3-1燃烧基础知识(9)

b.粉尘爆炸的定义及条件。火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现象，称为粉尘爆炸。粉尘爆炸应具备以下五个基本条件：一是粉尘本身要具有可燃性或可爆性。一般条件下，并非所有的可燃粉尘都能发生爆炸，如无烟煤、焦炭、石墨、木炭等粉尘基本不含挥发分，因此，发生爆炸的可能性较小。二是粉尘为悬浮粉尘且达到爆炸极限。因为沉积粉尘是不能爆炸的，只有悬浮粉尘才可能发生爆炸。粉尘在空气中能否悬浮及悬浮时间长短取决于粉尘的动力稳定性，主要与粉尘粒径、密度和环境温度、湿度等有关。另外，悬浮粉尘与可燃气体一样，只有当其浓度处于一定的范围内才能爆炸。这是因为粉尘浓度太小，燃烧放热太少，难以形成持续燃烧而无法爆炸。而粉尘浓度太大，混合物中氧气浓度就太小，也不会发生爆炸。三是有足以引起粉尘爆炸的引火源。粉尘燃烧爆炸需要经过加热，或熔融蒸发，或受热裂解，放出可燃气体，因此，粉尘爆炸需要较大的点火能，通常其最小点火能量为10 ~ 100 mJ, 比可燃气体的最小点火能量大1001000倍。
四是氧化剂。大多数粉尘需要氧气、空气或其他氧化剂作助燃剂。而对于一些自供氧的粉尘，例如TNT粉尘可以不需要外来的助燃剂。五是受限空间。当粉尘在封闭、半封闭的设备设施及场所或建筑物等受限空间内悬浮，一旦被引火源引燃，受限空间内的温度和压力将迅速升高，从而引起爆炸。但有些粉尘即使在开放的空间内也能引起爆炸，这类粉尘由于化学反应速度极快，其引起压力升高的速率远大于粉尘云边缘压力释放的速率，因此，仍然能引起破坏性的爆炸。例如，2015年6月27日台湾新北市八仙水上乐园可燃性彩色粉尘爆燃事故就是这方面典型的案例。
c.粉尘爆炸的过程。对于像木粉、纸粉等受热后分解、熔融蒸发或升华能释放出可燃气体的粉尘而言，其爆炸形成大致要经历以下过程：第一步，悬浮粉尘在热源作用下温度迅速升高并产生可燃气体；第二步，可燃气体与空气混合后被引火源引燃发生有焰燃烧，火焰从局部传播、扩散；第三步，粉尘燃烧放出的热量，以热传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来的粉尘，这些粉尘受热分解汽化后使燃烧循环进行下去。随着每个循环的逐次进行，其反应速度逐渐加快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。从本质上讲，这类粉尘的爆炸是可燃气体爆炸，只是这种可燃气体“储存”在粉尘之中，粉尘受热后才会释放出来。而对于像木炭、焦炭和一些金属类粉尘而言，其在爆炸过程中不释放可燃气体，它们在接受引火源的热能后直接与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应并着火，产生的反应热使火焰传播，在火焰传播过程中，反应热使周围炽热的粉尘和空气加热迅速膨胀，从而导致粉尘爆炸。