可燃粉塵熱解動力學及陰燃過程模型研究.pdf

1、可燃粉塵火災或者爆炸事故常會造成嚴重的人員傷亡和財產損失，甚至導致災難性的后果，由陰燃引起的粉塵火災與爆炸事故日益頻繁。由于陰燃過程的復雜性，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的研究對于預防和控制由陰燃引發(fā)的火災以及粉塵爆炸事故具有重要的理論意義和應用價值。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)境下熱解產物（焦炭）的氧化特性，并分析計算石松子粉的氧化動力學參數;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;采用三步反應動力學機理建立了粉塵陰燃模型并進行了數值模擬。
　　本文進行了以下三方面的研究工作:
　　(1)粉塵熱反應動力學實驗研究
　　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。
　　其次進行了空氣氣氛下三種粉塵熱解產

3、物（焦炭）的氧化特性實驗。采用單個掃描速率法對DSC曲線進行了動力學分析，并獲取了三種粉塵熱解產物的氧化動力學方程: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參數，計算結果表明石松子粉

4、在轉化率為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。隨著溫度的升高，轉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活性隨其反應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上增加了溫度采集系統(tǒng)，設計了粉塵陰燃過程實驗裝置并進行了相關實驗研究，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部傳播的過程中，內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