1-饲料加工厂粉尘控制-讲义

《饲料加工厂粉尘控制》
周乃如朱凤德
河南工业大学
讲义提纲
✧饲料加工厂粉尘控制（通风除尘﹑防止粉爆）的重要意义✧粮食粉尘的特性与通风除尘、粉尘爆炸的关系
✧粉尘爆炸机理
✧粉尘控制防尘防爆安全技术的应用
✧设计图
✧标准介绍
1. 饲料加工厂通风除尘防尘防爆工作的重要意义
1.1 粮食粉尘的形成及危害
1.1.1粮食粉尘的产生与分类
夹杂性粉尘；生产、运输过程中的再生性粉尘。

有机性粉尘；无机性粉尘。

悬浮；
积尘。

可燃性粮食粉尘云的形成有两种方式：
尘化作用
积尘
积尘主要来源于：
①悬浮状粉尘云在重力作用下慢慢地降落在地面、墙面、设备、管道的内外表面；
②粉尘从密封不良的设备缝隙处泄漏，降落于地面、设备上；
③设备、管道内因设计不合理或管理不善而造成风量不足，沉积于设备、管道内的粉尘；
④设备、管道内表面粗糙、结构不合理造成通风死角等处滞留形成的积尘；
⑤皮带输送机等输送设备洒落的粉尘；
⑥因粉尘的吸附、粘连作用，沉积在设备、管道内外表面的粉尘；
⑦袋式除尘器的滤袋、集灰箱集结的积尘；
⑧斗式提升机底座因故障造成的积尘；
⑨中转仓底，内壁的积尘。

1.1.2 粮食粉尘的危害
从安全卫生的观点出发，粮食粉尘对作业区内工人身体健康造成危害，对作业环境造成严重污染；高浓度的粉尘使空气环境恶化，不仅给工作人员带来健康危害；而且也会加速机械部件的磨损，影响机器设备的寿命；粉尘落入电气设备里，有可能破坏绝缘而发生事故；建筑结构也会因积尘过多而遭受腐蚀和破坏。

1.1.3 饲料厂通风除尘的特点
饲料加工厂与一般粮食加工厂通风除尘的原则相同，均为密闭加吸风和同质合并的原则。

前两者是达到通风除尘的目的，后者是为了保证饲料及粮食产品质量。

为了确保室内作业环境粉尘浓度≤10 mg/m3，排放粉尘浓度≤120 mg/m3，通风除尘是最基本的措施之一。

通风分为自然通风和机械通风。

除尘是指将含尘空气中的粉尘或物体表面的粉尘进行分离、捕集、清除的技术。

通风是手段，除尘是目的。

饲料加工厂、粮食加工厂通风除尘的密闭原则是相同的。

但饲料加工厂吸风物料性质不同，故吸风参数的选择应有所不同。

粮食加工厂原料品种单一，中间物料、成品品种及粉尘数量和物理特性较为稳定，而饲料加工的原料品种多、中间物料及粉尘有时差异较大。

加工过程中物料瞬时流量变化大且间隙性冲击性大。

1.1.4 饲料厂通风除尘的目的
1.1.4.1 改善作业环境，提高作业设备的安全性，如各类输送设备、清理设备及打包机等，确保饲料加工厂安全生产。

1.1.4.2 吸风可以提高设备生产效率,如粉碎机等。

1.1.4.3 降低饲料温度和水分确保饲料安全储藏，如冷却机、干燥机等。

1.1.5 饲料厂粉尘的特点
1.1.5.1 饲料原料品种较多和含量差异；
1.1.5.2 粉尘粒度及比重的差异；
1.1.5.3 粉尘含量及性质的差异；
1.1.5.4 混合后物料的吸风要求，饲料要求保持原来的配比和原有的混合均匀度等特性。

