Расчет минимального взрывоопасного содержания кислорода в аэровзвесях пыли топлива - Окончание

Подробности
Категория: Генерация

Содержание материала

Страница 2 из 2

На графике рис. 2 показана зависимость МВСК для смеси горючих компонентов летучих с воздухом при нагреве пыли топлива марок 2К, КЖ, СС, Т и ЗБ. Данные по составу летучих указанных марок углей заимствованы из [11]. При температуре пыли 300 К минимальное объемное взрывоопасное содержание кислорода (в процентах) для пыли углей марок 2К, КЖ, СС, Т и ЗБ соответственно составляет 9,3; 6,2; 9,5; 5,7 и 7,8. С увеличением температуры пылевоздушной смеси значение минимальной взрывоопасной концентрации кислорода для пыли всех исследованных марок углей уменьшается (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость минимального взрывоопасного содержания кислорода для смеси летучего твердого природного топлива с воздухом при использовании азота в качестве газа-флегматизатора от температуры смеси:
1 - уголь марки 2К; 2 - уголь марки КЖ; 3 - уголь марки СС; 4 - уголь марки Т; 5 - уголь марки ЗБ

В угольной пыли, кроме летучих, имеются кокс и зола, которые в быстротечном процессе взрыва не участвуют или почти не участвуют, но являются балластом, на нагрев которого расходуется часть тепла, образующегося при сгорании летучих, что приводит к повышению значения нижнего предела
распространения пламени μлб, которое вычисляется по выражению [ 10]

где μл= 100( 1260/Qст) - нижний массовый концентрационный предел распространения пламени смеси горючих летучих (без кокса и золы) с воздухом, %; V = 0,01Vdaf(100-Ad), %; Ad - массовая зольность топлива на сухую массу, %.
Значение μ л.б., вычисляемое по выражению (8), имеет размерность массовой доли в процентах или килограмм летучих на килограмм воздуха. Для пересчета нижнего концентрационного предела распространения пламени при горении летучих в присутствии балласта на килограмм воздуха (кг/м3) используется выражение

Результатами экспериментов по взрывам угольной пыли различной степени метаморфизма было доказано, что не все летучие сгорают при взрыве пылевого облака. Количество летучих, участвующих при взрыве пылевого облака при использовании надежного и достаточно мощного источника зажигания, не зависит от степени метаморфизма угля и составляет (с коэффициентом вариации 14,9%) лишь 34,4% общего количества летучих [9]. Исходя из сказанного, значение минимального взрывоопасного содержания кислорода с достаточной для практических целей точностью может быть вычислено по выражению

Рис. 3. Зависимость минимального взрывоопасного содержания кислорода в пылевоздушной смеси при использовании азота в качестве разбавителя от критерия взрываемости:
1 - расчетные точки; 2 - опытные точки цкти

С помощью выражения (10) было рассчитано МВСК для всех видов и марок твердого топлива, характеристики которых даны в [12].
На графике рис. 3 показаны значения МВСК в зависимости от критерия взрываемости Кт. Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода, примерно 4,5%, соответствует пыли фрезерного торфа, характеризующегося значением критерия взрываемости Кт ~ 7,3; для пыли кузнецкого угля марки СС2СС подземной добычи с К ~ 1,02 МВСК составляет 18,8%. На графике рис. 3 нанесены также значения минимального взрывоопасного содержания кислорода, полученные ЦКТИ экспериментальным путем для различных видов и нескольких марок твердого природного топлива [13]. Точки, хотя и с большим разбросом, симметрично расположились относительно аппроксимирующей кривой. Приближенно значение МВСК для пыли природного твердого топлива, фракционный состав которой соответствует проходу через сито с размерами ячеек менее 63 мкм, можно рассчитать по выражению

