气固两相流基础理

• 5．燃料筛分
• 宽筛分与窄筛分
• 6．燃料颗粒特性
• 燃煤的粒比度
• 7．流化速度
• 空塔速度，控制流化状态
• 8．临界流化风速与临界流化风量
• 开始流化时的一次风速度与风量
• 9．物料循环倍率
• 物料返送量与燃料给进量之比
物料循环倍率
烟气
一次风量
分离器
燃料颗粒特性
燃料
回料风 回料阀
分离器效率
第2讲 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
• 燃煤、灰渣、石灰石、砂子或铁矿石
• 2．物料
• 循环系统内燃烧或载热固体颗粒
• 3．堆积密度与颗粒密度
• 无约束，真实密度
• 4. 空隙率
• 堆积与流化并不相同。确定流化状态
（m/s）
200℃ 1.13 1.92 2.62 3.38 4.08 5.35 6.58 800℃ 0.85 1.62 2.5 2.35 4.21 5.83 7.41
（ m ）
200 300 400 500 600 800 1000
煤粒直径
流态化基本原理
• 流态化的概念
流化床的形成过程
图2-6 不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态
流化床的形成过程（演示）
循环床的形成
沸腾床
鼓泡床实验演示
循环床实验
循环床实验
循环流化床炉内流体动力特性
• 一、炉内气固两相流动状态 • 1. 炉内不同区域流型分布
位置 燃烧室（二次风口以下） 燃烧室（二次风口以上） 旋风分离器 返料料腿（立管） 返料机构/外置式换热器 尾部烟道 流动状态 湍流或鼓泡流化床 快速流化床 旋涡流动 移动床 鼓泡流化床 气力输送
回料系统
一次风 图2-1 循环流化床锅炉原理简图
气固两相流中的颗粒特性
• 一、固体颗粒特性 • 1. 非球形颗粒的等效直径
–(1)等效体积直径 –(2)等效表而积直径 –(3)筛分直径 –(4)等效表面-体积直径
• 2. 颗粒球形度
表 2-1 物 料 原煤粒 破碎煤粉 烟道飞灰 烟道飞灰 碎玻璃屑 鞍形填料 拉西环 性 状 大至 10mm — 熔融球状 熔融聚集状 尖角状 — —
图 2-17 分布
床内颗粒浓度
• 2. 床内气泡与颗粒运动
图 2-19 颗粒带(颗 粒图) 形成示意图
图 2-20 面壁流
图 2-18
气泡上浮对床料的扰动
• 二、 炉内颗粒浓度分布
–1. 颗粒浓度沿床高（轴向）分布规律
图2-21 不同流态化型式 沿高 度的颗粒浓度分布
–2. 颗粒浓度沿床截面（径向）分布规律
四 布风均匀性检查
• 脚试法： • 沸腾法：
动画
五 冷态临界流化风量测定
• 临界流化风量概念
• 临界流化风量的测定
• 冷态临界流化风量对热态运行的指导意义
–临界流化风速受温度影响，随温度的升高而增 大; –冷热态临界流化风量之比随温度升高而降低， 运行温度（900℃）时约为50%，提示热态运行 时需冷态临界流化风量的一半即可达到临界流 化状态； – 实际运行时流化风速应不低于（1.5~2）umf， 即实际运行时良好流化所需的风量与冷态临界 流化风量相当。
典型非球形颗粒的球形度数据
球形度（
0.65 0.73 0.89 0.55 0.65 0.3 0.3
）
物 料 砂 硬砂 硬砂 渥太华砂 砂 砂 钨粉
性 状 平均值 尖角状 尖片状 接近球形 无棱角 有棱角 —
源自文库
球形度（
0.75 0.65 0.43 0.95 0.83 0.73 0.89
）
• 3.宽筛分颗粒的平均粒径 • 4. Geldart的颗粒分类方法
图2-2 Geldart的颗粒分类图
表 2-3 颗粒类型 粒度(ρ p =2500kg/m3) 沟流程度 可喷动性 最小鼓泡速度 u mb 气泡形状 固体混合 气体返混 粒度对流体动力特性的 影响
Geldart 四类颗粒的主要特征 C A B D
μ <20
m
μ 20～90
无 >u mf
m
μ 90～650
m
μ >650 m
可忽略 有
严重 无 无气泡 仅为沟流 很低 很低 未知
很小
可忽略 浅床时
u = mf
中 中 很小
u = mf
高 低 未知
平底圆帽 低 高 明显
二、颗粒终端速度
表 2-4
（ m ） 30 40 50 60 70 80 90 100 煤粒直径
ut 煤粉颗粒的终端沉降速度
200℃ 0.03 0.06 0.12 0.15 0.25 0.27 0.37 0.43 800℃ 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.21 0.24
Gs
气流方向
图 2-25 快速流化 床内颗粒流动示意图
三、床层高度、阻力与气流速度变化的关系
图 2-26 流化床中料层随气流 速度变化的情况
图 2-27 床层高度、阻力随气 流变化速度变化的情况示意图
• 床内压力波动 • 循环流化床的压力分布
高度
输送床 湍流床 快速床 鼓泡床
Δ P/L
图2-29 不同流型下床内压力沿床 层 高度的变化曲线