多相烟气惰化层对煤粉爆燃火焰传播的抑制研究

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煤炭作为国民经济支柱产业的主要能源,具有不可替代的战略地位,但是其在制粉和储粉设备中的安全隐患,严重威胁着工业安全生产和人民生命财产安全。基于此,利用多相复合抑制手段以及局部惰化等方式,开展煤粉惰化抑制技术的相关研究,对研究新型复合相抑制剂及煤粉爆炸的阻火抑爆技术具有重要研究价值。论文利用可视化粉尘竖直燃烧平台、可控性烟气发生系统、高速摄影系统及微细热电偶,研究了煤粉在气相以及气固两相惰化层作用下的火焰结构、火焰温度、火焰传播速度和高度等特性;探究不同惰化层厚度或不同粉煤灰浓度下的气相惰化层(N2、CO2)以及气固两相惰化层(N2和粉煤灰、CO2和粉煤灰)对煤粉火焰结构、温度和传播速度的影响,揭示其阻火抑制机理。具体结论如下:(1)气相惰化层和气固两相惰化层皆会破坏火焰结构和形态,抑制火焰传播,随着惰化层厚度的增大或粉煤灰浓度的升高,阻火抑制效果愈加显著,当惰化层厚度较大或粉煤灰浓度较大时,可有效地控制火焰的传播,阻止火焰蔓延,具有良好的阻火抑制效果。(2)在该实验条件下,惰化层厚度或粉煤灰浓度的改变对火焰温度影响程度较大,CO2惰化层较N2惰化层的抑制效果更加明显,惰化层厚度较大或者粉煤灰浓度较高时,火焰温度下降幅度增大。此外,惰化层对下端火焰温度的变化趋势影响较小,火焰温度呈小幅度下降趋势。(3)随着惰化层厚度和粉煤灰浓度的增加,火焰传播速度下降幅度增大,火焰传播高度逐渐降低。与对照组相比,惰化层厚度较小或粉煤灰浓度较低时,N2惰化层的抑制效果不太明显,CO2和粉煤灰惰化层的抑制效果最好。(4)惰化层主要通过吸热冷却作用,隔绝和稀释体系中氧气浓度,降低燃烧反应强度,降低火焰温度,呈现良好的抑制效果。气固两相惰化层较单一气相惰化层具有更好的抑制效果。由于CO2有较大的热容且煤粉对其吸附性较强,因此其抑制特性强于N2。
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