第二章 循环流化床的基本理论.
循环流化床原理及运行
循环流化床原理及运行循环流化床主要由床体、循环器、气固分离器、换热器以及气体和固体的供给与排出系统等组成。
其工作原理是将气体和粗颗粒固体以较高的速度由床体底部引入，通过气固的强烈的接触，将反应所需的物质传递至固体表面，然后通过气体与粗颗粒固体的分离器将固体从气体中分离出来，然后再将固体颗粒经过循环器回流至床底，形成循环。
在循环流化床中，床体内的固体颗粒会被流化空气携带起来，在床体内形成一种类似于流体的状态。
床体中的气体通过气体分布板均匀地从底部引入，在床内形成均匀的气流。
当气体通过床体时，由于流体动力学的特性，固体颗粒被悬浮在气体中，形成浮动着的连续相。
在这种状态下，气体与颗粒之间的传质和传热效率大大提高，从而增加了反应的速率和效率。
循环流化床的运行过程可以分为固体颗粒的循环和气体的循环两个主要步骤。
在固体颗粒的循环过程中，气体通过固体颗粒床体将颗粒携带起来，并从循环器中回流至床底。
循环器中的固体颗粒经过多级分离装置的分离后，被分为两部分，一部分再次回流到床底，一部分从床体上部排出。
这样不断循环地将固体颗粒带到床体中，使床体保持一定的固体浓度。
在气体的循环过程中，气体从床体底部引入床体，通过床体上升，经过一定的高度后，在床上部进入气固分离器。
在气固分离器中，气体与固体颗粒进行分离，固体颗粒沉降至底部，而气体则从顶部排出。
排出的气体可根据需要进行再利用或者进行后续处理。
循环流化床具有很好的传质和传热性能，能够有效地控制反应的温度和反应速率。
由于固体颗粒的循环，床内固体颗粒的平均停留时间较短，减少了固体颗粒的积聚和结焦现象，延长了固体颗粒的寿命。
此外，循环流化床还具有较好的反应均匀性和操作灵活性，可广泛应用于化工、冶金、环保等领域。
总之，循环流化床通过将气体和固体颗粒进行高速流化，形成浮动着的连续相，以此来完成气体固体反应。
其原理是通过气体与固体颗粒之间的强烈接触和传质传热效果，实现反应的高效率和高速率。
循环流化床锅炉原理-第二章-流体动力学
基本术语
1.布风装置(布风板、风室、风帽) 布风装置由布风板、一次风室及风帽组成。一次风 经过空气预热器加热后进入一次风室，然后通过布风板 上的小孔和布风帽进入炉床上面，与给煤及返料混合、 燃烧。床料以布风板为支撑，一次风通过布风板对床料、 燃料及石灰石产生向上的动力，建立流化状态，使床料、 燃料、石灰石在床层上强烈掺混，进行剧烈的燃烧及传 热过程。
摩擦阻力＝ C D •
2.1.2 流化床压降和流速的关系
图2.1.3 压降与流速的关系
流化床压降和流速的关系
2．实际流态化 实际流化床压降和流速的关系较复杂。由于受颗粒之间作用 力、颗粒分布、流体分布板结构特性、颗粒外部特征、床直径大小 等因素的影响，造成实际流化床压降和流速的关系偏离理想曲线 而呈各种状态，主要表现在以下几个方面： ①流速在接近临界流态化速度时，在压降还未达到单位面积的浮 重之前，床层即有所膨胀，若原固定床充填较紧密，此效应更明 显。此外，由于颗粒分布的不均匀性以及床层充填时的随机性造 成床层内部局部透气性不一致，使固定床和流化床之间的流化曲 线不是突变，而是一个逐渐过渡过程。在此过程中，一部分颗粒 先被流化，其它颗粒的重量仍部分由分布板承受。因而此时床层 压降低于理论值。最后，随着流速的增加，床层颗粒重量才逐渐 过渡到全部由流体支撑，压降接近理论值，此时对应床层重量完 全由流体承受的最小流速Umf，亦即完全流态化速度。
10. 空隙率 在电厂中无论是固体燃料煤还是其他颗粒物料， 尽管粒径大小不同，但是粒子间都有空隙，因此堆积 密度总是比颗粒密度小。燃料和床料或物料堆积时， 其粒子间空隙所占的体积份额为堆积空隙率。
11. 物料筛分 进入锅炉的燃料颗粒的直径一般不相等。如果粒 径粗细范围较大，即筛分较宽，称为宽筛分；粒径粗 细范围较小，就为窄筛分。 12. 流化速度 流化速度是指床料或物料流化时动力流体的速度。 对于循环流化床锅炉来说，动力流体就是空气经风机 产生一定能量，通过布风板或风帽使床料（物料）流 化起来。这部分风叫做一次风。
循环流化床讲义
二、循环流化床运行中几个重要参数
三、煤的筛分特性
2. 燃煤粒径变化对CFB锅炉运行的影响 (五) 加强燃煤制备设备的选择和管理 对燃煤粒度分布的具体 1) 燃料的粒度分布。保证燃料粒度、保证在已确定的流化速
度条件下，有足够的细颗粒吹入悬浮段，确保燃烧室上部(稀相区 )的燃烧份额、保证形成足够的循环床料。
