1、粉塵爆炸的特點
粉塵爆炸就(jiù)是懸浮物于空氣中的粉塵顆粒與空氣中的氧氣充分(fēn)接觸，在特定條件下(xià)瞬時完成的氧化(huà)反應，反應中放(fàng)出大量熱量，進而産生(shēng)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(huǒ)源；可燃細粉塵；粉塵懸浮于空氣中且達到爆炸濃度極限範圍。
(1)粉塵爆炸要比可燃物質及可燃氣體複雜一(yī)般地，可燃粉塵懸浮于空氣中形成在爆炸濃度範圍内的粉塵雲，在點火(huǒ)源作(zuò)用下(xià)，與點火(huǒ)源接觸的部分(fēn)粉塵首先被點燃并形成一(yī)個小火(huǒ)球。在這個小火(huǒ)球燃燒放(fàng)出的熱量作(zuò)用下(xià)，使得周圍臨近粉塵被加熱、溫度升高、着火(huǒ)燃燒現象産生(shēng)，這樣火(huǒ)球就(jiù)将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(lǐ)、化(huà)學性質以及周圍空氣條件密切相關。一(yī)般地，燃燒熱越大、顆粒越細，活性越高的粉塵，發生(shēng)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(yě)較爲劇烈。由于水分(fēn)具有抑制爆炸的作(zuò)用，所以粉塵和氣體越幹燥，則發生(shēng)爆炸的危險性越大。
(2)粉塵爆炸發生(shēng)之後，往往會産生(shēng)二次爆炸這是由于在第一(yī)次爆炸時，有不少粉塵沉積在一(yī)起，其濃度超過了(le)粉塵爆炸的上(shàng)限濃度值而不能(néng)爆炸。但(dàn)是，當第一(yī)次爆炸形成的沖擊波或氣浪将沉積粉塵重新(xīn)揚起時，在空中與空氣混合，濃度在粉塵爆炸範圍内，就(jiù)可能(néng)緊接着産生(shēng)二次爆炸。第二次爆炸所造成的災害往往比第一(yī)次爆炸要嚴重得多。國内某鋁品生(shēng)産廠1963年發生(shēng)的塵爆炸事(shì)故的直接原因是排風機葉輪與吸入口端面摩擦起火(huǒ)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。特别是停機時更容易滞留粉塵，一(yī)旦啓動，沉積的粉塵被揚起，很快(kuài)達到爆炸下(xià)限，引起粉塵爆炸。
(3)粉塵爆炸的機理(lǐ)可燃粉塵在空氣中燃燒時會釋放(fàng)出能(néng)量，井産生(shēng)大量氣體，而釋放(fàng)出能(néng)量的快(kuài)慢(màn)即燃燒速度的大小與粉體暴露在空氣中的面積有關。因此，對于同一(yī)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(jiù)越快(kuài)。如(rú)果這種固體的粒度很細。以至可懸浮起來，一(yī)旦有點火(huǒ)源使之引燃，則可在極短的時間内釋放(fàng)出大量的能(néng)量。這些(xiē)能(néng)量來不及散逸到周圍環境中去，緻使該空間内氣體受到加熱并絕熱膨脹，而另一(yī)方面粉體燃燒時産生(shēng)大量的氣體，會使體系形成局部高壓，以緻産生(shēng)爆炸及傳播，這就(jiù)是通常稱作(zuò)的粉塵爆炸。