где- критерий взрываемости пыли природного твердого топлива [14].
Полученные результаты не противоречат зарубежным и отечественным сведениям о значении МВСК для пыли твердого натурального топлива. В зарубежной нормативной литературе распространено правило, согласно которому при объемном содержании кислорода в аэродисперсной системе в количестве 8% горение аэровзвесей органических веществ исключается [8]. В Германии минимальное взрывоопасное содержание кислорода при инертизации пылевоздушной смеси азотом для пыли каменного угля марки Ж с медианным размером частиц 17 мкм составляет 14%, а для пыли бурого угля с размерами частиц менее 63 мкм - 12% [15]. В соответствии с этим предельную объемную концентрацию кислорода при атмосферных условиях предлагают поддерживать для каменных углей на уровне 14% и для бурых - 12%.
Согласно руководящим документам Национальной Ассоциации США по противопожарной защите МВСК для бурых углей со средним диаметром частиц 42 - 66 мкм составляет 12%, для битуминозных углей со средним диаметром частиц 17 мкм - 14%, для брикетов из бурого угля со средним диаметром частиц пыли 51 мкм - 15% при флегматизации пылевоздушной смеси азотом. При флегматизации пылевоздушной смеси диоксидом углерода МВСК составляет 17% для битуминозных углей и 15% для полубитуминозных и бурых углей [16]. TRD 413 (Германия) считает допустимым следующие объемные концентрации кислорода во влажной пылевоздушной смеси: для каменных и бурых углей в системах прямым вдуванием пыли в топку - 12%; в надпылевом пространстве бункера пыли для каменных углей - 12%, а для бурых - 10% [17].
Исследования, проводимые в России, показали, что минимальное взрывоопасное объемное содержание кислорода в аэрозолях горючих органических веществ колеблется в пределах от 18 до 10%; для некоторых веществ МВСК снижается до 7 - 8% [18]. По результатам исследования взрывов пыли каменных, бурых углей и фрезерного торфа авторы [13] предлагают ограничить объемное содержание кислорода в пылегазовой смеси: 10% для торфа, для бурых углей - 13% и каменных - 15%.
Проведенный анализ отечественных и зарубежных публикаций и нормативно-руководящих материалов показал, что рекомендуемые значения МВСК для пылевоздушных смесей одного и того вида природного твердого топлива имеют близкие значения. Этот же анализ показал, что точность определения МВСК для пыли твердого природного топлива, осуществляемая экспериментальным или расчетным путем, находится практически на одинаковом уровне.
Экспериментальные и расчетные методы определения МВСК применяются к пылевому облаку сухой и тонкой пыли, которое создается в объеме реакционной камеры импульсом воздуха, характеризующегося незначительным влагосодержанием, равным примерно 10 г на 1 кг сухого воздуха.

Поэтому полученные результаты определяют создание условий, обеспечивающих взрывобезопасное хранение сухой пыли в пылевых бункерах и емкостях для ее перевозки, а также к системам загрузки и выгрузки пыли путем создания в них инертной атмосферы, концентрация кислорода в которой так мала, что пылевоздушная смесь не может быть зажжена.
В пылеприготовительных установках одновременно с размолом осуществляется сушка топлива. Водяные пары флегматизируют смесь, состоящую из пыли, воздуха или дымовых газов, повышая безопасность эксплуатации, а значение МВСК для такой атмосферы повышается. Возникновение взрывоопасных ситуаций в системах пылеприготовления, как правило, связано с нарушением стационарности режима ее работы, что происходит при пуске, останове пылеприготовительной установки и при несанкционированном прекращении подачи в нее топлива. Длительный опыт эксплуатации систем приготовления пыли на тепловых электростанциях подтверждает, что при концентрации кислорода на сухой объем агента сушки за установкой менее 16% во всех режимах ее работы, включая пуск, останов и обрыв топлива, практически обеспечивается ее взрывобезопасная эксплуатация [19, 20]. Поэтому в “Правилах взрывобезопасности...” в переходных режимах: перед пуском, остановом и при обрыве топлива предусмотрена подача в систему пылеприготовления пара, а в аварийных ситуациях - мелко распыленной воды [14]. Расход пара определяется из условия обеспечения концентрации кислорода в аэросмеси за установкой не более 16% (на сухие газы).
При расчете пылеприготовительных установок следует вычислять объемное содержание кислорода во влажной смеси на выходе из системы пылеприготовления при газовой сушке по выражению (12), при сушке топлива горячим воздухом по выражению (13) [21, 22]

где rперв - доля первичного воздуха от теоретически необходимого количества воздуха для сжигания 1 кг топлива V0, м3/кг; Vг° - объем продуктов сгорания 1 кг топлива при коэффициенте избытка воздуха а = 1, м3/кг; Δ W количество испаренной влаги из 1 кг сырого топлива, кг/кг.