(二) 燃煤粒径对燃烧效率的影响求
锅炉燃烧热损失中较大的一项是固体不完全燃烧损失q4。对CFB，一 般床底渣的含碳量≤2.0%，低于煤粉燃烧锅炉。但是，飞灰含碳量高于 10%的偏多，高于煤粉炉，特别对燃煤中细颗粒偏多的情况，当燃煤热值 较高、挥发分含量较低时(烟煤)，飞灰含碳量高达20％~30％。严重影响 了锅炉燃烧效率。
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二、循环流化床运行中几个重要参数
二、燃尽时间8.77 109
exp(0.01276Tb
)
d 1.16 p
由此可见：
1. 流化床碳粒子的燃尽时间与床温有关，床温越 高，燃尽时间缩短；
2. 燃尽时间与碳粒子直径的1.16次方成正比。粒 子越大，燃尽时间越长。
粗粒子份额 (δ)
0.5
0.4
停留时间(min) 6.2 12.4 18.6 19.84 24.8 29.76
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二、循环流化床运行中的重要参数
二、燃尽时间和停留时间
燃烧六种热值不同的煤的时粗粒子 在密相床内的平均停留时间
1. 燃烧热值低的煤，煤粒在密 相区内停留时间短；烧高热 值煤，煤粒在密相区内停留 时间长；
煤粒尺寸(mm) 0.80 1.00 2.00 4.00 8.00 10.00
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燃尽时间(s) 280.14 362.90 810.92 1812.07 4049.21 5245.48
循环流化床基础知识.
我国的电力工业是国民经济发展的基础产业，在我国，电力生产主要以燃煤火力发电为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是SO2、NOX的排放。
SO2的排放是造成酸雨的主要原因，为了通过炉内燃烧技术的改进，降低SO2、NOX排放量，我国从60年代开始对循环流化床锅炉进行研究，并在90年代以后和外国公司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛应用。
流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床，按工作条件分为常压和增压式流化床。
循环流化床锅炉技术是一种新型的高效低污染清洁的燃烧技术，上世纪70年代的能源危机和越来越突出的环保问题使人们促进了这种燃烧技术的发展。
现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大流派，分别为：以德国Lurgi公司为代表的鲁奇型和以美国的Foster Wheeler 、芬兰的Alstorm公司（两者兼并）为代表的FW Pyroflow型和德国Babcock公司的Circofluid型。
我国东方锅炉厂采用的是FW公司的Pyroflow型的改进型循环流化床锅炉。
北京B＆W锅炉厂采用的是德国Babcock公司的架构和技术。
哈尔滨锅炉厂有限责任公司(HBC)与美国PPC(奥斯龙技术)以及国内的科研单位合作也开发了自己的大型循环流化床锅炉。
上海锅炉厂引进美国ＡＬＳＴＯＭ技术、消化吸收自行设计制造了自己的循环流化床锅。
由于国内各大锅炉厂商的参与，我国的大型循环流化床技术已趋于成熟[trade] 第一节循环流化床锅炉的概念循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上发展起来的，因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉。
但是又有很大的差别。
早期的循环流化床锅炉流化速度比较高，因此称作快速循环循环床锅炉。
快速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉。
鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一定的理论。
要了解循环流化床锅炉的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床→湍流床→快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。
02循环流化床基本原理.
