锅炉气固两相流基础理论

2. 颗粒球形度 表征颗粒接近球形的程度。球形度数值越小，颗 粒偏离球形越远。用实测方法获得。 •
3.宽筛分颗粒的平均粒径
• 筛分重量平均直径：dav=∑xidi • Xi—不同直径颗粒份额 • Di—颗粒各种不同粒径，用不同孔径的筛子表示 • 对孔径小于25.4mm的孔，用25.4mm长度上的 孔数表示，简称“目” • 表3-3 为我国常用的泰勒标准筛的目数（25.4mm 长度上孔数）和对应孔径（相邻网线间的孔径）
3.颗粒的扬析和夹带
• 夹带：指单一颗粒或多组分系统中，气流从床层 • 中带走固体颗粒的现象。 • 扬析：从混合物中分离和带走细粉的现象。
二、 炉内颗粒浓度分布
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1. 颗粒浓度沿床高（轴向） 分布规律 从颗粒浓度沿床高的分 布特征看，处于不同流型 状态的流化床内的颗粒浓 度沿床高分布规律差别很大。 从总体上讲，循环流化床炉 内颗粒浓度一般呈上稀下浓 的不均匀分布，如图2-21所示。
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通常，对于挥发分较高的煤，粒径允许范围较 大，筛分较宽；对于挥发分较低的无烟煤、煤矸 石，一般要求粒径较小，相对筛分较窄。 • 国内目前运行的循环流化床锅炉，其燃料粒径 要求一般在0.1～10mm、0.1～l5mm，特殊的要求 0.1～20mm，这些燃料粒径要求范围较大，均属 宽筛分。
• 6．燃料颗粒特性—称燃煤的粒比度 • 是选择制煤设备和锅炉运行的参数 • 细颗粒多,一般炉温整体高,燃烧后燃 • 粗颗粒多,影响排渣,炉膛易结焦 • 7．流化速度--空塔速度,不是一个常量,指床料或物 料流化时动力流体的速度 • 运行中控制和调整风量,就控制盒调整了流化速 度,即控制炉内物料的流化状态 • 一次风:通过布风板和风帽使床料(或物料)流化起 • 来的空气
• 1. 固定床 • 颗粒组成的床层静止于—个筛板上，气体通过 筛板上的小孔进入床层，并通过颗粒间隙上行， 这种床层称之为固定床或填充床 • 如在循环流化床返料机构的料腿中， • 固体颗粒之间无相对运动。当气体流经固体颗 粒时，它对颗粒有曳力，这样会引起气体通过床 层有压力损失。 • 2. 鼓泡流化床 • 悬浮气速达到一个临界值——最小流化风速， 气体对颗粒的曳力刚好等于颗粒的重力减去浮力时 的床层风速
流态化的定义为：使颗粒通过与气体或液体的接触而转变成类似流体的一种运行状况。当颗粒处于流态化状态时，作用在固体颗粒上的重力与气流的曳力相互平
第三节 流态化基本原理
• 一、流态化的概念 • 流态化的定义为： • 使颗粒通过与气体或液体的接触而转变成类似 流体的一种运行状况。 • 当颗粒处于流态化状态时，作用在固体颗粒上 的重力与气流的曳力相互平衡，此时颗粒处于一 种拟悬浮状态，从而使流化床具有类似于流体的 性质，主要有以下几点：
一、炉内气固两相流动状态 • 1. 炉内不同区域流型分布 • 在循环流化床锅炉中，高温固体物料沿着一个 封闭的循环回路运动。在这个循环回路中的不同 区域固体颗粒处于不同的流动状态，如下表所示：
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可见循环流化床锅炉中包括了气固两相流的所有流 态，不同位置、不同部件结构中都有不同的流型。 炉膛中的不同区域存在着从鼓泡流态化、湍流流态 化至快速流态化的多种流动型态，同一区域在不同的 运行风速下流动型态也有变化. 循环流化床锅炉由于底部床料的加速效应和大量颗 粒从底部循环回送，因而存在着： 1.底部靠近布风板区域的密相区 2.二次风口以上的相对稀相区域， 3.布风板和二次风口之间的区域基本上处于鼓泡流化 床或湍流流化床状态， 4.二次风口以上才逐步过渡到快速流化床状态。
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一般的气-固流态化，气体并不均匀地流过颗粒 床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗 粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随 位置和时间的不同变化，因此这种流态化称为 “聚式”流态化。 • 燃煤循环流化床锅炉靠空气或烟气流化颗粒状 物料，属气-固流态化范畴，也即属于聚式流态化。
二、典型流化状态
9．物料循环倍率--物料返送量与燃料给进量 • 之比 • 指物料分离器捕捉下来且返 • 送回炉内的物料量与燃煤量 • 之比。
物料循环倍率
一次风量：过小，回 送量减少 燃料颗粒特性：颗 粒粗，份额大，回 送量减少 分离器效率：效率 降低，回料量减少
回料系统：
• 10.物料浓度： • 指炉膛内一定空间区域内的物料量，与两个压 力测点间的压差成正比，与两个压力测点间的距 离成反比。 • 11.密相区、过渡区和稀相区 • 工程应用上，一般将二次风口或给煤口以下区 域划分为密相区，炉膛锥部以上部分划分为稀相 区。