(4)粉塵爆炸與燃燒的區别大塊的固體可燃物的燃燒是以近于平行層向内部推進，例如(rú)煤的燃燒等。這種燃燒能(néng)量的釋放(fàng)比較緩慢(màn)。所産生(shēng)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(hǎo)(hǎo)的情況下(xià)形成明火(huǒ)燃燒，而在通風不好(hǎo)(hǎo)的情況下(xià)。可形成無煙或焰的隐燃。可燃粉塵燃燒時有幾個階段：第一(yī)階段，表面粉也(yě)被加熱；第二階段，表面層氣化(huà)，溢出揮發分(fēn)；第三階段，揮發分(fēn)發生(shēng)氣相燃燒。超細粉體發生(shēng)爆炸也(yě)是一(yī)個較爲複雜的過程，由于粉塵雲的尺度一(yī)般較小，而火(huǒ)焰傳播速度較快(kuài)，每秒(miǎo)幾百米，因此在粉塵中心發生(shēng)火(huǒ)源點火(huǒ)，在不到0.1s的時間内就(jiù)可燃遍整個粉塵雲。在此過程中，如(rú)果粉塵已燃盡，則會生(shēng)成最高的壓強；若未燃盡，則生(shēng)成較低(dī)的壓強。可燃粒子(zǐ)是否能(néng)燃完，取決于粒子(zǐ)的尺寸和燃燒深度。
(5)可燃粉塵分(fēn)類粉體按其可燃性可劃分(fēn)爲兩類：一(yī)類爲可燃；一(yī)類爲非可燃。可燃粉體的分(fēn)類方法和标準在不同的國家有所不同。美國将可燃粉體劃爲Ⅱ級危險品，同時又将其中的金(jīn)屬粉、含碳粉塵、谷物粉塵列入不同的組。美國制定的分(fēn)類方法是按被測粉體在标準試驗裝置内發生(shēng)粉塵爆炸時所得升壓速度來進行分(fēn)類，并劃分(fēn)爲三個等級。我國目前尚未見到關于可燃粉塵分(fēn)類的現成标準。
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(yě)存在粉塵濃度的上(shàng)下(xià)限。該值受點火(huǒ)能(néng)量、氧濃度、粉體粒度、粉體品種、水分(fēn)等多種因素的影響。采用簡化(huà)公式，可估算(suàn)出爆炸極限，一(yī)般而言粉塵爆炸下(xià)限濃度爲20～60g/m3，上(shàng)限介于2～6kg/m3。上(shàng)限受到多種因素的影響，其值不如(rú)下(xià)限易确定，通常也(yě)不易達到上(shàng)限的濃度。所以，下(xià)限值更重要、更有用。從物理(lǐ)意義上(shàng)講，粉塵濃度上(shàng)下(xià)限值反映了(le)粒子(zǐ)間距離對粒子(zǐ)燃燒火(huǒ)焰傳播的影響，若粒子(zǐ)間距離達到使燃燒火(huǒ)焰不能(néng)延伸至相鄰粒子(zǐ)時，則燃燒就(jiù)不能(néng)繼續進行(傳播)，爆炸也(yě)就(jiù)不會發生(shēng)；此時粉塵濃度即低(dī)于爆炸的下(xià)限濃度值。若粒子(zǐ)間的距離過小，粒子(zǐ)間氧不足以提供充分(fēn)燃燒條件，也(yě)就(jiù)不能(néng)形成爆炸，此時粒子(zǐ)濃度即高于上(shàng)限值。
(2)粉體粒度可燃物粉體顆粒大于400um時，所形成的粉塵雲不再具有可爆性。但(dàn)對于超細粉體當其粒度在10um以下(xià)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于400um，但(dàn)其中往往也(yě)含有較細的粉體，這少部分(fēn)的粉體也(yě)具備爆炸性。雖然粉體的粒度對爆炸性能(néng)影響的規律性并不強，但(dàn)粉體的尺寸越小，其比表面就(jiù)越大，燃燒就(jiù)越快(kuài)，壓強升高速度随之呈線性增加。在一(yī)定條件下(xià)最大壓強變化(huà)不大，因爲這是取決于燃燒時發出的總能(néng)量，而與釋放(fàng)能(néng)量的速度并無明顯的關系。