Расчетное значение кислорода во влажной смеси, вычисленное при газовой сушке по выражению (12) или при воздушной сушке топлива по выражению (13), не должно превышать значения минимального взрывоопасного содержания кислорода для пыли данного топлива, вычисленного по выражению (11), т.е.
О2<МВСК.                                                                                  (14)
Значение МВСК, вычисленное по выражению (11) для пыли данного топлива, следует использовать при определении расхода флегматизаторов с учетом его теплоемкости (азота или оксида углерода) для инертизации надпылевого пространства бункера пыли при длительном останове котельной установки.

Список литературы

  1. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
  2. Монахов В. Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. М.: Химия, 1979.
  3. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочник / Под ред. Баратова А. Н., Иванова Е. Н., Корольченко А. Я. М.: Химия, 1987.
  4. Кучер В. М. Проблемы горения и тушения. М., 1968.
  5. Кучер В. М. Пожарная профилактика и тушение пожаров. М.: 1964, вып. 2.
  6. Розловский А. И., Брант Б. Б. О предельной взрывобезопасной концентрации кислорода в смесях с горючим газом. - Химическая промышленность, 1963, № 7.
  7. Graven A. D., Foster М. G. - Combustion and Flame, 1967. Vol. 11.
  8. Полетаев H. Л., Корольченко А. Я. Проблемы оценки взрывоопасности дисперсных материалов. М.: ГИЦ МВД СССР, 1988.
  9. Борьба со взрывами угольной пыли в шахтах / Нецепляев М. И., Любимова А. И., Петрухин Π. М. и др. М.: Недра, 1992.
  10. Толчинский Е. Н., Колбасников В. А. Инженерный метод оценки взрывоопасных свойств пыли энергетических топлив. - Электрические станции, 1999, № 3.
  11. Игшиев В. Г. Борьба с самозгоранием угля в шахтах. - Недра, 1987.
  12. Энергетическое топливо СССР / Вдовченко В. С. и др. М.: Энергоатомиздат, 1991.
  13. Кушнаренко В. В., Гродинская Л. А. Влияние содержания кислорода на взрываемость и самовоспламенение топливной пыли. - Теплоэнергетика, 1987, № 2.
  14. РД 153-34.1-03.352-99. Правила взрывобезопасности топ- ливоподач и установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива. М.: АООТ ВТИ, 2000.
  15. Нормы и правила VDI. VDI 2263. Горение и взрывы пыли. Опасность - оценка - меры защиты / Справочник VDI по чистоте воздуха, т. 6. - Немецкое общество инженеров (VDI), Комиссия VDI по чистоте воздуха.
  16. NFPA 69 (США). Стандарт на системы взрывопредупреждения. 1997.
  17. Vor- TRD 413 Ausriistung - Kolenstaubfeuerungen an Dampfkesseln. Fassg. Sept. 1991.
  18. Корольченко А. Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли. М.: Химия, 1986.
  19. Кисельгоф М. Л. Взрывы угольной пыли в пылеприготовительных установках. М.: Гостранстехиздат, 1937.
  20. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив / Померанцев В. В., Шагалова С. Л., Резник В. А., Кушнаренко В. В. Л.: Энергия, 1978.
  21. Системы пылеприготовления с мельницами-вентиляторами / Волковинский В. А., Роддатис К. Ф., Толчинский Е. Η. М.: Энергоатомиздат, 1990.
  22. Толчинский Е. Н. Определение присосов воздуха в пылесистему с газовой сушкой топлива. - Электрические станции, 1980, № 9.

Еще по теме: