大而形成粉塵爆炸。
粉塵爆炸的難易程度和劇烈程度與粉塵的物理、化學性質以及周圍空氣條件密切相關。一般地，燃燒熱越大、顆粒越細，活性越高的粉塵，發生爆炸的危險性越大；輕的懸浮物可燃物質的爆炸危險性較大；空氣中氧氣含量高時，粉塵易被燃點，爆炸也較為劇烈。由於水分具有抑制爆炸的作用，所以粉塵和氣體越乾燥，則發生爆炸的危險性越大。
(2)粉塵爆炸發生之後，往往會產生二次爆炸這是由於在第一次爆炸時，有不少粉塵沉積在一起，其濃度超過了粉塵爆炸的上限濃度值而不能爆炸。但是，當第一次爆炸形成的衝擊波或氣浪將沉積粉塵重新揚起時，在空中與空氣混合，濃度在粉塵爆炸範圍內，就可能緊接著產生二次爆炸。第二次爆炸所造成的災害往往比第一次爆炸要嚴重得多。
國內某鋁品生產廠1963年發生的塵爆炸事故的直接原因是排風機葉輪與吸入口端面摩擦起火引起的。風機吸入口處的蝦米彎及褲衩三通氣流不暢，容易積塵。特別是停機時更容易滯留粉塵，一旦啟動，沉積的粉塵被揚起，很快達到爆炸下限，引起粉塵爆炸。
(3)粉塵爆炸的機理可燃粉塵在空氣中燃燒時會釋放出能量，井產生大量氣體，而釋放出能量的快慢即燃燒速度的大小與粉體暴露在空氣中的面積有關。因此，對於同一種固體物質的粉體，其粒度越小，比表面積則越大，燃燒擴散就越快。如果這種固體的粒度很細。以至可懸浮起來，一旦有點火源使之引燃，則可在極短的時間內釋放出大量的能量。這些能量來不及散逸到周圍環境中去，致使該空間內氣體受到加熱並絕熱膨脹，而另一方麵粉體燃燒時產生大量的氣體，會使體系形成局部高壓，以致產生爆炸及傳播，這就是通常稱作的粉塵爆炸。
(4)粉塵爆炸與燃燒的區別大塊的固體可燃物的燃燒是以近於平行層向內部推進，例如煤的燃燒等。這種燃燒能量的釋放比較緩慢。所產生的熱量和氣體可以迅速逸散。可燃性粉塵的堆狀燃燒，在通風良好的情況下形成明火燃燒，而在通風不好的情況下。可形成無煙或焰的隱燃。
可燃粉塵燃燒時有幾個階段：第一階段，表麵粉也被加熱；第二階段，表面層氣化，溢出揮發分；第三階段，揮發分發生氣相燃燒。
超細粉體發生爆炸也是一個較為複雜的過程，由於粉塵雲的尺度一般較小，而火焰傳播速度較快，每秒幾百米，因此在粉塵中心發生火源點火，在不到0.1s的時間內就可燃遍整個粉塵雲。在此過程中，如果粉塵已燃盡，則會生成最高的壓強；若未燃盡，則生成較低的壓強。可燃粒子是否能燃完，取決於粒子的尺寸和燃燒深度。
(5)可燃粉塵分類粉體按其可燃性可劃分為兩類：一類為可燃；一類為非可燃。可燃粉體的分類方法和標準在不同的國家有所不同。
美國將可燃粉體劃為Ⅱ級危險品，同時又將其中的金屬粉、含碳粉塵、穀物粉塵列入不同的組。美國制定的分類方法是按被測粉體在標準試驗裝置內發生粉塵爆炸時所得升壓速度來進行分類，並劃分為三個等級。我國目前尚未見到關於可燃粉塵分類的現成標準。
2、粉塵濃度和顆粒對爆炸的影響
(1)粉塵濃度可燃粉塵爆炸也存在粉塵濃度的上下限。該值受點火能量、氧濃度、粉體粒度、粉體品種、水分等多種因素的影響。採用簡化公式，可估算出爆炸極限，一般而言粉塵爆炸下限濃度為20～60g/m3，上限介於2～6kg/m3。上限受到多種因素的影響，其值不如下限易確定，通常也不易達到上限的濃度。所以，下限值更重要、更有用。