二、二代流化床锅炉炉内颗粒运动和浓度分布 （一）第一代流化床（沸腾沪） 1、采用鼓泡床，流化速度=3~4m/s，浓稀相界面明显。 2、气流以气泡的方式上浮，气泡在床内产生“尾迹迁移
作用”． 3、床内颗粒混合主要依靠气泡上浮带来的扰动。 4、大量气泡上浮导致固体颗粒的纵向运行，所以床内混
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第四节 循环流化床煤的燃烧和炉内传热
一、煤的燃烧
（一）传统理论：时间、温度、湍流度三要素。
时间：炉内物料的内循环和外循环提供了较长时间。
温度：一般维持850~900℃左右。
湍流度：床内的强烈气固混合提供了必需的湍流度。
注：密相区上方横向扰动差，如欠氧，周围难于补充。
（二）煤颗粒的燃烧过程
约为3%～4%。直径0.2～1mm颗粒参与循环，２mm以上不参与
循环。大颗粒反应面积小→反应速度慢，停留时间（很长）
＜燃烬时间。也是飞灰含碳量的一个因素。
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（五）鼓泡床燃烧特点 颗粒较粗（1～30mm），流化速度较低（≤3m/s) 浓稀相明显，飞灰中可燃物率高。 温度场：水平方向均匀，垂直方向差距大。上下部温差
气体的对流传热。 注：三种传热在浓相区和稀相区有所不同。 （四）影响循环流体床燃烧室中传热的主要因素： 流化介质、固体颗粒的物理性质。 最低流化条件（临界流化风速、空隙率） 流化条件（颗粒浓度、流化风速） 床层与受热面的布置形式与几何尺寸、材料等 床层与壁面温度等。
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上述循环 流化床锅 炉传热机 理复杂， 传热系数 影响因素 很多。在 此我们以 床温对传 热系数影 响为例。
床层压力、返料量合适，确保不结渣和低温熄灭火。 2、稀相区：控制一、二次风比例，达到炉膛出口温度、
第二章循环流化床的基本理论分解
2018年11月18日
三、流化速度
1. 流化速度u0（m/s）
（1）定义：床料流化时动力流体的速度 （2）空塔速度（表观速度） 假设床内没有床料时空气通过炉膛的速度u0
Q u0 A
Q—空气或烟气体积流量（m3/s）；A—炉膛截面积（m2）
（3）说明
一般给出的u0是床内空气速度（Q、A不变，u0可确定） 若无特别注明，u0指锅炉在热态时的气流速度 u0又称为烟气速度 运行中控制和调整风量→ u0→炉内物料流化状态
二、固体颗粒的物理特性Βιβλιοθήκη 4、燃料筛分和燃料颗粒特性
（1）燃料筛分
含义：燃料颗粒粒径大小的分布范围 分类及应用
宽筛分——V较高的煤 窄筛分——V较低的无烟煤、煤矸石
（2）燃料颗粒特性（燃料的粒比度）
燃料中各种粒径的颗粒占总质量的份额之比
（3）颗粒特性曲线
定义：原煤经过碎煤机破碎后各粒径大小是连续的，按着粒比度在坐标图上 作出的是一条连续的曲线 作用：比燃煤筛分、粒比度更确切，是选择制煤设备和锅炉运行的重要参数
（2）床层空隙率（流化床空隙率）ε
气固两相流系统中，气相所占的体积Vg与两相流体总体积Vm之比ε （Cv,p——两相流体中颗粒容积浓度）
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Vg Vm
Vm V p Vm
1 Cv, p
二、固体颗粒的物理特性
3、颗粒球形度φ
（1）定义：具有与某种任意形状颗粒相同体积的球体，其表面积与 该种颗粒表面积之比
• • •
•
dp — 颗粒平均直径（m） ρg —流体密度（kg/m3）； CD —曳力系数，反映颗粒运动时流体对颗粒的曳力（或摩擦阻力）， 为雷诺数Ret的函数（Ret，μ为气体的动力粘度，单位为Pa· s），一般 用实验方法确定。 g—重力加速度（g = 9.81s/m2）
循环流化床的原理
循环流化床的原理
循环流化床是一种用于气体固体反应和传质分离的装置，在化工和环境领域广泛应用。
它的原理是通过将气体和固体颗粒以高速混合并形成流化床状态，使气体固体接触充分，提高反应速率和传质效率。
循环流化床的固体颗粒通常具有一定的粒径，当固体颗粒被气体流体化后，形成一种类似液体的状态，称为床层。
床层内的气体和颗粒保持了相对稳定的密度和流动性。
在循环流化床中，气体通过床层，与固体颗粒进行接触和反应。
由于固体颗粒的流动性，床层内的颗粒会与气体一起被带到底部，经过固体循环器回到上部再次与气体接触。
这种循环的流动使气体和颗粒之间的接触时间延长，提高了反应速率。
同时，循环流化床还可以用于传质分离。
