Kömürün patlama kabiliyetini etkileyen özellikleri

1. Tane çapı, uçucu oranı ve miktarıdır

Kömür güvenle kullanılan etkili  bir yakıttır, ancak, özellikle partikül çapının küçültülmesi ile, kurutucularda, siklonlarda, filtrelerde, yakma sistemlerinde, değirmenlerde, silolarda, bunkerlerde ve diğer işletme veya sevk sistemlerinde, patlama tehlikesi yaratmaktadır. Yaşanan tecrübelere göre, 20-mesh elek altında tane çaplı maden kömür tozları patlama tehlikesi oluşturmaktadır. Bunların tane büyüklükleri 841 mikrona kadar olup, toz patlamalarını oluşturan en iri tane çaplarıdır  ve patlama anındaki basınç artışı daha yüksek oranda gerçekleşecektir

Uçucu oranı da kömür patlamaları ile ilgili önemli bir elemandır; uçucu madde ile kömür karbon toplamının bölünmesi ile bulunur. 0.12 değerinin üzerinde uçucu oranına sahip olan kömürlerin patlama tehlikesi oluşturduğu tespit edilmiştir. Tüm maden kömürleri bu sınıf içindedir. Antrasit ise, uçucu oranının 0.12 ve altında olması nedeni ile patlama tehlikesi oluşturmaz ancak yangın tehlikesi devam etmektedir Patlama için gerekli bir eleman da, yeterli yoğunlukta kömür tozunun bulunmasıdır. Asgari patlama yoğunluğu demek, yeterli bir tetik kaynağının olması halinde patlamaya neden olacak ve etrafına hasar verecek güçte bir basınç oluşturacak, asılı halde bulunan asgari toz miktarı olarak tanımlanabilir.

Yüksek uçuculu maden kömüründe, asgari patlama yoğunluğu 50- 100 g/m³ seviyesindedir. Bir başka deyişle, eğer tabanda ayak izleri belirgin oluyor veya duvarlarda kömür tozu gözlenebiliyorsa, bu bölgede patlama oluşturabilecek yeterli kömür tozunun bulunduğu söylenebilir.

Normal öğütme şartlarında, ortam, yukarıda belirtilen asgari patlama yoğunluğunun üzerinde bulunaktadır.

2. Oksijen

Diğer yanma ve patlama riski oluşturan elemanların kontrol edilmesi ile birlikte, oksijen oranının, sürekli ve kusursuz bir şekilde ölçülmesi hayati önem taşımaktadır.Kömür öğütme tesisleri ve ekipmanlarında, emniyet ile ilgili parametrelerin ölçülmelerinde güvenilir sonuçların alınması, yangın ve patlamaların önlenmesi açısından en önde gelen değerlerdir. Kritik seviyelere ulaşılmadan etkin, güvenilir bir uyarı sistemi ile inertizasyon, yangın ve patlama önleme sistemi devreye girebilmeli, inertizasyon sistemi ise gerekli önlemeyi yapabilecek beceri ve yeterlilikte olmalı ve ortamı, yanma ve patlama özelliklerine karşı durağan halde tutabilmelidir.

Öğütme sistemlerinde, kömür tozu yoğunluğu yanma limitlerinin altında olsa bile,  kurutma ve sevk için kullanılan havada yeterli miktarda bulunan oksijen, kömür toz bulutunun yanması, patlaması için gerekli ortamı yaratmaktadır.

Yüksek nemli kömürlerin kurutulmaları sırasında ise meydana gelen su buharı, kurutma havasında bulunan oksijen seviyesinin azalmasına neden olacaktır.Bu azalma ile, patlamanın gerçekleşmesi halinde, basınç artış oranı ve azami basınç değerleri daha düşük kalacak, ancak oksijen yoğunluğu % 13 seviyesinin altına düşürülmeden güvenli ortam sağlanamayacaktır.

Kömürün kömürleşme derecesi düştükçe ve uçucu miktarı arttıkça, yanma için gerek duyulan oksijen miktarı azalmaktadır.

3. Tutuşturucu Kaynak

Öğütme sistemlerinde birçok tetikleme kaynağının bulunması mümkündür. Değirmenlerde, sürtünmeden meydana gelen kıvılcımlar, kontrol dışında sisteme girebilecek demir parçaları ve diğer yabancı maddeler nedeni ile oluşabilecek kıvılcımlar bir tetikleme kaynağı olabilir. Ayrıca kömür içinde bulunan sert parçalar, pirit veya taş parçaları da birer tetik kaynağı olabilir.