從物理意義上講，粉塵濃度上下限值反映了粒子間距離對粒子燃燒火焰傳播的影響，若粒子間距離達到使燃燒火焰不能延伸至相鄰粒子時，則燃燒就不能繼續進行(傳播)，爆炸也就不會發生；此時粉塵濃度即低於爆炸的下限濃度值。若粒子間的距離過小，粒子間氧不足以提供充分燃燒條件，也就不能形成爆炸，此時粒子濃度即高於上限值。
(2)粉體粒度可燃物粉體顆粒大於400um時，所形成的粉塵雲不再具有可爆性。但對於超細粉體當其粒度在10um以下時則具有較大的危險性。應引起注意的是，有時即使粉體的平均粒度大於400um，但其中往往也含有較細的粉體，這少部分的粉體也具備爆炸性。
雖然粉體的粒度對爆炸性能影響的規律性並不強，但粉體的尺寸越小，其比表面就越大，燃燒就越快，壓強升高速度隨之呈線性增加。在一定條件下最大壓強變化不大，因為這是取決於燃燒時發出的總能量，而與釋放能量的速度並無明顯的關係。
3、粉塵爆炸的技術措施
燃燒反應需要有可燃物質和氧氣，還需要有一定能量的點火源。對於粉塵爆炸來說應具備三個要素：點火源；可燃細粉塵；粉塵懸浮於空氣中，形成在爆炸濃度範圍內的粉塵雲。這三個要素同時存在才會發生爆炸。因此，只要消除其中一條件即可防止爆炸的發生。在袋式除塵器中常採用以下技術措施。
(1)防爆的結構設計措施本體結構的特殊設計中，為防止除塵器內部構件可燃粉塵的積灰，所有梁、分隔板等應設定防塵板，而防塵板斜度應小於70度。灰斗的溜角大於70度，為防止因兩斗壁間夾角太小而積灰，兩相鄰側板應焊上溜料板，消除粉塵的沉積，考慮到由於操作不正常和粉塵濕度大時出現灰斗結露堵寒，設計灰斗時，在灰斗壁板上對高溫除塵器增加蒸汽管保溫或管狀電加熱器。為防止灰斗蓬料，每個灰斗還需設定倉臂振動器或空氣炮。
1台除塵器少則2～3個灰斗，多則5～8個，在使用時會產生風量不均引起的偏斜，各灰斗內煤粉量不均，H後邊的灰量大。
為解決風量不均勻問題在結構可以採取以下措施：①在風道斜隔板上加擋風板，如圖5—168所示。擋板的尺寸需根據等風量和等風壓原理確定；②再考慮到現場的實際情況的變化，在提升閥桿與閥板之間採用可調，使出口高h為變化值，以進一步修正；③在進風支管設風量調節閥，設備運行後對各箱室風量進行調節。使各箱室風量差別控制在5%以內。
(2)採用防靜電濾袋在除塵器內部，由於高濃度粉塵隨在流動過程中互相摩擦，粉塵與濾布也有相互摩擦都能產生靜電，靜電的積集會產生火花而引起燃燒。對於脈衝清灰方式，濾袋用滌綸針刺氈，為消除滌綸針刺氈易產生靜電不足，濾袋布料中中紡入導電的金屬絲或碳纖維，在安裝濾袋時，濾袋通過鋼骨架和多孔板相連，經過殼體連入車間接地網。對於反吹風清灰的濾袋，已開發出MP922等多種防靜電產品。使用效果都很好。
(3)設定安全孔(閥)為將爆炸局限於袋式除塵器內部而不向其他方面擴展，設定安全孔和必不可少的消火設備，實為重要。設定安全孔的目的不是讓安全孔防止發生爆炸，而是用它限制爆炸範圍和減少爆炸次數。大多數處理爆炸性粉塵的除塵器都是在設定安全孔條件下進行運轉的。正因為這樣，安全孔的設計應保證萬一出現爆炸事故，能切實起到作用；平時要加強對安全孔的維護管理。
破裂板型安全孔是用普通薄金屬板製成。因為袋式除塵器箱體承受不住很大壓力，所以設計破裂板的強度時應使該板在更低的壓力下即被破壞。有時由於箱體長期受壓使鋁板產生疲勞變形以致發生破裂現象，即使這是正常的也不允許更換高強度的厚板。
彈簧門型安全孔是通過增減彈簧張力來調節開啟的壓力。為了保證事故時門型孔能切實起到安全作用，必須定期對其進行動作試驗。
安全孔的面積應該按照粉塵爆炸時的最大壓力、壓力增高的速度以及箱體的耐壓強度之間的關係來確定，但目前尚無確切的資料。要根據袋式除塵器的形式、結構來確定安全孔面積的大小、我們認為對中小型除塵器安全孔與除塵器體積之比為1/10～1/30，對大中型除塵器其比值為1/30～1/60較為合適。遇到困難時，要適當參照其他裝置預留安全防爆孔的實際確定。
①防爆板防爆板是由壓力差驅動、非自動關閉的緊急泄壓裝置，主要用於管道或除塵設備，使它們避免因超壓或真空而導致破壞。與安全閥相比，爆破片具有泄放面積大、動作靈敏、精度高、耐腐蝕和不容易堵塞等優點。爆破片可單獨使用，也可與安全閥組合使用。
防爆板裝置由爆破片和夾持器兩部分組成，夾持器由Q235、16Mn或OCr13等材料製成，其作用是夾緊和保護防爆板，以保證爆破壓力穩定。防爆板由鋁、鎳、不鏽鋼或石墨等材料製成，有不同形狀：拱形防爆板的凹面朝向受壓側，爆破時發生拉伸或剪下破壞；反拱形防爆板的凸面朝向受壓側，爆破時因失穩突然翻轉被刀刃割破或沿縫槽撕裂；平面形防爆板爆破時也發生拉伸或剪下破壞。
除塵器選擇防爆板的耐壓力應以除塵器工作壓力為依據。因為除塵器本體耐壓要求8000～18000Pa按設定耐壓要求查資料確定泄爆閥膜破裂壓力。
②防爆閥設計安全防爆閥設計主要有兩種：一種是防爆板；另一種是重錘式防爆閥。前一種破裂後需更換新的板，生產要中斷，遇高負壓時，易坯且不易保溫。後一種較前一種先進一些，在關閉狀態靠重錘壓，嚴密性差。上述兩種方法都不宜採用高壓脈衝清灰。為解決嚴密性問題，在重錘式肪爆閥上可設計防爆安全鎖。其特點是：在關閉時，安全門的鎖合主要是通過此鎖，在遇爆炸時可自動打開進行釋放，其釋放力(安全力)又可通過彈簧來調整。為了使安全門受力均衡，一般根據安全門面積需設定4～6個鎖不等。為使防爆門嚴密不漏風可設計成防爆板與安全鎖的雙重結構。
(4)檢測和消防措施為防範於未然，在除塵系統上可採取必要的消防措施。
①消防設施。主要有水、CO2和惰性滅火劑。對於水泥廠主要采甩、CO2，而鋼廠可採用氮氣。
②溫度的檢測。為了解除塵器溫度的變化情況，控制著火點，一般在除塵器入口處，灰斗上分別裝上若干溫度計。
③CO的檢測。對於大型除塵設備因體積較大，溫度計的裝設是很有限的，有時在溫度計測點較遠處發生燃燒現象難於從溫度計上反映出來。可在除塵器出口處裝設一台CO檢測裝置，以幫助檢測，只要除塵器內任何地方發生燃燒現象，煙氣中的CO便會升高，此時把CO濃度升高的報警與除塵系統控制聯銷，以便及時停止系統除塵器的運行。
