铝粉尘湿式除尘抑氢规律研究

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在工业生产领域中,铝板因打磨、抛光或铝粉生产而产生大量的铝粉尘,不仅影响工人身体健康,而且爆炸事故屡见不鲜。采用湿式除尘器可有效解决铝粉尘爆炸问题,但又不可避免地带来氢气爆炸的风险,所以我国国标严禁铝粉尘湿式除尘。为了有效解决铝粉尘湿式除尘氢气爆炸问题,有必要搞清楚铝粉尘湿式除尘产氢及抑氢规律。首先根据铝粉尘与水反应产氢测试原理研制了产氢测试仪。该仪器内置嵌入软件,可以实现实验条件的设定、加料时刻的自动控制、实验数据的实时处理及显示等功能。实验启动后的仪器则进入自动控制状态。在此基础上系统研究了铝粉尘与水反应产生氢气的影响因素,包括不同的铝粉粒径、反应釜内的初始压力、反应温度和铝水质量比等。结果表明,温度升高、初始气压降低、减少铝水质量比和减小铝粉尘粒径均可以分别在一定程度上有助于铝粉尘与水的产氢反应,从而搞清楚了铝粉尘与水反应产生氢气的规律。在此基础上,提出了铝粉尘与水反应的三阶段模型:Alpha Reaction Stage(ARS),Rapid Reaction Stage(RRS)和Termination Reaction Stage(TRS)。为了实现铝粉尘湿式除尘的本质安全化,进行了铝粉与水反应产氢抑制实验,得出了 K2Cr2O7、Na2Cr2O7·2H2O、Cr(NO3)3·9H2O、CrK(SO4)2·12H2O及CeCl3对铝粉尘与水之间的产氢反应具有明显的抑制作用的结论。重铬酸盐、铬酸盐溶液分别与铝粉反应后,可在铝粉尘颗粒表面形成以Cr(OH)3层为主要成分的抑制薄膜;铈盐溶液与铝粉反应后,可在铝粉尘颗粒表面形成以Ce(OH)3层为主要成分的抑制薄膜;上述反应过程符合收缩核模型,随着上述盐类溶液浓度的增加,化学反应速率常数减小,对产氢反应的抑制效果越来越好。分别使用重铬酸盐、铬酸盐和氯化铈溶液替代水,可以从根本上解决铝粉尘湿式除尘器氢气爆炸问题,且成本低廉,从而实现铝粉尘湿式除尘的本质安全化。使用激光粒径分析仪、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪对上述实验室实验用到的铝粉尘、与水反应后的铝粉尘颗粒和与不同抑制剂反应后的铝粉尘颗粒进行了表征,揭示了反应的物理化学模型及反应机理。上述成果构成了铝粉尘湿式除尘抑制产氢的方法体系(Hydrogen Inhibition Method(HIM))。在上述相关研究成果的基础上,研究了铝粉尘湿式除尘器设计方案,开发出了具有自动补水功能和打磨作业联锁排风的铝粉尘湿式除尘器,并能确保其运行过程中防止氢气爆炸。针对铝板打磨停止作业以及可能导致湿式除尘器内氢气积聚的情况,设置了氢气探测联锁排风及定期强制排风系统,确保铝粉尘湿式除尘器安全。建立了铝粉尘湿式除尘器WBS-RBS-BN定量风险评价模型,并实施了定量风险评价。结果表明,该除尘器不但彻底解决了铝粉尘爆炸问题,而且也解决了铝粉与水反应产生氢气的爆炸问题,获得了很好的应用效果,为我国与水反应产生氢气的金属粉尘除尘及系统防爆指明了方向。也为我国有关国家标准关于粉尘遇水后能产生可燃或有爆炸危险的物质时,不得采用湿式除尘器的条款修订提供了依据。
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