为此，力求含尘气流中矿物微量元素等添加剂的粉尘越少越好，特别是具有毒性较大，加入量少，粒度较细的尽量不要被气流吸走。

以免这类粉尘引起饲料配比不正确及对饲料污染。

所以，配料秤、混合机吸风后的粉尘可立即返回混合机内，确保配比正确和减少饲料的污染。

1.1.5.5 物料作业过程中物料空中落差大；
1.1.5.6 各种粉尘之间的悬浮速度不同；
1.1.5.7 制粒后的物料温度高、含水分高，冷却吸风后的气流温度较高，气流中含水分高。

为此，吸风管道等宜用不锈钢或表面涂无毒涂层，吸风管道外面应保温，特别是北方吸风管道更需保温处理来减少结露。

1.2 粮食粉尘爆炸的危险性
国外粉尘爆炸事故一览
美国至1956年共发生粉尘爆炸814次，其中粮食粉尘爆炸203次；
1958～1975年间美国在谷物储仓、碾磨厂和饲料加工厂就发生了188次粉尘爆炸，死亡51人，271人致伤；
1785年12月意大利都灵（Turin）面粉厂发生的面粉粉尘爆炸是世界上第一次有记录的粉尘爆炸事故，此后各国对粉爆事故屡有报道。

二十世纪70年代后期，美国更是粉尘爆炸事故迭起，1976年圣诞节前夕，美国大陆粮仓公司容量为20万吨的粮食筒仓发生粉尘爆炸，死亡35人；
1977年2月美国科克粮仓公司粮仓发生粉尘爆炸，死亡24人，经济损失1亿多美元。

日本1965～1975年间，共发生粉尘爆炸事故25起，死亡55人，伤203人，损失惨重；
日本1975～1988年间又发生14起粉尘爆炸事故。

1982年法国梅兹发生大麦和麦芽筒仓爆炸事故；
1997年8月20日法国的Blage港口筒仓发生粉尘爆炸，死亡11人，伤数人，损失惨重。

国内粉爆事故一览
北京、天津、上海、河南、湖北、浙江、广东、东北地区的粗略调查表明，1965～2010年间共发生20余起粮食粉尘爆炸。

1981年12月10日，广州黄埔港第二作业区发生筒仓群体恶性粉尘爆炸事故，导致7人受伤，斗提机、输送机皮带被炸毁，混凝土筒仓顶盖全部掀开，仓壁开裂，仓顶棚立柱和大梁折断，气浪使墙壁倒塌，仓顶输送机和筒仓两旁建筑物被破坏。

1989年6月河南商丘面粉厂配粉仓仓底振动喂料器喷粉，室内荧光灯电火花导至粉尘爆炸，同年10月洛阳第二面粉厂，因探视面粉仓位引发面粉仓粉尘爆炸，炸伤2名工人。

1996年5月成都杨百万饲料厂发生粉爆，造成1人死亡，多人受伤，轻钢结构围护体遭到巨大破坏，厂房、楼梯间门窗玻璃全部震碎。

2000年底，大连北良公司储粮仓及2002年上海松江大江饲料厂发生的粮食粉尘爆炸事故都给企业造成了一定的损失。

2007年11月，浙江某饲料有限公司畜禽车间发生粉尘爆炸，炸伤6人。

2008年11月，宁夏银川某饲料公司加工生产车间内发生粉尘爆炸，将正在四楼工作的4名员工炸伤。

2010年2月，河北省秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司淀粉四车间发生粉爆，有19人死亡，49人受伤。

