自动着火温度（精选三篇）
自动着火温度 篇1
1 实验装置与材料
1.1 G-G恒温炉测试装置
目前,国际上研究粉尘云着火温度的主要测试装置有Godbert-Greenwald炉、BAM-oven、1.2L炉和6.8L炉。实验选用Godbert-Greenwald恒温炉测试装置(G-G恒温炉测试装置)研究煤尘云着火温度,装置主要由容积为220mL的加热炉、加热控制系统、吹气系统组成。测试装置示意图如图1所示。
1.加热控制器;2.热电偶;3.加热炉;4.观察玻璃管;5.装样室;6.高度抛光板;7.空气存储器;8.电磁阀;9.粉尘扩散开关;10.空气压缩机
图1 G-G恒温炉测试装置示意图
装置测试的恒温范围为0~1 000℃,空气贮存器贮气压力范围在0~100kPa。实验时,空气贮存器存储一定压力的空气,调节实验要求的分散压力,由加热控制器显示加热炉体的实时温度及分散压力,利用贮存的气体将装样室中的煤尘扩散到加热炉的空心炉管中,从玻璃管或加热炉底部的高度抛光板中观察煤尘的燃烧情况。
着火判断依据:若观察到有明显的火焰出现,则视为着火;若火焰出现时间滞后3s以上或只出现少量火星而没有火焰,则视为没有着火。单一温度进行10次实验均未出现明显火焰,则认为不着火。
1.2 煤尘样品
实验所用的煤尘样品从中国山西大同矿区获取,实验开始前,对煤尘样品进行筛分和干燥预处理。
(1)筛分处理。用标准筛对煤尘样品进行筛分,获得平均粒径分别为100、120、150、170、200目的实验样品。
(2)干燥处理。将煤尘样品放入AHX-87安全型烘箱中进行干燥处理,干燥温度控制在70℃,常压干燥6h。煤尘的成分分析如表1所示。
表1 煤尘成分分析
2 实验结果与分析
2.1 分散压力对煤尘云着火温度的影响
称取质量为0.3g(质量浓度为1.364kg/m3)、粒径为200目的煤尘分别在10、20、30、40、50kPa的分散压力下进行实验,实验结果如图2所示。
图2 分散压力对煤尘云着火温度的影响
由图2可知,对固定质量浓度和粒径的煤尘,分散压力在10~50kPa时,随着分散压力增大,煤尘云的着火温度先降低后升高。10~30kPa时,煤尘云的着火温度随着分散压力的增大而降低,降低了33℃;30~50kPa时,煤尘云的着火温度随着分散压力的增大而升高;分散压力为30kPa时,煤尘云的着火温度最小,为621℃,即30kPa的分散压力最有利于煤尘云着火燃烧。
实验结果分析如下:一是10~30kPa时,随着分散压力增加,煤尘因发生团聚而降低比表面积的概率降低,分散更加均匀,有利于与空气中的氧气接触反应,放出更多热量。此外,随着分散压力增加,带入炉体的空气增加,氧气含量更加充足,一定程度上有利于煤尘的完全燃烧,释放更多热量。所以,10~30kPa时,随着分散压力增加,煤尘云的着火温度降低。二是30~50kPa时,随着分散压力增加,煤尘在炉体中的沉降速度加快,缩短了在炉体中的滞留时间,不利于煤尘从炉体环境中吸收热量。此外,因为煤尘很快就从炉体中落下,使得燃烧反应不够充分,放出的热量较少;再则,分散压力增大会带入更多的冷空气,带走更多的热量,使炉体环境的热量流失增大;所以,30~50kPa时,随着分散压力增加煤尘云的着火温度升高。三是30kPa时,煤尘云的着火温度最小,说明此时煤尘分散均匀,滞留时间最佳,所带入空气中的氧气含量充足,反应比较完全,反应释放的热量较多,所以此时煤尘云的着火温度最小。
2.2 质量浓度对煤尘云着火温度的影响
选取粒径为200目的煤尘,在分散压力为30kPa的条件下进行煤尘云质量浓度对着火温度影响的实验,实验结果如图3所示。
图3 质量浓度对煤尘云着火温度的影响
由图3可知,煤尘最低着火温度随着质量浓度的增加先降低后小幅升高,存在着火敏感浓度,即当煤尘的质量浓度为1.364kg/m3时,煤尘云着火温度最小,最易着火,1.364kg/m3即为煤尘云的着火敏感浓度。当浓度低于敏感浓度时,随着煤尘浓度增加,着火温度降低。当浓度高于敏感浓度时,随着煤尘浓度增加,着火温度升高,但增幅较小。