当具有较大的表面积和孔隙度的固体颗粒与气体接触时，气体中的物质会通过吸附和解吸等过程被吸附到颗粒表面上，并在颗粒之间进行传质。
通过控制气体和颗粒的流速和密度，可以实现气体中的物质传质分离。
总的来说，循环流化床通过气体和固体颗粒的循环流动，提高了气体固体反应和传质分离过程中的效率。
它具有反应速度快、传质效果好、操作灵活等优点，已经成为化工和环境领域中的重要设备。
流化床的基本原理 PPT课件
由此可见，流化床存在的基础是大量颗粒的群 居。群居的大量颗粒可以通过床层的膨胀以调 整空隙率，从而能够在一个相当宽的表观速度 范围内悬浮于流体之中。这就是流化床之可能 存在的物理基础。
流体
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（3）颗粒输送阶段
如果流体（气体）流量继续增加，始 终出现u1＞ut的关系，始终up＞0 ， 则颗粒被带出床外，此时，称为颗粒 输送阶段。此时的流体表观速度u称 为带出速度。在带出状态下床截面上 的空隙率即认为是1.0 ，此时u=u1 。 显然，带出速度u数值上等于ut 。据 此原理，可以实现固体颗粒的气力输 送或液力输送。
3
保持固定床状态的最大空床气速 umax 床层形态由固定床向流化床转换的临界条件：
u1
u u 1,max
max f ixe d be d
u1,max u ut
umax为维持固定床状态的最大表观 气速。
起始流化速度：
如u果mf是=均u一m的ax颗粒，其ut 可以计算出
气泡外形成一层不与乳相中流体相混合的区域。这一层为气泡云，在 其中，气泡内的气体与固体颗粒获得了有效的接触，得到反应。气泡越 大，气泡的上升速度越快，气泡云也就越薄，气泡云的作用也就减弱。21
气泡的作用
1、是床层运动的动力，加剧气-固两相相对运动；
2、造成床层内颗粒的剧烈搅拌，使流化床具有很高 的颗粒与气体、床料与表面的换热速率，因此流化床 具有等温的特征；
3、参与传质，使反应物：气泡相 乳相；
产物：乳相
气泡相
4、降低流化床气固接触效率；
5、上升到床层表面破碎时，将大量颗粒抛入床层上
方，使流化床颗粒损失。
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5.3.5 Geldart 颗粒分类
循环流化床基础知识
循环流化床基础知识一、流化床锅炉涉及的概念和定义底料:锅炉启动前，布风板上先铺设有一定厚度、一定粒度的“原料”，称为底料或床料。
一般由燃煤、灰渣等组成。
物料：主要是指循环流化床锅炉运行中在炉膛内燃烧或载热的物质。
一般指燃煤、灰渣和脱硫剂。
流化速度：是指床料或物料流化时动力流体的速度。
这里的动力流体是指一次风。
临界流化速度与临界流量：临界流速是使床料开始流化时的一次风风速，此时的一次风风量就是临界流量。
物料循环倍率：通常是指由物料分离器捕捉下来且返送回炉内的物料量与给进的燃料量之比。
二、循环流化床基础理论1.流态化过程当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。
流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。
当增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。
每天学习锅炉知识，关注微信公众号锅炉圈，此时，对于单个颗粒来讲,它再现依靠与其它邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。
这种状态就被称为流态化。
2.不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态（绘图简单示意）随着气流速度的增加，固体颗粒分别呈现固定床、流动床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床、气力输送状态。
简单画图示意。
固定床：当空气流速不大时，空气穿过底料颗粒间隙而向上逸出，底料高度未发生变化。
流动床：当气流速度继续增加，底料开始膨胀，高度发生变化，扰动不强烈，未产生气泡。
鼓泡流化床：当气流速度又继续增加，底料将产生大量气泡，气泡不断上移，小气泡聚集成较大气泡穿过料层并破裂。
如果在鼓泡床的甚而上不断的继续加大空气流速，将依次出现以下三种状态。
湍流流化床：底料内气泡消失，气固两相混合更加剧烈，虽然存在密相区和稀相区，但是没有明显的界线。