粉尘爆炸真会发生吗？
粉尘爆炸是现代工业的伴生物！美国1958-1978年发生爆炸近200起，工人上班恐惧，直到80年代才得到控制。

我国对粉爆的认识虽起步较晚，但应高度重视，故近年来研究工作（65. 75. 85. 95……攻关）进展很快。

粉尘爆炸-看起来像什么？粉尘爆炸虽然在工业上发生的几率比火灾少，但粉尘爆炸的破坏性要比TNT炸药大得多。

玉米淀粉泄放爆炸的时序：
爆燃的初期爆燃的结束爆燃的发展爆燃的结束。

试验容器中：
爆燃的初期阶段（0.015 s）爆燃的结束（0.220 s）完全爆燃（0.330 s ）。

真实的粉尘爆炸如下：。

爆燃
仓库
南、北、东三面围墙倒塌
发生了爆燃
糖三库房
更猛烈的“二次爆炸”
5号振动筛
4号包装机
旋风分离器下料管
上部
包装间
房顶坍塌（约占仓库房顶三分之一）
仓库
干燥车间
两辆集装箱车被砸毁
一辆集装箱车被砸毁
惨痛教训
建 筑 炸 损 实 况 （见ppt ）
1.3 防止粉尘爆炸安全技术工作的重要意义
随着饲料加工行业的发展，一些新企业、新技术、新装备在全国范围内的推广，加强粮食粉尘防爆标准化的宣传和贯彻，并大力普及粮食粉尘防爆知识，有效防止粮食粉尘爆炸事故发生，保证安全生产就具有极大的现实意义和深远意义，防止粉尘爆炸安全技术工作将是造福于人类的工作。

2.粉尘特性与通风除尘、粉尘爆炸的关系 2.1 粉尘的物理特性
2.1.1 粮食粉尘的真实密度、堆积密度、摩擦角
粉尘种类 测试项目 小麦粉尘 稻谷粉尘 玉米粉尘 大豆粉尘 大麦粉尘 真实密度g/cm3 1.3157 1.4069 1.7078 1.1219 1.3～1.35 堆积密度g/cm3 0.3271 0.3427 0.4143 0.4412 0.55～0.65 摩擦角（°）
58～66
59～62
48～53
41～45
61～67
2.1.2 粮食粉尘的粒度分布（离心法）
um 0～2.9 2.9～
5.8 5.8～ 10.2 10.2～ 18.8 18.8～ 28.7 28.7～ 43.4 43.4～ 54.8 54.8～ 60 小麦粉尘
d φ
1.42
2.79 5.71 16.45 28.75 2
3.21 1
4.31 7.36 φ 1.42 4.21 9.92 26.23 5
5.12 78.33 92.62 100 玉米粉尘
d φ
1.56 1.97 3.47 6.69 15.22 25.21 30.76 15.12 φ 1.56 3.53 7.00 13.69 28.91 54.03 84.81 100 大豆粉尘
d φ
1.52 3.15 8.51 13.07 23.03 27.25 13.01 10.46 φ 1.52 4.67 13.18 26.25 49.28 76.53 89.54 100 大麦粉尘 d φ
1.57 1.85 5.73 9.37 19.03 33.19 19.08 10.18 φ
1.57
3.42
9.15
18.52
37.55
70.74
89.82
100
表2 谷物粉尘粒径的频率分布表（%）
粉尘的累计频率φ分布曲线
不同粒径粉尘在呼吸系统各部位的沉积图
2.2粮食粉尘的化学特性
表3 粮食粉尘的化学特性
化学成分
蛋白质淀粉脂肪纤维素灰分粉尘类型
小麦粉尘 2.7 30.2 1.1 18 48
稻谷粉尘 2.4 29.8 0.8 22 45
玉米粉尘 1.8 25.2 1.0 17 55
大豆粉尘12 10.1 3.6 58.5 15.8
大麦粉尘 2.9 16.7 0.9 19.5 60
2.3粮食粉尘的爆炸特性
●最小点火能量
●最低着火温度
●最大爆炸压力和压力上升速度
●爆炸极限浓度
●粉尘层和粉尘云最低着火温度
●氧气爆炸浓度
粉尘层和粉尘云最低着火温度
设备的最高温度推荐为以下情况：
A、设备内部的最高温度应不超过粉尘云最低着火温度的2/3。