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(yī)定能(néng)量的點火(huǒ)源。對于粉塵爆炸來說應具備三個要素：點火(huǒ)源；可燃細粉塵；粉塵懸浮于空氣中，形成在爆炸濃度範圍内的粉塵雲。這三個要素同時存在才會發生(shēng)爆炸。因此，隻要消除其中一(yī)條件即可防止爆炸的發生(shēng)。在袋式除塵器(qì)中常采用以下(xià)技術措施。
(1)防爆的結構設計措施本體結構的特殊設計中，爲防止除塵器(qì)内部構件可燃粉塵的積灰，所有梁、分(fēn)隔闆等應設置防塵闆，而防塵闆斜度應小于70度。灰鬥的溜角大于70度，爲防止因兩鬥壁間夾角太小而積灰，兩相鄰側闆應焊上(shàng)溜料闆，消除粉塵的沉積，考慮到由于操作(zuò)不正常和粉塵濕度大時出現灰鬥結露堵寒，設計灰鬥時，在灰鬥壁闆上(shàng)對高溫除塵器(qì)增加蒸汽管保溫或管狀電加熱器(qì)。爲防止灰鬥蓬料，每個灰鬥還需設置倉臂振動器(qì)或空氣炮。1台除塵器(qì)少則2～3個灰鬥，多則5～8個，在使用時會産生(shēng)風量不均引起的偏斜，各灰鬥内煤粉量不均，H後邊的灰量大。爲解決風量不均勻問題在結構可以采取以下(xià)措施：①在風道斜隔闆上(shàng)加擋風闆，如(rú)圖5—168所示。擋闆的尺寸需根據等風量和等風壓原理(lǐ)确定；②再考慮到現場的實際情況的變化(huà)，在提升閥杆與閥闆之間采用可調，使出口高h爲變化(huà)值，以進一(yī)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。使各箱室風量差别控制在5%以内。
(2)采用防靜電濾袋在除塵器(qì)内部，由于高濃度粉塵随在流動過程中互相摩擦，粉塵與濾布也(yě)有相互摩擦都能(néng)産生(shēng)靜電，靜電的積集會産生(shēng)火(huǒ)花而引起燃燒。對于脈沖清灰方式，濾袋用滌綸針刺氈，爲消除滌綸針刺氈易産生(shēng)靜電不足，濾袋布料中中紡入導電的金(jīn)屬絲或碳纖維，在安裝濾袋時，濾袋通過鋼骨架和多孔闆相連，經過殼體連入車間接地網。對于反吹風清灰的濾袋，已開發出MP922等多種防靜電産品。使用效果都很好(hǎo)(hǎo)。
(3)設置安全孔(閥)爲将爆炸局限于袋式除塵器(qì)内部而不向其他方面擴展，設置安全孔和必不可少的消火(huǒ)設備，實爲重要。設置安全孔的目的不是讓安全孔防止發生(shēng)爆炸，而是用它限制爆炸範圍和減少爆炸次數。大多數處理(lǐ)爆炸性粉塵的除塵器(qì)都是在設置安全孔條件下(xià)進行運轉的。正因爲這樣，安全孔的設計應保證萬一(yī)出現爆炸事(shì)故，能(néng)切實起到作(zuò)用；平時要加強對安全孔的維護管理(lǐ)。破裂闆型安全孔是用普通薄金(jīn)屬闆制成。因爲袋式除塵器(qì)箱體承受不住很大壓力，所以設計破裂闆的強度時應使該闆在更低(dī)的壓力下(xià)即被破壞。有時由于箱體長期受壓使鋁闆産生(shēng)疲勞變形以緻發生(shēng)破裂現象，即使這是正常的也(yě)不允許更換高強度的厚闆。彈簧門型安全孔是通過增減彈簧張力來調節開啓的壓力。爲了(le)保證事(shì)故時門型孔能(néng)切實起到安全作(zuò)用，必須定期對其進行動作(zuò)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系來确定，但(dàn)目前尚無确切的資料。要根據袋式除塵器(qì)的形式、結構來确定安全孔面積的大小、我們認爲對中小型除塵器(qì)安全孔與除塵器(qì)體積之比爲1/10～1/30，對大中型除塵器(qì)其比值爲1/30～1/60較爲合适。遇到困難時，要适當參照其他裝置預留安全防爆孔的實際确定。