(5)設備接地措施防爆除塵器因運行安全需要常常露天布置。甚至露天布置在高大的鋼結構上，根據設備接地要求，設備接地避雷成為一項必不可少的措施，但是除塵器一般不設避雷針。
除塵器所有連線法蘭間均增設傳導性能較好的導體，導體形式可做成卡片式。也可做成線條式。線條式導體見圖。卡片式導體見圖。無論採用哪一種形式導體，連線必須牢固，且需表面處埋，有一定耐腐蝕功能。否則都將影響設備接地避雷效果。
(6)配套部件防爆在除塵器防爆措施中選擇防爆部件是必不可少的。防爆除塵器忌諱運行工況中的粉塵竄入電氣負載內誘發誘導產生爆炸危險。除塵器運行時電氣負載、元件在電流傳輸接觸時，甚至導通中也難免產生電擊火化，放電火花誘導超過極限濃度的塵源氣體爆炸也是極易發生的事，電氣負載元件必須全部選用防爆型部件，杜絕爆炸誘導因素產生。保證設備運行和操作安全。例如，脈衝除塵器的脈衝閥、提升閥用的電磁閥都應當用防爆產品。
(7)防止火星混入措施在處理木屑鍋爐、稻殼鍋爐、鋁再生爐和冶煉爐等廢氣的袋式除塵器中，爐子中的已燃粉塵有可能隨風管氣流進入箱體，而使堆積在濾布上的粉塵著火，造成事故。
為防止火星進入袋式除塵器，應採取如下措施：
①設定預除塵器和冷卻管道。圖為設有旋風除塵器或惰性除塵器作為預除塵器，以捕集粗粒粉塵和火星。用這種方法太細的微粒火星不易捕集，多數情況下微粒粉塵在進入除塵器之前能夠燃盡。在預除塵器之後設定冷卻管道，並控制管內流速，使之儘量低。這是一種比較可靠的技術措施，它可使氣體在管內有充分的停留時間。
②玲卻噴霧塔。預先直接用水噴霧的氣體冷卻法。為保證袋式除塵器內的含塵氣體安全防火，冷卻用水量是控制供給的。大部分燃燒著的粉塵一經與微細水滴接觸即可冷卻，但是水滴卻易氣化，為使尚未與水滴接觸的燃燒粉塵能夠冷卻，應有必要的空間和停留時間。
在特殊情況下，採用噴霧塔、冷卻管和預除塵器等聯合併用，比較徹底地防止火星混入。
③火星捕集裝置見圖。在管道上安裝火星捕集裝置是一種簡便可行的方法。還有的在火星通過捕集器的瞬間，可使其發出電氣信號，進行報警。同時，停止操作或改變氣體迴路等。
火星捕集器設計要求如下：
a、火花捕集器用於高溫煙氣中的火花顆粒捕集時，設備主體材料一般採用15Mo3或16Mo，對粱、柱和平台梯子等則採用Q235，火花捕集器作為煙氣預分離器時除旋轉葉片一般採用15Mn外，其他材料可採用Q235；
b、設備進出口速度一般在18～25m/s之間；
c、考慮粉塵的分離效果。葉片應一定的耐磨措施和恰當的旋轉角度；
d、設備結構設計要考慮到高溫引起的設備變形。
(8)控制入口粉塵濃度和加入不燃性粉料袋式除塵器在運轉過程中，其內部濃度分布不可避免地會使某部位處於爆炸界限之內，為了提高安全性，避開管道內的粉塵爆炸上下限之間的濃度。例如，對於氣力輸送和粉碎分級等粉塵收集工作中，從設計時就要注意到，使之在超過上限的高濃度下進行運轉；在局部收集等情況下，則要在管路中保持粉塵濃度在下限以下的低濃度。
利用稀釋法防止火災的一例。在收集爆炸性粉塵時，由於設定了吸塵罩，用空氣稀釋了粉塵，在管道中濃度遠遠低於爆炸下限。從系統中間向管道內連續提供不燃性粉料，如黏土、膨潤土等，在除塵器內部對爆炸性粉塵加以稀釋，以便防止發生爆炸和火災的危險。