B、设备表面的最高温度应比粉尘层的最低着火温度低75℃。

若以此为标准，则对于粮食厂仓来说，设备表面最高温度基本上应不超过105℃，内部最高温度应不超过280℃。

谷物粉尘的爆炸特性参数见表4。

表4 谷物粉尘的爆炸特性参数
粉尘品种爆炸特性国内小麦
粉尘
加拿大
进口小
麦粉尘
加拿大
进口大
麦粉尘
进口阿根
廷大豆粉
尘
国内稻谷
粉尘
国内玉米
粉尘
国内玉米
淀粉粉尘
粉尘层着火温度
（℃）
310 180 280 270 300 320 400 粉尘云着火温度
（℃）
500 420 420 490 480 550 400 最小点火能（mJ）65 30 25~50 20~25 60 80 25~35 爆炸下限浓度
（g/cm3）
60 30 >100 35 60 80 50~75 最大爆炸压力（MPa）0.68 0.85 0.74 0.79 0.75 0.65 0.82 爆炸指数
（MPa.m/s）
6.5 14.9 2.8 5.3 10.0 6.0 15.2 最大爆炸压力上升
速率（MPa/s）
24 55 10.4 19.4 50 22 56.3 •粉尘的粒度分布实验结果为粉尘粒径＞28µm占50％，＜28µm占50％，＜15µm 约占30％，＜3µm占 3％，其粉尘的中位粒径 d50在22µm～33µm之间。

这说明粮食行业宜采用二级除尘才能有效地控制粉尘，减少环境污染。

同时，粒度较少的粮食粉尘百分含量较高，也使粉尘爆炸的危险性提高。

•粮食粉尘的真实密度为堆积密度的2～4倍，粉尘颗粒群的空隙率大，容易吸附熏蒸过程中的PH3等有害气体，使粉尘爆炸的潜在危险性增大，应引起足够的重视。

•粮食粉尘的摩擦角为41°～67°，可见粮尘比粮粒的流动性差，更容易滞留在管道和设备内，成为一种隐形爆炸源，在工艺设计中应注意清除这种隐形爆炸源。

•国产粮食粉尘中，一般有机成分、无机成分各占50％。

虽然国产粮食粉尘的无机物含量较高，粉尘平均粒径较大，但实验表明这些粉尘仍然具有爆炸性，而且粉尘层着火的敏感度比玉米淀粉还要高，但爆炸的猛度较低，这将有利于实施泄爆技术。

•进口粮食粉尘中有机成分的百分含量远远高于国产粉尘，在清理、运输、加工等过程中，要尽量减少粮食破碎，减少再生性有机粉尘的数量，以降低粉尘爆炸危险性。

3. 粉尘爆炸机理
悬浮于空气中的可燃性粉尘达到燃烧爆炸的粉尘浓度范围时，遇到有足够热
量或温度的火源，随即氧化燃烧放出大量的热，引起气体压力的突增和无法控制的膨胀效应，产生第一次爆炸，这次爆炸是在相对封闭状态的容器中如机器内部或房间内进行的。

如果粉尘燃烧时产生的高压气体能在密闭体的薄弱部位卸压排出，那么火焰将以高达1000m/s的超音速传播扩散，压力可增至650KPa。

强大的冲击波会将积聚在各种表面的降尘扬起，再次达到燃烧爆炸的粉尘浓度范围，造成破坏力更强的二次爆炸并发生连锁反应。

3.1 粉尘爆炸的过程
一般认为，粉尘爆炸经过以下发展过程：粉尘粒子表面通过热传导和热辐射，从点燃源获得能量，由于粉尘表面积大，与空气接触充分，故表面温度急剧升高，达到粉尘粒子的蒸发或加速分解温度，形成粉尘蒸气或分解气体。

这种蒸气或气体与空气混合后能引起点火（气相点火），这是一种情况。

另一种情况是粉尘粒子获得热能后，本身从表面一直到内部，都相继发生熔融和气化，迸发出炽热微小质粒或火花，成为周围未燃烧粉尘的点火源，从而扩大了燃烧范围，并可能发展成爆炸。

3.2 粉尘爆炸的条件
可燃性粉尘
密闭空间
氧气点火源
点火源统计图示：
前6项为 43 ℅, 23 ℅, 7 ℅, 5 ℅, 4 ℅, 3 ℅
点火源
3.3 粉尘爆炸与气体爆炸区别（略）
3.4 中转仓主要设备粉尘爆炸危险性评述
4. 防尘防爆安全技术的应用
4.1 科学评估
一是系统发生粉爆的可能性；
二是爆炸发生后带来的损失。