实验结果分析如下:一是浓度低于敏感浓度时,煤尘云的着火温度随着浓度的增加而降低。因为当煤尘浓度较小时,煤尘发生反应所释放的热量较少,需要炉体环境提供更多的热量使煤尘发生燃烧反应。随着煤尘浓度增加,反应释放的热量增加,火焰可以自行传播并将热量辐射给其他颗粒,使发生反应的煤尘颗粒数量增加,从而减少从外界吸收热量,使着火温度降低;二是浓度高于敏感浓度时,煤尘云的着火温度随着浓度的增加而小幅升高。因为当煤尘浓度高于敏感浓度,达到一定数值后,火焰的特性参数与粉尘浓度的关系减弱,分子传输相对于颗粒辐射在火焰传播过程中起主要作用,颗粒辐射的影响较小或几乎不影响,随着浓度继续增加,煤尘云的着火温度变化不大。但是,当煤尘浓度较大时,煤尘颗粒容易发生团聚,使得比表面积变小,不利于火焰的传播和反应的发生,最终使着火温度出现小幅升高。
2.3 粒径对煤尘云着火温度的影响
选取质量浓度为1.364kg/m3的煤尘,在分散压力为30kPa的条件下进行实验,实验结果如图4所示。
图4 粒径对煤尘云着火温度的影响
由图4可知,煤尘云的着火温度随着粒径的减小而降低。当煤尘粒径目数由100目增加到200目时,着火温度降低了80℃。
实验结果分析如下:因为煤尘云颗粒的燃烧反应是发生在粉体颗粒的表面上,在一定粉尘浓度的情况下,粉尘越细,比表面积越大,发生氧化反应的面积就越大,反应变得更加剧烈和完全,反应放出的热量越多,所以煤尘云的着火温度降低。因此,在实际的工业生产过程中,可以通过使小颗粒粉体凝聚成大颗粒粉体的方法来提高粉尘的着火温度,降低粉尘燃烧的危险性。
由于实验条件和实际工业生产条件之间存在一定的差异,通常情况下实验测得的煤尘云着火温度要比实际工业生产过程中相同煤尘所需的温度高一些,以上实验数据在指导实际生产时,还应考虑一定的安全系数,实际生产所用的电气设备最高表面温度应低于实验所得数据的2/3。
3 结论
(1)相同质量浓度和粒径的煤尘,其着火温度随着分散压力的增大先降低后升高。30kPa为最佳分散压力,此时煤尘云的着火温度最小,为621℃,最有利于煤尘云的着火燃烧。
(2)相同粒径和分散压力下,煤尘云的着火温度随着质量浓度的增加先降低后小幅升高,存在着火敏感浓度,即1.364kg/m3。
(3)相同质量浓度和分散压力下,煤尘云的着火温度随着粒径的减小而降低。当煤尘粒径由100目减小到200目时,煤尘云的着火温度降低了80℃。
(4)在煤尘敏感质量浓度1.364kg/m3、粒径200目和30kPa分散压力的实验条件下,煤尘云的着火温度最低,为621℃。在指导煤炭相关行业实际生产过程中所用电气设备的最高表面允许温度时,应取实验所得数据的2/3,即电气设备最高表面温度应不高于414℃。
参考文献
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可以自动调节温度的衣服作文 篇2
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锰粉尘云最低着火温度的实验研究 篇3
在锰粉加工生产过程中,由于是对金属锰片进行直接破碎,会有大量的粉尘产生[1];这些粉尘漂浮在空中形成粉尘云,如果通风不及时,一旦与热源或电火花接触很有可能发生燃烧爆炸的危险[2—5]。最低着火温度是指在含氧氛围中,加热时能达到连续燃烧的最低温度,因此通常将能够影响最低着火温度的条件成为敏感条件[6,7],使用G-G恒温炉分别对质量浓度、分散压力、及惰性粉体对锰粉尘云最低着火温度的影响进行了研究,弥补了对锰金属研究的不足。在实际生产中装置表面的温度不允许超出测得数据的70%[8]。
1 样品及设备
实验使用的锰粉粒度为300 目筛下的,纯度(质量分数) ≥99. 8% ;使用的惰性粉为二氧化硅,纯度(质量分数) ≥99. 8% ,五种规格的二氧化硅粉粒度分别为:200、400、600、800、1 000 目筛下的。两类样品颗粒形状均无规则,实验前在烘箱中进行热干燥处理,干燥的时间为8 h,温度控制在75 ℃。实验室内环境温度(14 ± 2) ℃,湿度为40% ± 3% 。
实验选用的设备为G-G恒温炉测试装置,图1为该装置的示意图。其中加热炉温度的控制范围为0 ~ 1 000 ℃ ,控制精度为 ± 1 ℃ ,容积为220 m L;空气贮存器贮气压力可变范围为0 ~ 0. 1 MPa;压力调节阀用来控制分散压力的大小,分散压力可以根据自己的需求进行调节;加热控制器连接热电偶,能够读出加热炉里的温度值和分散压力值;高度抛光板和观察玻璃管用于观察粉尘的燃烧情况.