Sıcak yüzeyler üzerinde, tabaka halinde bulunan kömür tozlarında, tabaka kalınlığı arttıkça, minimum yanma sıcaklığı hızla düşmektedir. Bunun nedeni olarak toz tabakalarının kalınlaştıkça ısıyı daha hızlı emmeleri ve daha çok muhafaza etme yetenekleridir.Kömür toz bulutunun asgari yanma sıcaklığı; kurutulmuş linyitlerde 425°C den başlayarak, antrasitlerde 800°C değerleri arasındadır. Maden kömürlerinin tipik tutuşma derecesi 500 ila 625°C  arasındadır.kömürlerinin tipik tutuşma derecesi 500 ila 625°C  arasındadır.Kömür tozu tabakasında, içten içe yanmaları oluşturacak sıcaklık değeri oldukça düşüktür. Bazı maden kömürleri 160°C altındaki sıcaklıklarda tutuşabilirler.

Kömür toz bulutunu ateşleyebilecek elektrik enerjisi 30mJ den başlayarak, kömür cinsi ve türbülans hızına göre artmaktadır.

4. Ortamda Asılı Halde Malzeme-Toz Bulutu

Yangının oluşması için havada koloidal olarak yanıcı malzemenin bulunması gerekmemektedir. Ancak patlama pentagonu için yanıcı malzemenin hava içinde asılı olarak bulunması gereklidir. Bu nedenle; kömür toz bulutunun görüldüğü ortamlar kesinlikle patlama tehlikesini yaratma riski olan bölgelerdir. Bu şartlar altında, sadece bir ısı kaynağı ile patlama gerçekleşebilir. Eğer tabanda bulunan kömür tabakası içten içe yanmakta iken bu tozlar bir şekilde havalanır ve toz bulutu haline geçerse, büyük olasılıkla, patlama kaçınılmaz olacaktır. Bu patlama küçük de olsa, patlamanın hızı ve süresine göre oluşan hava akımı sayesinde, tabanda, ekipmanlarda, kiriş veya duvarlarda, tabakalar halinde bulunan kömür tozları yerlerinden kalkarak toz bulutu haline geçecekler ve bu nedenle ikincil bir patlama söz konusu olacaktır.Genel olarak, kömür tozu patlamalarında, hava 300 km/saat den daha yüksek hıza ulaşmaktadır. Yaratılan patlama basıncı 90 psi, azami basınç artış hızı ise 2000 psi/sn (bar) olarak gerçekleşmektedir.Bu parametreler, kapalı bir ortamda toz bulutu halinde bulunan ve tetiklenen kömürün, şiddeti ve yok edici gücü hakkında bazı öngörülere sahibi olmak açısından oldukça önemlidir. Yukarıda verilen parametrelere bakıldığında, azami basınca ulaşmak için geçen sürenin sadece 0.045 saniye olduğu görülmektedir. Kapalı ortamın içinden patlamanın atılması ile, hava hızı düşer, diğer kömür tozlarının bulutlanması önlenir, ve patlama sona ermiş olur. Ancak yangın devam edebilir.

TOZ YANGINLARINI VE PATLAMALARINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

Tozların Kendi Kendine Isınması

Öğütülmüş kömürlerde, yanma ve patlamaya neden olabilecek, diğer önemli bir doğal özellik de, içten yanma ve kendi kendine ısınma özelliğidir. İçten içe yanma; kömür yığınının o halde belli bir süre beklemesi ile gerçekleşir. Kendiliğinden okside olur ve ekzotermik bir reaksiyona neden olarak, sıcaklık ve/veya aleve neden olabilir.

İçten içe yanmalara neden olan ana faktörler

Metamorfizma / kömürleşme derecesi

Düşük olan kömürlerde, kendi kendine ısınma eğilimi artmaktadır. Düşük dereceli kömürler, linyit ve alt-maden kömürleri olup, tipik olarak daha yumuşak, kolay ufalanabilir, yüksek nem, düşük karbon yüzdeli ve daha düşük kalorilidirler. Yüksek dereceli kömürler tipik olarak daha sert, sağlam, daha yüksek karbon oranları, dolayısı ile yüksek kalori değerlerine sahiptir. Nem oranları daha düşük olan bu tür kömürlerin en üst noktası Antrasit tir.

Hava akış oranı :

Kömürün yüzeyinde yeterli oksijen yoğunlaşmasını sağlayan ancak soğutmak için yeterli olmayan hava akımları ile, kendiliğinden ısınma eğilimi artmaktadır.

Tane Boyu

İncelik arttıkça, yüzey alanı artmakta olup, kendiliğinden ısınma eğilimi de artmaktadır.