①防爆闆防爆闆是由壓力差驅動、非自動關閉的緊急洩壓裝置，主要用于管道或除塵設備，使它們避免因超壓或真空而導緻破壞。與安全閥相比，爆破片具有洩放(fàng)面積大、動作(zuò)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(yě)可與安全閥組合使用。防爆闆裝置由爆破片和夾持器(qì)兩部分(fēn)組成，夾持器(qì)由Q235、16Mn或OCr13等材料制成，其作(zuò)用是夾緊和保護防爆闆，以保證爆破壓力穩定。防爆闆由鋁、鎳、不鏽鋼或石墨等材料制成，有不同形狀：拱形防爆闆的凹面朝向受壓側，爆破時發生(shēng)拉伸或剪切破壞；反拱形防爆闆的凸面朝向受壓側，爆破時因失穩突然翻轉被刀刃割破或沿縫槽撕裂；平面形防爆闆爆破時也(yě)發生(shēng)拉伸或剪切破壞。除塵器(qì)選擇防爆闆的耐壓力應以除塵器(qì)工作(zuò)壓力爲依據。因爲除塵器(qì)本體耐壓要求8000～18000Pa按設定耐壓要求查資料确定洩爆閥膜破裂壓力。
②防爆閥設計安全防爆閥設計主要有兩種：一(yī)種是防爆闆；另一(yī)種是重錘式防爆閥。前一(yī)種破裂後需更換新(xīn)的闆，生(shēng)産要中斷，遇高負壓時，易坯且不易保溫。後一(yī)種較前一(yī)種先進一(yī)些(xiē)，在關閉狀态靠重錘壓，嚴密性差。上(shàng)述兩種方法都不宜采用高壓脈沖清灰。爲解決嚴密性問題，在重錘式肪爆閥上(shàng)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(fàng)，其釋放(fàng)力(安全力)又可通過彈簧來調整。爲了(le)使安全門受力均衡，一(yī)般根據安全門面積需設置4～6個鎖不等。爲使防爆門嚴密不漏風可設計成防爆闆與安全鎖的雙重結構。
(4)檢測和消防措施爲防範于未然，在除塵系統上(shàng)可采取必要的消防措施。
①消防設施。主要有水、CO2和惰性滅火(huǒ)劑。對于水泥廠主要采甩、CO2，而鋼廠可采用氮氣。
②溫度的檢測。爲了(le)解除塵器(qì)溫度的變化(huà)情況，控制着火(huǒ)點，一(yī)般在除塵器(qì)入口處，灰鬥上(shàng)分(fēn)别裝上(shàng)若幹溫度計。
③ CO的檢測。對于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(shēng)燃燒現象難于從溫度計上(shàng)反映出來。可在除塵器(qì)出口處裝設一(yī)台CO檢測裝置，以幫助檢測，隻要除塵器(qì)内任何地方發生(shēng)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(qì)的運行。
(5)設備接地措施防爆除塵器(qì)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(shàng)，根據設備接地要求，設備接地避雷成爲一(yī)項必不可少的措施，但(dàn)是除塵器(qì)一(yī)般不設避雷針。除塵器(qì)所有連接法蘭間均增設傳導性能(néng)較好(hǎo)(hǎo)的導體，導體形式可做成卡片式。也(yě)可做成線條式。線條式導體見圖。卡片式導體見圖。無論采用哪一(yī)種形式導體，連接必須牢固，且需表面處埋，有一(yī)定耐腐蝕功能(néng)。否則都将影響設備接地避雷效果。
(6)配套部件防爆在除塵器(qì)防爆措施中選擇防爆部件是必不可少的。防爆除塵器(qì)忌諱運行工況中的粉塵竄入電氣負載内誘發誘導産生(shēng)爆炸危險。除塵器(qì)運行時電氣負載、元件在電流傳輸接觸時，甚至導通中也(yě)難免産生(shēng)電擊火(huǒ)化(huà)，放(fàng)電火(huǒ)花誘導超過極限濃度的塵源氣體爆炸也(yě)是極易發生(shēng)的事(shì)，電氣負載元件必須全部選用防爆型部件，杜絕爆炸誘導因素産生(shēng)。保證設備運行和操作(zuò)安全。例如(rú)，脈沖除塵器(qì)的脈沖閥、提升閥用的電磁閥都應當用防爆産品。