1为高度抛光板;2为空气压缩机;3为粉尘扩散开关;4为装样室;5为观察玻璃管;6为热电偶;7为空气贮存器;8为加热炉;9为加热控制器;10为开关;11为电磁阀;12为压力调节阀
2 实验结果
2. 1 分散压力对最低着火温度的影响
实验条件:锰粉的质量浓度取1. 363 g /L,分散压力选取分别为0. 02 MPa、0. 03 MPa、0. 04 MPa、0. 05 MPa、0. 06 MPa、0. 07 MPa。分散压力对最低着火温度影响,如图2 所示。
由图2 可知:质量浓度为1. 363 g /L,分散压力在0. 02 ~ 0. 05 MPa之间锰粉的最低着火温度呈逐渐减小趋势;在0. 05 ~ 0. 07 MPa之间随着压力增大最低着火温度呈上升趋势。在0. 02 ~ 0. 03 MPa、0. 04 ~ 0. 05 MPa、0. 06 ~ 0. 07 MPa之间最低着火温度分别变化了20 ℃、23 ℃、32 ℃,说明在这几个分散压力变化阶段对最低着火温度影响较大;在0. 03 ~0. 04 MPa、0. 05 ~ 0. 06 MPa之间分散压力的变化对最低着火温度作用效果不是很明显,温度分别变化了12 ℃、6 ℃。
分散压力的变化对最低着火温度的影响主要有以下两个方面:第一,分散压力低于0. 05 MPa,由于分散压力过低,当空气将锰粉吹入燃烧炉时,锰粉不能够完全的分散开来,部分锰粉仍处于团聚状态,减小了与空气接触的表面积,增强了颗粒之间的热传递效应,受热缓慢,不利于粉尘局部受热传播火焰;分散压力相对较低导致和锰粉一起喷出的助燃剂含量相对较少,降低了锰粉颗粒与助燃剂分子之间的碰撞机率,自由能减弱,反应速率减慢。第二,分散压力高于0. 05 MPa ,当分散压力过高时,空气流动加快,炉管中的热空气就会被排挤出去,这时温度相对较低的空气需要吸收热量升高温度,导致炉管内的温度降低;压力过高冲击力就会增大,致使锰粉在炉管中停留的时间较短,锰粉来不及进行受热反应。分散压力为0. 05 MPa时,最低着火温度达到最低,最有利于锰粉燃烧。
2. 2 质量浓度对最低着火温度的影响
实验条件:分散压力为0. 05 MPa,锰粉质量浓度的选取分别为:0. 909 g /L、1. 363 g /L、1. 818 g /L、2. 272 g / L、2. 727 g / L、3. 818 g / L。质量浓度对最低着火温度的影响,如图3 所示。
由图3 可知:质量浓度在0. 909 ~ 2. 272 g /L之间最低着火温度逐渐降低; 在2. 272 ~ 3. 818 g /L之间随着质量浓度的增大最低着火温度缓慢升高。在1. 818 ~ 2. 272g / L之间最低着火温度变化了12 ℃ ,而质量浓度为2. 272 g /L和2. 727 g /L时最低着火温度分别为466 ℃、467 ℃,十分接近,所以认为在质量浓度2. 272 g /L时为最敏感浓度。
质量浓度对最低着火温度的影响主要有以下三个方面:第一,质量浓度在0. 909 ~ 2. 272 g /L之间,浓度相对较低,颗粒较为分散,燃烧时不利于火焰的传播,产生的热量也相对较少,颗粒之间主要是靠热辐射来传递能量,因此要发生着火燃烧,必须升高温度;第二,质量浓度在2. 272 ~ 2. 727 g /L之间,锰粉与助燃剂之间接触面积较大,燃烧时产生的热量多,所以最低着火温度最低,这时主要是靠火焰的传播来传递能量,氧化还原反应剧烈;第三,质量浓度在2. 727 ~ 3. 818 g / L之间,此时的分散压力不能够满足将锰粉颗粒均匀分散,同时消耗热量的锰粉颗粒数目变多,两方面因素导致最低着火温度有上升趋势,但变化不大。
2. 3 惰性粉体对最低着火温度的影响
