堆积状态下木粉最低着火温度的实验研究

第17卷第9期2017年3月1671—1815(2017)09-0317-04科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol. 17 No. 9 Mar. 2017
©2017 Sci. Tech. Engrg.
堆积状态下木粉最低着火温度的实验研究
裴凤娟胡双启！叶亚明
(中北大学化工与环境学院，太原030051)
摘要为了评价堆积状态下木粉的危险性，利用粉尘层最低着火温度测试装置，研究加热板温度，以及堆积厚度对木粉尘层最低着火温度的影响。

测试结果表明：热表面作用下，加热板温度越高木粉层越容易发生燃烧，得到堆积厚度为15 m m时 的木粉最低着火温度为290 °C。

木粉尘层最低着火温度随堆积厚度的增大而降低，当金属环高度$15m m时，木粉尘层最低着火温度保持不变。

关键词木粉尘层最低着火温度加热板温度堆积厚度
中图法分类号H932% 文献标志码B
木粉是一种新型环保原料，广泛应用于医药、养殖、食品、发电、新型复合材料等领域中。

木粉在干燥、细碎、收集的过程中都会有大量的粉尘出
现[1，2]。

生产设备和管道热表面上会堆积出木粉层。

如果热表面或者环境温度足够高，木粉尘层会发生缓慢的燃烧。

据统计，美国城市火灾中占60E 部分是由于材料的缓慢燃烧造成的。

根据有关资料显示，纤维类粉尘爆炸事故中，木粉所占的比重最大[3—5]。

因此，在有可燃粉尘积累的场所，设备热表面温度不得超过粉尘层最低着火温度。

粉尘层最低着火温度是指粉尘层在外界能量激发条件下，粉尘温度突变时的最低加热温度。

它是粉尘燃烧的重要特性参数之一，体现粉尘在堆积状态时燃烧的敏感程度，通常情况下燃烧的粉尘层自身不会发生爆炸，但能够成为粉尘爆炸的点火源。

对粉尘层最低着火温度的影响因素有很多，如粉尘粒径、粉尘堆积厚度、空气对流、堆积密度等[6—8]。

笔者重点研究加热板温度以及堆积厚度对木粉尘层最低值着火温度的影响，为木粉的安全生产以及防火防爆提供科学依据。

1实验装置、测试方法和实验样品!1实验装置
利用粉尘层最低着火温度测试装置对堆积状态的木粉进行测试，装置的结构示意图见图1。

主要有三部分构成:测控计算机、加热装置、温度控制装置。

加热板为直径不小于200 mm，厚度不小于20 mm的圆形金属板制成，由控制器调节加热板温度，通过热电偶测得粉尘层实时温度。

图1粉尘层着火温度测试系统结构示意图
Fig. 1 Schematic diagram of thie minimum ignition
tem perature system of dust layers
2016年9月20日收到
第一作者简介&裴凤娟（1990—)，女，河北石家庄人，硕士研究生。

研究方向：防火防爆工程。

E-mail :1010465169@qq. com。

!通信作者简介&胡双启（1962—)，男，博士，博士研究生导师。

研究 方向:兵器安全技术、防火防爆安全技术。

引用格式:裴凤娟，胡双启，叶亚明.堆积状态下木粉最低着火温度 的实验研究[J].科学技术与工程，2017, 17(9):317—320
Pei Fengjuan，Hu Shuangqi，Ye Yaming. Experimental study of tlie min­imum ignition temperature of tlie cumulate wood dust^ J]. Science Tech­nology and Engineering，2017，17(9):317 —320!#测试方法
将一定厚度且内径为100 m m的金属环放置在加热板中间，设定测试温度，开始加热并打开测试软
件收集热板温度变化图。

当温度达到设定温度或上下波动小于5 C时，将测试粉尘迅速加入金属环中，粉尘充满金属环后，用刮板刮平并清除多余粉尘，观察粉尘的温度变化，出现着火的判据是粉尘的温度高出热表面至少50 C。

如果超出30 m in粉层内部没有明显升温，实验停止，更换粉尘，以10 C为步长升高温度继续测试，如果发生着火以10 C为步长降低温度进行测试，直到找到出现着火现象的最低
温
318
科学技术与工程17卷
—
金属板温度 —粉尘温度 —环境温度
度为止[9]。

木粉的最低着火温度介于未出现着火 现象的最高温度和出现着火现象最低热板温度之 间，实验结果取出现着火现象的最低热板温度为粉 尘层的最低着火温度[1&]。

! 3实验样品
样品为杨木粉，将样品过.
I
的金属网，然
后放入真空干燥箱在85 °C
的环境中干燥5 2。

#
实验结果与分析
# 1
加热板温度对木粉尘层最低着火温度的影响
实验条件:样品为烘干的杨木粉;加热板的温度 控制在280、290、300 C %木粉尘层厚度为15 mm 。

力口
热板温度对木粉尘层最低着火温度的影响见图2。

图％表明:在加热板的作用下，粉尘层内部温度 都会发生一个集聚的过程，加热板温度的不同，使得
木粉尘层内部温度变化情况存在差异。

当加热板温
度为％80 C 时，木粉尘层内部温度低于热板温度，没 有发生着火；当加热板温度为％90 C 、300 C 时，粉
尘层内部温度变化较为明显，皆
高出热板温度
50 C
，即发生了着火。