3．堆积密度与颗粒密度 堆积密度：单位体积燃料质量ρd表示，kg/m3, 颗粒密度:单个颗粒的质量与其体积比ρp表示， kg/m3 无约束，真实密度 4. 空隙率 空隙率:燃料、床料或物料堆积时，其粒子间的空 隙所占的体积份额。 堆积与流化并不相同。 流化状态下空隙率ε定义为：气体所占的体积与整 个两相流总体积之比。 5．燃料筛分：燃煤颗粒要求0 −13mm 宽筛分： 0.1 −13mm, 窄筛分: 2 −6mm
第四节循环流化床炉内流体动力特性
• 气-固两相的流体动力特性，主要包括炉内气固 两相流动状态、颗粒聚集行为、气固混合、炉内 颗粒浓度分布、炉内压力分布等规律。 • 流体动力特性是循环流化床锅炉非常重要的特 性，它决定着辅机的能耗、床内吸热量、温度分 布、燃烧情况、床内载料量和磨损等。良好的综 合流体动力特性是合理设计循环流化床锅炉的基 础。
气固两相流中的颗粒特性
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• 目前大多数循环流化床锅炉流化风速约为5～8m／s。
2. 床内气泡与颗粒运动
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• （1）在任一高度的静压近似等于在此高度上单位 床截面内固体颗粒的重量； • （2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平， 床层的形状也保持容器的形状； • （3）床内固体颗粒可以像液体一样，从底部或侧 面的孔口中排出； • （4）密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉， 密度小的物体会浮在床面上。 • （5）床内颗粒混合良好，当加热床层时整个床 层的温度基本上均匀。
• 4. 快速流化床 • 快速流化床是湍流流态化和气力输送状态之间 的流态，在床层中流化气速高于颗粒的终端沉降 速度，由气流夹带的颗粒被分离再送回床层的下 部。 • 主要特征为：气固之间的高滑移速度、颗粒团聚 物的形成和离析以及良好的混合。 • 5.气力输送 • 气体速度继续增大，导致固体颗粒空间浓度很 稀，气固悬浮物处于气力输送状态
• 3.湍流床 • 增加气速会最终使床层膨胀形式产生变化， • 该状态下，气泡相由于快速的合并和破裂而失去了 确定形状，气固混合更加剧烈，大量颗粒被抛入床层 上方的悬浮空间，床层仍有表面，但已相当弥散，看 不清料层界面，但床内仍存在一个密相区和稀相区， 下部密相区的床料浓度比上部稀相区的浓度大得多。 这种床层称之为湍流流化床 • 湍流床的运行风速高于细颗粒的终端沉降速度，而 低于粗颗粒的终端沉降速度，在该流态下运行时气固 接触良好。循环流化床底部密相区大多运行在湍流床 状态。
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流化床锅炉流化速度较高(一般在5～l0 m／s )， 流化介质在床内不再以气泡形式通过物料，固体 颗粒的运动方式也发生了变化。在颗粒流型上， 快速流化床明显存在着颗粒絮状物的运动，如图 2-19 所示。
原因
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因为床内物料密度很大，物料在高速气流作用 下，后续上浮的颗粒接近前面颗粒，使前面颗粒 所受气流的作用力降低，并在其重力作用下落在 尾随其后的颗粒上，依次作用使物料单一颗粒形 成颗粒团或颗粒带，颗粒团(或颗粒带)的自身重力 较单一颗粒重得多，当其重力大于气流对其作用 力时，颗粒团落降与后部的物料混合。
气体流化床的拟流体性质见下图
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如图2-4所示。在这种床层中，一个大而轻的物体会 被很容易地压入床中，并且一旦松手便会很快跳起并 浮在床表面。而当容器倾斜时，床层的表面会保持水 平。当两个床体在水平方向连通后，颗粒将从一个床 层流向另一个床层，并且两个床层将最终趋于平衡(即 同高度的床表面)。床内沿高度方向任意两点的压差基 本上等于这两点间的床层静止压头。这种流化床还有 一种重要的性能，就是当在密相床体侧边开一个孔后， 床内颗粒将会以喷射状自由流出床外，因而不少鼓泡 流化床常利用这一性质在床层表面设置一溢流口，以 维持稳定的床层高度并自动排出渣料。
第三章
气固两相流基础理论
主要内容
基本概念 气固两相流中的颗粒特性 流态化基本原理 循环流化床炉内流体动力特性
基本概念 • 1．床料
• 由燃煤、灰渣、石灰石、砂子或铁矿石等 组成 • 2．物料 • 循环系统内燃烧或载热固体颗粒 • 组成：床料、燃料、反送回的飞灰及其他 物资
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8．临界流化风速与临界流化风量 床料开始流化时的一次风速度与风量,通过试验测 得 临界流化速度是流态化操作的最低气流速度，实 际燃煤流化床 锅炉中，耍达到稳定的流态化，使锅炉安全稳定 远行，其运行的最低风速应大于临界流化风速。 对于某一种床料，当其流化速度u＜3m/s时，空 隙率ε在0.45左右，这时的流化状态称做鼓泡床。 当流化速度ｕ＝4～7m/s时，其对应的空隙率ε＝ 0.65～0.75，这时的流化状态称做湍流床。 当流化速度ｕ＞8m/s时，空隙率也随着增大为ε＝ 0.75～0.95之间，这时的流化状态称做快速床。