惰化防爆是一种通过向具有燃烧爆炸性粉尘(或气体)中加入一些氮气、二氧化碳、氦气、岩石粉等,使其氧浓度降低到不支持燃烧爆炸程度的一种防爆技术措施[2]。本实验以二氧化硅粉为惰化介质,主要研究惰性粉体的粒度和质量浓度对锰粉最低着火温度的影响。
2. 3. 1 惰性粉体粒度对最低着火温度的影响
实验条件:分散压力取0. 05 MPa,锰粉的质量浓度取1. 818 g /L;二氧化硅粉,粒度为200 目、400目、600 目、800 目、1 000 目,质量浓度均取0. 454 g /L。实验前锰粉分别与不同粒度的二氧化硅粉进行均匀混合。二氧化硅的粒度对最低着火温度的影响,如图4 所示。
由图4 可以看出:最低着火温度随二氧化硅的粒度减小而增大,粒度在200 目最低着火温度为519 ℃ ,粒度在1 000 目最低着火温度达到了766℃ 。因此五种规格的二氧化硅粉,粒度在1 000 目时对锰粉燃烧的抑制效果最明显。
二氧化硅粒度对锰粉最低着火温度的影响主要有以下三个方面:第一,二氧化硅本身属于不可燃物质,当与锰粉一起喷入炉管中时,吸收一定的热量,使炉管内温度降低;第二,在相同质量浓度下二氧化硅粒度越小颗粒越密集,稀释了锰粉尘云浓度,同时阻碍了锰粉颗粒之间的能量传递;第三,锰粉颗粒与二氧化硅颗粒粒度较小,由于静电力的作用,使得部分二氧化硅颗粒吸附在锰颗粒上,包裹在外层的二氧化硅起着一定的屏蔽作用,使锰粉不能与助燃剂接触进行反应。
2. 3. 2 惰性粉体质量浓度对最低着火温度的影响
实验条件:分散压力取0. 05 MPa,锰粉质量浓度取1. 818 g /L;二氧化硅粒度取1 000 目,质量浓度分别选取0. 091 g /L、0. 182 g /L、0. 272 g /L、0. 363g / L、0. 454 g / L、0. 545 g / L。实验前锰粉分别与不同质量浓度的二氧化硅粉进行均匀混合。二氧化硅质量浓度对最低着火温度的影响,如图5 所示。
由图5 可以看出:锰粉质量浓度一定,最低着火温度随二氧化硅质量浓度的增加而升高。在0. 091 ~ 0. 363 g / L之间,最低着火温度处于缓慢增长状态,由486 ℃上升到576 ℃,温度变化了90 ℃。在0. 363 ~ 0. 454 g /L之间,最低着火温度变化明显,两个点之间温度就变化了90 ℃。质量浓度在0. 545 g / L最低着火温度达到最大值为844 ℃ 。
二氧化硅质量浓度对锰粉最低着火温度的影响有以下两个方面:第一,二氧化硅颗粒本身不具有可燃性,质量浓度越大,吸收的热量越多;第二,二氧化硅在锰粉颗粒之间起着阻隔物的作用,二氧化硅质量浓度越大,对火焰的传播甚至热辐射阻隔效果越明显,使得燃烧无法持续进行。当二氧化硅浓度大到一定程度,即使再升高温度也不会发生燃烧。
3 结论
(1) 在环境温度为(14 ± 2) ℃ 湿度为40% ±3% 条件下锰粉最低着火温度随着分散压力的增大先降低后升高,得到分散压力为0. 05 MPa对应的最低着火温度最小为496 ℃。
(2) 分散压力为0. 05 MPa,锰粉最低着火温度随质量浓度的变化而变化,当质量浓度增大时,最低着火温度先降低后升高。得到最敏感浓度值为2. 272 g / L,对应的最低着火温度值最小为466 ℃ 。
(3) 最低着火温度随着惰性物质二氧化硅粒度的减小而升高,在粒度为1 000 目时,最低着火温度为766 ℃,抑制效果最明显。
(4) 当锰粉的粒度一定时,最低着火温度随二氧化硅质量浓度的增大而升高。二氧化硅质量浓度为0. 545 g /L,最低着火温度达到最大为844 ℃。
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