因此得出堆积厚度为15 mm 时
，木粉尘层的最低着火温度为％90 C 。

在金属板热辐射作用下，木粉尘层的燃烧包括
两个阶段:首先，粉尘层的温度逐渐升高，上表面温 度较低，粉尘层下表面和上表面存在温度差，所以热 量传播的较快，水分不断蒸发，粉尘受热发生热解反 应。

其次，能量的传递阶段，木粉颗粒之间存在少量
的氧气可以引发部分氧化反应放出热量，粉尘层内 部热量不断积累，但有一部分热量从堆积木粉边界 散失到周围环境中。

加
热温度为#%80
C
时，金属
板温度较低时，粉尘层内部热量积累和散失达到平 衡，粉尘层内部温度保持恒定木粉尘层不会发生燃
烧。

木粉在堆积状态时，颗粒之间的氧气稀少，只有
金属板的温度足够高才能使得粉尘层上表面达到一 定温度值，与空气的充足氧气接触发生燃烧反应，燃 烧反应随着下表面放出的热量向上传递，直到木粉
燃尽。

加热板温度为$%90C 时木粉尘层内部温度 高于加热板温度50 C ，可认为木粉尘最低着火温度 为 290 C 。

2.2堆积厚度对木粉尘层最低着火温度的影响
实验条件:样品为烘干的杨木粉，金属环的高度 分别为5、12.5、15、17.5、20
mm 。

通过改变金属环
的高度来研究堆积厚度对木粉尘层最低着火温度的 影响规律。

图
3为实验测试结果。

由图3可知
：当
木粉尘层厚度由5
m m 增加到
15
mm ，随着木粉尘层堆积厚度的增加，最低着火温 度从330 C 降低到290 C ，即当木粉尘层厚度小于
340,------------------------------------------------------------------
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
时间/min (b )目标温度290 o C
木粉层厚度
/mm
图
3不同厚度木粉尘层的最低着火温度 Fig. 3 The minimum ignition tem perature of different thickness of wood dust layers
°0 20
40
60
时间
/min (c )目标温度280 o C
图
2加热板温度对木粉尘层最低着火温度的影响Fig. 2 Influence of the heated plate to the minimum
ignition tem perature of wood dust layers
〇§
v /o o o o o o o o o o
^0
505050505
^544332211u k
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$期裴凤娟，等:堆积状态下木粉最低着火温度的实验研究319
15 m m时，木粉尘层的最低着火温度与堆积厚度呈
反比。

木粉尘层厚度由15 m m增大到20 mm，木粉
尘层的最低值着火温度都为290 U，最低着火温度
保持不变。

根据弗朗克-卡米捏次基数％
S =E a2Q
A P/p(- E/R T J/(R T l，)(1)
式（1)中：>为反应活化能;I为指前因子;c为粉尘
试样的特征线性尺寸;'为单位质量粉尘的反应热;
P为粉尘试样的堆积密度;R为通用气体常数;（为
环境温度;+为粉尘试样的导热系数。

其中粉尘试样中心到热表面的最短距离为粉尘
试样的特征线性尺寸C，C越大即木粉堆积厚度越
大，空气较难进入燃烧区，燃烧传播速度较低，粉尘
层的热量损失较小，容易着火[11]。

当堆积厚度小于
15 m m时，厚度越小，粉尘层内部的热积累越少，通
过堆积边界散失到周围环境中的热量越多，因此需
要更多的金属板热量供给才能使得木粉尘层着火。

当堆积厚度大于15 m m时，木粉尘层内部的热积累
足够维持边界向外散失的热量，因此最低着火温度
随着堆积厚度变大而保持不变。

堆积状态下木粉的最低着火温度较低，危险
性高。

在实际生产中，要消除和减少木粉的产生。

将易产生木粉的设备放置在单独设立大房间进行
隔离，设置吸尘、排风等防护措施，及时清理设备
表面、各类管线、电气线缆及房间地面和角落等积
累的木粉，同时控制点火源，控制设备热表面的温
度不能超过280 U，防止机械火花、静电积累与放
电、明火等，使用粉尘防爆型电气设备[12]。

一旦发
生火灾，选择雾化效果较好的喷嘴，防止灭火时因
外力飞散到空气中形成粉尘云，引起二次爆炸造
成更要重的火灾。

3结论
(1)自然对流情况下，加热板温度越高，堆积的 木粉越容易发生燃烧。

当金属环高度为 15 mm时，
测的木粉尘层最低着火温度为290 U。

(2) 木粉堆积厚度为#15 m m时，木粉尘最低 着火温度随堆积厚度的增加而降低；当木粉尘层堆
积厚度$15 m m时，燃烧的粉尘内部集聚的热量足
够维持向外散失的热量，最低着火温度随着堆积厚
度的增大而保持不变。

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PEI Feng-juan,HUShuang-q i! $YEYa-m ing
"School of Chemical Engineering and Environment, North University of China, Taiyuan 030051, P. R. China)
[A b stra ct]In order to evaluate the risl^of the cumulate wood dust,the dust layers test system to research the influence of tlie heated plate temperature and thicknes to the minimum ignition temperature of wood dust layers was used.The results show that：under the effect of heated surface$the higher the heating temperature$the easier the combustion of tlie wood dust layers.And when the bulking thickness is 15 mm$the minimum ignition temperature of tlie wood power layer is290 U.The minimum temperature of wood dust layers increases w it!i the height of metal ring and when the metal ring height $15 mm,minimum ignition temperature of the wood dust layers remains unchanged.
[Key words]wood dust layer minimum ignition temperature heating plate temperature thickness。