Аэровзвеси воспламеняются и горят аналогично газо-воздушным смесям. Поэтому их пожарная опасность характеризуется такими же параметрами, как и газо-воздушные смеси: нижним концентрационным пределом воспламенения, минимальным взрывоопасным содержанием кислорода, минимальной энергией зажигания, максимальным давлением взрыва и скоростью нарастания давления.
Склонность аэровзвесей к слипанию частиц и их осаждению существенно отличает их от газо-воздушных смесей. Это свойство обусловливает при других равных условиях меньшую вероятность взрыва аэровзвеси по сравнению с вероятностью взрыва неразделимых газо-воздушных смесей; кроме этого, для воспламенения аэровзвеси требуется более высокая энергия зажигания на два порядка выше, чем для газо-воздушных смесей.
Под действием источника зажигания происходит воспламенение пыли в элементарном объеме, из которого образуется фронт пламени.
Процесс воспламенения аэровзвеси протекает в соответствии с тепловой или цепной теорией самовоспламенения. Для большинства органических пылей характерно протекание под воздействием источника зажигания подготовительных процессов, как и для твердых веществ. Затем начинается окисление, достигается температура самонагревания и происходит самовоспламенение.
Пламенное горение пылей обусловлено тем, что они выделяют горючие пары или газы в количестве не ниже нижнего концентрационного предела воспламенения.
Образовавшийся фронт пламени распространяется по аэровзвеси с определенной скоростью, которая зависит от ряда факторов.
U=Тэ43600соТв-То
где — коэффициент Стефана — Больцмана, Втм2 К4; Тэ — эквивалентная температура излучения; сo — объёмная теплоемкость аэрозоля, Джм2 К; Tв- температура воспламенения частиц, К; Т0 — начальная температура аэрозоля, К.
Скорость распространения фронта пламени возрастает с уменьшением объёмной теплоёмкости аэровзвеси и повышением её начальной температуры. Скорость распространения фронта пламени обратно пропорциональна диаметру частиц аэровзвеси.
Давление при взрыве и скорость его нарастания уменьшаются с увеличением размера пылинок. При крупности пылинок 40 — 50 мкм нижний концентрационный предел воспламенения и скорость распространения пламени мало зависят от диаметра, но с увеличением крупности частиц резко возрастает нижний концентрационный предел воспламенения и уменьшается скорость распространения пламени.
Скорость распространения фронта пламени зависит от концентрации пыли. Минимальная скорость распространения пламени достигается при концентрации пыли, на много большей стехиометрической. Это свидетельствует о том, что процесс горения пыли несовершенен, сгорают наиболее мелкие частицы пыли, крупные — не успевают разложиться и лишь обугливаются с поверхности. На рис 39 приведены результаты определения скорости распространения пламени в торфяной пыли.
Рис. 39. Зависимость скорости распространения пламени в торфяных пылях разной дисперсности от концентрации пыли в воздухе.
Как видно из рисунка, максимальная скорость распространения пламени в разных аэровзвесях составляет 16- 22 мс при концентрации торфяной взвесеи в воздухе 1-2 кгм3. Если принять, что теоретически дня сжигания 1 кг торфа требуется 5 м3 воздуха, то в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции концентрация аэровзвеси должна составлять 0,2 кгм3.
Скорость распространения пламени при горении пыли зависит от концентрации кислорода в воздухе. С увеличением
концентрации
О2 скорость распространения пламени возрастает.
Максимальная скорость распространения пламени наблюдается в чистом кислороде.
Температурный режим во фронте пламени и вблизи него аналогичен температурному
режиму для
газо-воздушных смесей рис 40.
Рис. 40.Температурный режим во фронте пламени при горении пыли:
1 — зона продуктов горения; 2 — фронт пламени; 3 — зона самовоспламенения; 4 — зона термического разложения; 5 — зона предварительного прогрева.
Исследование процесса
распространения
пламени
в аэровзвесях угольной пыли показали, что в трубах или штольнях значительной протяженности возникает ударная волна. Установлено, что при горении каменноугольном пыли скорость распространения ударной волны равна 338 мс, скорость движения воздуха за ударной волной 30 мс, скорость пламени 7 мс, скорость сгоревших газов позади пламени 5 мс. Этот режим быстрого распространения пламени, до некоторой степени приближающийся к режиму детонации, обусловлен не теплопроводностью или излучением, а сжатием прилегающих к фронту пламени слоев газа и связанным с ним резким повышением температуры.
В этом случае процесс распространения взрыва, очевидно, будет определяться свойствами газовой фазы, образовавшейся при сгорании аэровзвесей. В условиях производства подобный механизм может наблюдаться при значительных отложениях промышленной пыли, которая обычно имеет высокую степень дисперсности. При возникновении даже самой небольшой локальной вспышки аэрогель быстро переходит во взвешенное состояние, что приводит к образованию вторичного, более сильного взрыва пыли. Взрывная ударная волна опережает фронт пламени, переводя во взвешенное состояние по пути своего движения все большие, и большие количества пыли, подготавливая среду для распространения пламени и таким образом усиливает эффект. Значительное изменение скорости распространения пламени для таких пылей,как каменноугольная, торфяная, древесная, обусловлено различным содержанием в них летучих веществ. На рис. 41 показана зависимость скорости распространения пламени в каменноугольной пыли от содержания в ней летучих веществ и золы.
