СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЗРЫВАЕМОСТИ ПЫЛИ НАТУРАЛЬНЫХ ТОПЛИВ Российский патент 1997 года по МПК G01N25/54 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации пылеприготовительных установок тепловых электростанций и промышленных котельных для оценки взрываемости пыли натуральных топлив.

Известно, что пыль многих твердых топлив способна взрываться в воздушной среде во взвешенном состоянии при наличии источника воспламенения. Очень важно иметь возможность классифицировать их по взрывоопасным свойствам с тем, чтобы разрабатывать адекватные этим свойствам целенаправленные мероприятия, обеспечивающие взрывобезопасную эксплуатацию технологических процессов в установках по подготовке твердых топлив к сжиганию. Из известных способов классификации твердых топлив по взрываемости пыли предпочтение следует отдавать тем, которые основаны на анализировании физико-химических свойств топлив и не требуют проведения экспериментальных взрывов. Из известных способов оценки взрываемости пыли твердых топлив на основе анализирования их физико-химических свойств к наиболее простым можно отнести оценку по величине концентрации в топливе летучих компонентов. Такой способ, однако, годится лишь для приближенной оценки взрываемости пыли, так как не учитывает влияния на взрываемость других компонентов топлива кокса и золы, а также различия в величине теплового эффекта сгорания летучих для различных топлив.

Известен способ оценки взрываемости пыли натуральных топлив, заключающийся в том, что определяют влияющие на взрываемость характеристики топлива и связывают их математическим выражением, представляющим оценочный критерий в виде отношения концентрации летучих компонентов к нелетучему остатку, включающему золу, кокс и гигроскопическую влагу, причем все компоненты отнесены на рабочую массу топлива.

К недостаткам данного способа следует отнести то, что он не учитывает теплового эффекта сгорания летучих, который существенно разнится для различных марок углей. Кроме того, сам факт отнесения используемых для оценки взрываемости пыли компонентов топлива на его рабочую массу некорректен, так как известно, что при рабочей влажности пыль натуральных топлив невзрывоопасна.

Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение достоверности оценки твердых натуральных топлив по взрывоопасным свойствам на основе их физико-химических и теплофизических свойств.

Согласно изобретению это достигается тем, что в способе оценки взрываемости пыли натуральных топлив, заключающемся в том, что определяют влияющие на взрываемость характеристики топлива и связывают их математическим выражением, представляющим оценочный критерий, согласно изобретению определяют концентрацию летучих компонентов на сухую массу топлива и нижний предел распространения пламени летучих при наличии нелетучего остатка, а в качестве оценочного критерия принимают величину превышения концентрации летучих компонентов над значением нижнего концентрационного предела.

Повышение достоверности оценки взрываемости пыли натуральных твердых топлив при использовании критерия взрываемости предлагаемого вида обеспечивается тем, что этот критерий включает в себя величины, активно связанные с потенциальной возможностью взрыва и его интенсивностью. В частности, концентрация летучих в топливе входит в данный критерий, отнесенный не на рабочую (как в прототипе), а на сухую массу, а балласт учитывается не непосредственно, а через активную составляющую, представляющую собой нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии нелетучего остатка.

Способ оценки взрываемости пыли натуральных твердых топлив осуществляется следующим способом.

Предварительно для топлива с неизвестными физико-химическими и теплофизическими свойствами определяют зольность (A^d,) топливной пыли на сухую массу, концентрацию (V^daf,) и теплоту сгорания (Q^daf лет, ккал/кг) летучих компонентов в горючей массе топливной пыли. Применительно к топливу известного месторождения для получения этих величин могут быть использованы соответствующие табличные данные из опубликованных источников. На основании исходных данных рассчитывают концентрацию летучих компонентов в сухой массе топлива
V^d V^daf (100 A^d)/100
и нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии нелетучего остатка в виде золы и кокса,

где μyг

нижний концентрационный предел распространения пламени летучих, определяемый для состава горючих летучих компонентов конкретного топлива по известным зависимостям.

Топлива, для которых концентрация летучих компонентов не превышает значения нижнего концентрационного предела распространения пламени при наличии нелетучего остатка, невзрывоопасны. При равенстве и увеличении величины превышения концентрации летучих компонентов над значением нижнего концентрационного предела взрывоопасность топлива соответственно возрастает. Удобнее выражать это соотношение в виде критерия взрывоопасности
K_т = V^d/μнгб

,
при этом, если K_т<1 топливо не взрывоопасно. Если K_т≥1, топливо взрывоопасно тем в большей степени, чем выше K_т.

Достоверность оценки взрываемости пыли твердых топлив на основании анализа предлагаемого критерия K_т, связывающего физико-химические и теплофизические характеристики топлива, определялась путем проведения опытных взрывов в экспериментальной взрывной камере с оценкой их результатов с помощью обобщенного показателя взрывоопасности

где p_м максимальное давление взрыва, МПа;
dp/dτ скорость нарастания давления взрыва, МПа/с;
E_мин минимальная энергия зажигания, Дж.

Пример. В качестве проверки подсчитывали критерий взрываемости K_т для трех топлив с известными взрывоопасными свойствами: березовского (наивысшей категории взрывоопасности), подмосковного (средней категории) и экибастузского (практически невзрывоопасного). Физико-химические характеристики топлив, необходимые для расчета K_т, определялись по стандартным методикам, а значения теплоты сгорания летучих Q^daf лет рассчитывались по известному соотношению.

Результаты расчетов K_т и K_в для этих топлив представлены в таблице.

Из приведенных в таблице результатов видно, что для выбранных углей с различной категорией взрываемости K_т, полученный предлагаемым способом и отражающий химическую активность органической части топлива, хорошо согласуется с показателем взрывоопасности K_в, отражающим фактические последствия взрыва топлива в экспериментальной установке, отвечающей требованиям международных стандартов.

Использование: в теплоэнергетике, в частности в пылеприготовительных установках тепловых электростанций и промышленных котельных. Сущность изобретения: способ оценки взрываемости пыли натуральных топлив заключается в определении характеристик топлива, входящих в оценочный критерий. В качестве оценочного критерия принимается величина превышения концентрации летучих компонентов в сухой массе топлива над значением нижнего концентрационного предела распространения пламени при наличии нелетучего остатка. 1 табл.

Способ оценки взрываемости пыли натуральных топлив, заключающийся в том, что определяют влияющие на взрываемость характеристики топлива и связывают их математическим выражением, представляющим оценочный критерий, отличающийся тем, что в качестве характеристик топлива определяют концентрацию летучих компонентов в сухой массе топлива и нижний концентрационный предел распространения пламени при наличии нелетучего остатка, а в качестве оценочного критерия принимают величину превышения концентрации летучих компонентов над значением нижнего концентрационного предела.