(7)防止火(huǒ)星混入措施在處理(lǐ)木屑鍋爐、稻殼鍋爐、鋁再生(shēng)爐和冶煉爐等廢氣的袋式除塵器(qì)中，爐子(zǐ)中的已燃粉塵有可能(néng)随風管氣流進入箱體，而使堆積在濾布上(shàng)的粉塵着火(huǒ)，造成事(shì)故。爲防止火(huǒ)星進入袋式除塵器(qì)，應采取如(rú)下(xià)措施：
①設置預除塵器(qì)和冷卻管道。圖爲設有旋風除塵器(qì)或惰性除塵器(qì)作(zuò)爲預除塵器(qì)，以捕集粗粒粉塵和火(huǒ)星。用這種方法太細的微粒火(huǒ)星不易捕集，多數情況下(xià)微粒粉塵在進入除塵器(qì)之前能(néng)夠燃盡。在預除塵器(qì)之後設置冷卻管道，并控制管内流速，使之盡量低(dī)。這是一(yī)種比較可靠的技術措施，它可使氣體在管内有充分(fēn)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。爲保證袋式除塵器(qì)内的含塵氣體安全防火(huǒ)，冷卻用水量是控制供給的。大部分(fēn)燃燒着的粉塵一(yī)經與微細水滴接觸即可冷卻，但(dàn)是水滴卻易氣化(huà)，爲使尚未與水滴接觸的燃燒粉塵能(néng)夠冷卻，應有必要的空間和停留時間。在特殊情況下(xià)，采用噴霧塔、冷卻管和預除塵器(qì)等聯合并用，比較徹底地防止火(huǒ)星混入。
③火(huǒ)星捕集裝置。在管道上(shàng)安裝火(huǒ)星捕集裝置是一(yī)種簡便可行的方法。還有的在火(huǒ)星通過捕集器(qì)的瞬間，可使其發出電氣信号，進行報警。同時，停止操作(zuò)或改變氣體回路(lù)等。
火(huǒ)星捕集器(qì)設計要求如(rú)下(xià)：
a、火(huǒ)花捕集器(qì)用于高溫煙氣中的火(huǒ)花顆粒捕集時，設備主體材料一(yī)般采用15Mo3或16Mo，對粱、柱和平台梯子(zǐ)等則采用Q235，火(huǒ)花捕集器(qì)作(zuò)爲煙氣預分(fēn)離器(qì)時除旋轉葉片一(yī)般采用15Mn外，其他材料可采用Q235；
b、設備進出口速度一(yī)般在18～25m/s之間；
c、考慮粉塵的分(fēn)離效果。葉片應一(yī)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(qì)在運轉過程中，其内部濃度分(fēn)布不可避免地會使某部位處于爆炸界限之内，爲了(le)提高安全性，避開管道内的粉塵爆炸上(shàng)下(xià)限之間的濃度。例如(rú)，對于氣力輸送和粉碎分(fēn)級等粉塵收集工作(zuò)中，從設計時就(jiù)要注意到，使之在超過上(shàng)限的高濃度下(xià)進行運轉；在局部收集等情況下(xià)，則要在管路(lù)中保持粉塵濃度在下(xià)限以下(xià)的低(dī)濃度。利用稀釋法防止火(huǒ)災的一(yī)例。在收集爆炸性粉塵時，由于設置了(le)吸塵罩，用空氣稀釋了(le)粉塵，在管道中濃度遠遠低(dī)于爆炸下(xià)限。從系統中間向管道内連續提供不燃性粉料，如(rú)黏土(tǔ)、膨潤土(tǔ)等，在除塵器(qì)内部對爆炸性粉塵加以稀釋，以便防止發生(shēng)爆炸和火(huǒ)災的危險。
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