Рис.41. Зависимость скорости распространения пламени в факеле каменно-угольной пыли с различным содержанием летучих Л, % и золы
А, % от содержания пыли в воздухе.
Из рисунка видно, что увеличение содержания в ней летучих веществ и золы. Из рисунка видно, что увеличение содержания летучих компонентов в пыли и уменьшение в ней золы ведет к увеличению скорости распространения пламени.
При горении аэровзвесей некоторых веществ газообразные продукты не образуются например, при горении алюминия, и объем газообразных продуктов после взрыва равен объему газообразных веществ до реакции. В этом случае увеличение давления при взрыве объясняется лишь нагреванием. Например, если газ имел начальную температуру То 290 и давление Р0 0,1МПа, то при температуре Т1 2290 в том же объеме давление будет
Р1=Р0Т1Т0=0,12290290=0,78МПа
Давление увеличилось в 7,6 раза. Давление, возникающее при взрыве аэровзвесуй твердых веществ, можно рассчитать, воспользовавшись методами, описанными в гл.V.
Давление, возникающее при взрыве аэровзвеси,
сопровождается волной сжатия, скорость распространения которой в окружающей среде может изменяться от нескольких сонтиметровв секунду до нескольких сотен меров секунду. Быстрое нарастание давления взрыва является в большинстве случаев достаточным для разрушения и повреждения оборудования.
Пыль-аэрогель можно представить как твердое вещество в состоянии тонкого измельчения. При ее нагревании возникает окисление, которое при определенной скорости реакции переходит в самовоспламенение и горение. Температура самовоспламенения пыли-аэрогеля и процесс горения ее практически не отличаются от температуры самовоспламенения и характера горения твердого вещества.
3.Пределы воспламенения аэровзвесей
Для быстрого
протекания
реакции
горения
должны быть обеспечены следующие условия:
необходимое для теплообмена сближение диспергированных частиц
выделение за индукционный период достаточного количества горючих газов, окутывающих газовой пленкой каждую частицу
3 ускорение тепловыделения от начала развития реакции окисления до критического его значения, при котором начинается самовозгорание вследствие превышении тепловыделения пад теплоотдачей в окружающую среду.Горение аэровзвеси возникает в результате воспламенения от высокотемпературного источника зажигания. Воспламенение и распространение пламени по всему объему аэровзвеси происходит только в том случае, если ее концентрация находится в диапазоне концентрационных пределов воспламенения.
Наименьшая концентрация пыли в воздухе в гм3 или кгм3, при которой смесь способна воспламеняться от постороннего источника зажигания с последующим распространением пламени на весь объем смеси, называется нижним концентрационным пределом воспламенения аэровзвеси НКПВ. Процесс горения аэровзвеси при такой концентрации характеризуется низкими температурой и давлением, а также малой скоростью распространения пламени. Несмотря на это, нижнему пределу воспламенения придают большое значение, так как он характеризует степень пожаро- и взрывоопасности
12. Горение газов, понятие теплоты сгорания.
13. Пределы воспламенения аэровзвесей.
14. Температура горения.
15. Факторы, влияющие на взрывчатость аэровзвесей
16. Классификация пожароопасных веществ.
17. Состав и свойства твердых горючих веществ.
18. Пожар. Пожарная опасность. Показатели пожарной опасности веществ.
19. Горение древесины.
20. Процесс горения. Условия, необходимые для возникновения горения.
21. Методы определения концентрационных пределов распространения пламени.
22. Скорость химической реакции. Зависимость Аррениуса. Энергия активации.
23. Горение металлов.
24. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.
25. Взрыв. Характерные особенности возникновения и развития.
26. Превращение твёрдых горючих веществ при нагревании.
27. Химический взрыв.
28. Цепная теория горения. Теория Н.Н. Семенова и его учеников.
29. Физический взрыв.
30. Теория самовоспламенения.
31. Дефлаграция (вспышка) при взрыве.
32. Температура самовоспламенения.
33. Детонация.
34. Закон Гесса
35. 1-й закон термодинамики
36. Основные положения МКТГ (молекулярно-кинетической теории газов)
37. Давление, температура, энтальпия и внутренняя энергия
38. Цель и задачи дисциплины «Теория горения и взрыва»
39. Основные физико-химические свойства горючих газов?
40. Основные газовые законы.
41. Реакции горения и их тепловой эффект. Тепловой механизм.
42. Расчет давления при взрыве газов.
43. Распространение пламени в ламинарном потоке.
44. Распространение пламени в турбулентном потоке.
45. Процесс возгорания и воспламенения.
46. Ударная волна. Ударная волна, ее параметры. Энергия и мощность взрыва.
47. Температура самонагревания.
48. Минимальная энергия зажигания.
49. Тепловое самовозгорание.
50. Конденсированные взрывчатые вещества.
51. Микробиологическое самовозгорание.
52. Параметры взрыва и его последствия.
53. Химическое самовозгорание.
54. Взрыв газо- и паро-воздушной смеси.
55. Теория горения газовых смесей. Давление взрыва.
56. Конденсированный взрыв.
57. Концентрационные пределы распространения пламени.
58. Осколочное действие взрыва.
59. Факторы, влияющие на концентрационные пределы воспламенения.
60. Тепловое действие взрыва.