4.2 通风除尘技术的应用(通风除尘风网的设计步骤) 4.2.1 熟悉工况
工艺设备布置和房屋结构图
粉尘的性质和形状
工艺流程
采用设备的规格和性能
其它
4.2.2 风网组合
4.2.3 参数选择
4.2.4 计算各管段的直径
4.2.5 计算总阻力
计算总阻力有以下三种方法:
•已知管道长度L、风量Q，在选定管径d后，计算主环路阻力损失便可决定通风机的压力H风机。

•已知通风机的全压H风机，即已知所允许的管网阻力，在流量Q及长度L一定的情况下，来确定管道直径d。

•已知管道长度L、管径d和阻力损失，求出风量Q和风速v，以校核Q及v。

4.2.6 阻力平衡计算
集中式除尘风网有若干个吸尘点，若使设计的风网管径合理，各直管、支管的阻力平衡计算是必要的，实际应用中，也要微调闸阀来保证阻力的平衡，使各直管、支管的参数按合理的工况运转。

阻力平衡计算有以下几种方法：
A. 试算法
试算法调管径。

当支管与主环路阻力不平衡时，可重新选择支管的管径和流速，重新计算阻力直至平衡为止。

这种方法是可行的，但只有试算多次才能找到符合节点压力平衡要求的管径。

B. 近似公式法
为了避免节点压力平衡计算的繁杂工作，在工程上可采用简易的近似计算法：
C. 用调节阀调节
4.2.7 除尘风网设备、风机选型4.2.7.1 风机的参数
225
.0
1
1
)
(
H
H
D
D
当选择风机时，在计算管网总阻力的基础上，应附加风压为10％～20％，附加总风量为10％～20％。

上述附加是必要的，因为任何设计计算都难以很完善，难免存在阻力的漏项和考虑不周之处，故风机风压需要有一定的余量，可称之为风压的储备系数。

至于风量，由于设计风量与实际也会有差异，加之漏风是难免的，所以也有必要做风量的储备。

4.2.7.2 管网压损影响因素
管网压损计算的结果与生产实际往往有些距离，但这种偏差对系统运行影响不很大，严重的影响因素有以下几点：
◆离心通风机样本所提供的性能曲线与实际选用的通风机性能曲线有差异。

◆安装质量不能保证。

◆操作不能满足要求。

4.2.7.3 除尘风网风机选型
离心通风机按叶片可分为前向、后向和径向三类。

其特点分别如下：
前向风机：
▲虽然理论全压大，但动能太多，静压偏小。

▲由于压力大，流量大，启动时易过载，毁坏风机
▲噪音大
▲风机效率低
▲叶轮直径小（产生同样的风量）
径向风机
▲结构简单
▲叶片不易积尘
▲用于耐磨、耐高温排尘风机较合适
后向风机
▲流量大，静压大
▲不易过载
▲噪音低
▲效率高
▲达到同样流量，叶轮尺寸大
▲叶片背面容易积尘
4.2.8 特殊风网
4.2.8.1电子秤风网
4.2.8.2多分支风网
4.2.8.3积尘清扫系统
国内积尘清扫系统现状：
•国内小型移动式积尘清扫装置较多；
•高真空、大面积固定式积尘清扫系统尚属空白；
•固定式积尘清扫系统研究有一定难度：
•高真空泵（风机）适用产品不多；
•各种吸嘴、快速接头、控制阀、闭风卸尘器等也无配套产品；
•固定式积尘清扫系统的计算理论不够成熟；
•廉价劳动力人工清扫抗拒电动积尘清扫系统的广泛使用。

