Zagrożenie wybuchowe pyłów biomasy w obiektach energetycznych Anna Fibich
Parametry wybuchowości i zapalności Maksymalne ciśnienie wybuchu pyłu p max [bar] Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max [bar/s] Wskaźnik wybuchowości K st max [ m bar/s] Dolna granica wybuchowości pyłu DGW Minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu T CL [ºC] Minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu T 5 mm [ºC] Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu MIE [mj] Temperatura samozapalenia nagromadzeń pyłu T SI [ºC] Graniczne stężenie tlenu obłoków pyłu GST [%]
dp dt = K 3 st,max V
Maksymalne ciśnienie wybuchu pyłu p max [bar] Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max [bar/s] Wskaźnik wybuchowości K st max [ m bar/s] Służą do projektowania technik zabezpieczających instalacje, zbiorniki i urządzenia przed skutkami wybuchu. Zaliczamy do nich: stosowanie w procesie produkcyjnym urządzeń wytrzymujących ciśnienie powstałe podczas wybuchu, instalowanie systemów izolujących miejsce wybuchu od reszty instalacji, zdławienie wybuchu przy zastosowaniu odpowiednio dobranych środków gaśniczych, instalowanie otworów dekompresyjnych niedopuszczających do powstania zbyt wysokiego ciśnienia oraz wyprowadzających wybuch w bezpiecznym kierunku
Minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu T CL [ºC] Minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu T 5 mm [ºC] Parametry te określają maksymalne temperatury do jakich mogą nagrzewać się odpowiednio pionowe i poziome powierzchnie mające kontakt z pyłem. Przekroczenie tych temperatury może spowodować zapłon i wybuch atmosfery wybuchowej lub zapalenie się cząsteczek pyłu mających kontakt z nagrzaną powierzchnią, a tym samym doprowadzić do pożaru. Tlące się cząsteczki są również efektywnym źródłem zapłonu dla występujących w danej instalacji obłoków pyłu o stężeniu wybuchowym. Skutecznymi sposobami zapobiegania tym zdarzeniom jest: dobór odpowiednich urządzeń, które podczas pracy nie nagrzewają się do temperatur przekraczających dopuszczalne temperatury dla pyłu, systematyczne usuwanie warstw gromadzącego się pyłu.
Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu MIE [mj] MIE < 10 mj pyły bardzo łatwo zapalne, wymagają zastosowania profilaktyki elektrostatycznej 10 mj < MIE < 1 J pyły łatwo zapalne MIE > 1 J pyły trudno zapalne
Temperatura samozapalenia nagromadzeń pyłu T SI [ºC] Oznaczenie skłonności nagromadzeń danego pyłu do samozapalenia pozwala oszacować zagrożenie wynikające z tego zjawiska, czyli określić warunki krytyczne takie jak: objętość składowanego materiału, temperatura otoczenia, czas składowania. Temperatura samozapalenia nagromadzeń pyłu pomaga zdefiniować warunki bezpiecznego składowania dużych ilości badanego materiału i przez jak długi okres czasu.
Dolna granica wybuchowości pyłu DGW 1 mm warstwa pyłu osiadłego o gęstości 100 g/m 3 500 g/m3 usypowej 500 kg/m 3
Parametr Pyły biomasy Mieszanki węgla z biomasą Pyły węglowe Maksymalne ciśnienie wybuchu p max, bar 5,9 8,4 6,8 8,5 6,0 8,0 Wskaźnik wybuchowości K st max, m bar/s 9 161 41 146 28-135 Temperatura zapłonu obłoku pyłu T cl, o C 380 630 421-740 420-750 Temperatura zapłonu warstwy pyłu T 5 mm, o C 290-400 > 400 280-400 > 400 190 400 > 400 Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu MIE, mj < 2,9 4,9 < MIE < 7400 MIE > 7400 < 2,9 20,7 < MIE < 7400 MIE > 7400 65 < MIE < 7400 MIE > 7400
Minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu T CL [ºC] biomasa biomasa z węglem 40 % 77 % 7 % 3 % 13 % 53 % 7 % węgiel wartość: 300 o C < T cl < 400 o C wartość: 400 o C < T cl < 500 o C wartość: 500 o C < T cl < 600 o C wartość: 600 o C < T cl < 700 o C wartość: 700 o C < T cl < 800 o C 67 % 3 % 2 % 1 % 25 %
Minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu T 5 mm [ºC] biomasa biomasa z węglem 39 % 28 % 48 % 13 % 56 % 16 % węgiel wartość: 200 o C < T 5mm < 300 o C wartość: 300 o C < T 5mm < 400 o C wartość: T 5mm > 400 o C 29 % 29 % 42 %
Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu MIE [mj] biomasa biomasa z węglem 60 % 27 % 6 % 7 % 54 % 46 % węgiel MIE < 3 mj 3 mj < MIE < 10 mj 10 mj < MIE < 1J MIE > 1J 40 % 60 %
m a k sy m a ln e c iśn ie n ie w y b u ch u, b a r 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 biomasa 1 biomasa 2 biomasa 3 biomasa 4 biomasa 5 0 20 40 60 80 100 120 Zawartość biomasy w pyle węglowym, % W sk a źn ik w y b u c h o w o śc i K st, m b a r /s 160 140 120 100 80 60 40 20 biomasa 1 biomasa 2 biomasa 3 biomasa 4 biomasa 5 0 20 40 60 80 100 120 Zawartość biomasy w pyle węglowym, %
800 420 T e m p e r t u t a z a p ło n u o b ło k u p y łu, o C 750 700 650 600 550 500 450 biomasa 3 biomasa 4 biomasa 5 T e m p e r t u ta z a p ło n u w a r s t w y p y łu, o C 400 380 360 340 320 300 biomasa 3 biomasa 4 biomasa 5 400 0 20 40 60 80 100 120 Zawartość biomasy w pyle węglowym, % 280 0 20 40 60 80 100 120 Zawartość biomasy w pyle węglowym, %
8000 M in im a ln a e n erg ia za p ło n u o b ło k u p y łu, m J 6000 4000 2000 0 biomasa 3 biomasa 4 biomasa 5 0 20 40 60 80 100 120 Zawartość biomasy w pyle węglowym, %
Wnioski wynikające z przebadanych pyłów 1. Maksymalne ciśnienie wybuchu i wskaźnik wybuchowości należy wyznaczać dla pyłu węglowego i pyłu z biomasy, a w projektowaniu technik zabezpieczających instalacje, zbiorniki i urządzenia przed skutkami wybuchu uwzględniać parametry o wyższych wartościach. 2. Minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu i minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu maleją wraz ze wzrostem zawartości biomasy w pyle węglowym. 3. Minimalna energia zapłonu obłoku pyłu maleje wraz ze wzrostem procentowej zawartości biomasy w pyle węglowym. Nawet mała domieszka biomasy powoduje spadek tego parametru do wartości niewiele większej od wartości minimalnej energii zapłonu jaką uzyskano dla pyłu biomasy.