积尘清扫系统研究成果：
•固定式积尘清扫系统为主，适当配套移动式积尘清扫装置；
•积尘清扫系统的计算比稀相气力输送的计算难度大；
•积尘清扫系统的工况变化大，输送时间间歇、输送量变化大、输送距离不定、输送管部分为软管；
•积尘清扫系统吸嘴的同时使用系数变化大；
•积尘清扫系统对风机有特殊要求；
•还需配套完善的除尘、除灰系统。

4.3 泄爆技术的应用
适合采取“以泄为主”的防护措施。

关于泄压面积的计算，有三种常用的方法，即Kmax法、St诺谟图法和估算法。

设备泄压要通过管道引出至室外1.5米远，泄压管截面要计算合理，泄压膜或泄压门要适用、经济。

4.3.1 爆炸指数K max值诺谟图法
Av＝a ·Kmax b·Pred,max c · V2/3
式中：Av－泄爆面积，m2；
V－围包体容积，m3；
Kmax－爆炸指数，MPa（m/s）；计算时以
barm/s为单位；
Pred,max－设计最大泄爆压力，MPa ；
计算时以bar为单位；
a＝0.000571exp[20Pstat]；
b＝0.978exp[-1.05Pstat]；
c＝-0.687exp[2.26Pstat]；
Pstat－开启静压，Mpa.
4.3.2 粉尘爆炸等级St诺谟图法
（A）当Pstat＝0.01MPa时
logAV＋C1＝0.67005（logV）+0.96027/(Pred,max)0.2119 （B）当Pstat ＝0.02MPa时
logA V ＋C2＝0.67191（logV）＋1.03112/(Pred,max)0.3 （C）当Pstat ＝0.05MPa时
logAV＋C3＝0.65925（logV）+1.20083/(Pred,max)0.3916 4.3.3 泄压面积的估算法
F泄∕V=1∕(6~10) (m2/m3)
4.3.4 斗式提升机泄爆
4.3.4.1 斗提机吸风量的确定
Q＝3600A·V
式中: Ｑ一斗式提升机上、下部吸风量，ｍ３/ｈ；
Ａ一机筒截面积，ｍ2；
V一料斗运行速度，ｍ／ｓ.
4.3.4.2 斗提机机座吸风位置的确定（见ppt）
4.3.4.3 斗提机机头吸风位置的确定（见ppt）
4.3.4.4 斗式提升机泄爆方式（见ppt）
斗式提升机防尘防爆的其它方面·机外监控措施
·畚斗带自张紧装置
·缓撞机筒结构
·安装隔爆装置
·加强管理
4.3.5 袋式除尘器（见ppt）4.3.
5.1 泄爆位置（见ppt）4.3.5.2 袋式除尘器防尘防爆方法•惰化
•降低袋式除尘器中的含尘浓度•排除点火花
•消除静电
4.3.
5.3 爆炸防护装置：
IQR型无焰泄放装置
截取火焰
熄灭火焰和压力波
留住火焰、粉尘和压力
用于建筑的爆炸泄放
爆炸保护装置
4.3.
5.4 抑爆理论( 以下见ppt )
●IPD抑制系统如何保护你的设备●正确选择抑爆
●典型的爆炸抑制装置
●带有抑制系统的化学隔离
●正确选择化学隔离
●泄放和隔离的组合应用
一般采用多种保护方案组合
●预防、保护和隔离技术在粉尘过滤器上的应用
防爆门
防爆板
4.4 喷油抑尘技术的应用
用少量的食品级油料以雾状喷洒在粮流中，可以使大部分粉尘被吸附或凝聚到谷物上，从而有效地抑制了粉尘的飞扬。

粉尘的粒子越小，它被谷物吸附或凝聚的结合力就越大。

4.5 防爆电气装置的应用
采用粉尘防爆电气是防止粉尘爆炸的一项重要措施，但并非万全之策。

所选用粉尘防爆电器设备的外壳防护等级、最高表面温度等参数均应与所在区域等级及粉尘性质相适应。

粉尘防爆电气和气体防爆电气两者不能互换使用。

防止粉爆安全生产开拓创新扩展领域打造精品再创辉煌
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