此时的流化速度一般为4~5m/So快速流化床：随着气流速度的增加，底料上下浓度更趋于一致，但细小的颗粒将聚成小颗粒团上移，在上移过程中有时小颗粒团又聚集成较大颗粒团，较大颗粒团一般沿流动方向呈条状。
循环流化床运行原理知识
循环流化床运行原理知识2020.2.4一、CFB锅炉的基本组成二、CFB锅炉原理简述1、流化原理：当气体或液体以一定的速度向上流过固体颗粒层时，固体颗粒层呈现出类似液体状态的现象，称为流态化现象。
流化速度：一般是指假设床内没有床料时空气通过炉膛的速度。
U0表示，单位m/s。
临界流速是床料开始流化时的一次风速，此时一次风量为临界流量。
2、燃烧原理：燃烧过程循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，即半悬浮燃烧方式。
在一定的燃烧设备内，正常燃烧应具备的条件：▪高温环境；▪必需的空气量及空气与燃料的良好混合；▪燃料的供应机灰渣和烟气的排放；3、脱硫原理：利用石灰石炉内燃烧中脱硫；给煤中的硫在炉膛内反应生成SO2及一些硫化物；同时一定粒度的石灰石被给入炉膛，这些石灰石被迅速加热煅烧反应，产生多孔疏松的CaO，CaO 吸收SO2 并生成CaSO4，生成的CaSO4 逐渐地把孔隙堵塞，并不断地覆盖在新鲜的CaO 表面。
达到脱硫的目的。
4、传热原理▪颗粒对流换热▪气体对流换热▪辐射传热三、CFB锅炉的结构分析循环流化床锅炉包括锅炉本体和锅炉辅助设备两部分1、本体部分（1）汽水系统：它的任务是吸收燃料燃烧放出的热量，使水蒸发并最后成为规定压力和温度的过热蒸汽。
主要由汽包、省煤器、再热器、过热器、空气预热器等组成。
汽包的作用：连接；汽水分离；储水和储气。
省煤器的作用：提高给水温度；降低烟气温度；回收烟气热量；提高锅炉效率。
再热器的作用：将汽轮机中做功后的蒸汽重新加热到符合要求的过热蒸汽。
过热器的作用：将汽包起来的干饱蒸汽进一步加热使之成为过热蒸汽。
降低烟气温度，回收烟气的热量，提高锅炉效率。
空气预热器：提高燃烧空气温度，减少燃料的热损失；回收烟气热量，提高锅炉效率。
（2）燃烧系统：任务是使燃料在炉内进行良好的燃烧，放出热量。
主要由燃烧器、布风板、分离器、回料装置主要装置组成。
燃烧器：燃烧物料，提供热量。
布风板的作用：支撑固体物料；保证固体颗粒的均匀流化。
循环流化床锅炉培训
流化床的特点1 颗粒的流动平稳 类似液体 操作可连续与自动控制2 颗粒混合迅速均匀 处于等温状态3 通过固体颗粒的循环 易于提供所需热量4 气固间的传热和传质速率高5 密相床与受热面间的传热系数较大6 由于颗粒浓度高 体积大 能维持较低温度运行7 易于大规模操作
一、流态化理论
颗粒种类与流态化形式
类别
牌号
干燥无灰基挥发分产率Vdaf (%)
其它
无烟煤
W
≤10
Aar=6～25 Mar=1～517500～30000KJ/kg
贫煤
10～20
烟煤
Y
20～40
Aar=7～30 Mar=3～1820000 ～30000KJ/kg
褐煤
H
40～50
Aar=30～60 Mar=30～6016200～7000KJ/kg
余热锅炉
冶金 石油化工 水泥等工业余热
原子能锅炉
核反应堆所释放热能蒸汽发生器
其他能源锅炉
利用地热 太阳能等的蒸汽发生器
概 论
燃烧方式
锅炉类型
特 点
火床锅炉(层燃)
一般用于工业锅炉 有炉排
火室锅炉(室燃)
主要用于电站锅炉
旋风炉
旋风筒内燃料与空气的混合
沸腾燃烧锅炉
是目前正在发展中的技术 燃用劣质燃料 保护环境
燃 料
4 燃料的分类 4.1 燃料分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。以煤为例说明：我国现有煤分类主要是根据炼焦工业需要制定
类别
牌号
干燥无灰基挥发分产率Vdaf (%)
最大胶质层厚度Y(mm)
无烟煤
W
0～10
--
贫煤
P
流化床
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第四节 影响循环流化床锅炉燃烧的因素
一、燃烧特性 1. 挥发分含量对燃烧的影响 挥发分含量↑→燃烧速度↑ 2. 焦结性 弱焦结性→机械不完全燃烧损失↑ 3. 发热量 发热量低于设计煤种发热量→密相区温度↓→影响燃烧 4. 灰分 灰分↑→发热量↓影响燃烧 灰熔点↓→造成结渣→破坏流化状态、破坏燃烧 5. 燃煤颗粒粒径 粒径小→燃烧效率↑
第一章绪论 第一节循环流化床锅炉的原理及组成
一、流化床燃烧技术 流化床燃烧的基本原理： 燃料在流化状态下进行燃 烧，粗颗粒在炉膛下部，细颗 粒在炉膛上部。 流化床分：鼓泡流化床 循环流化床 区别：循环流化床炉膛出 口安装 灰分离器，实现循环燃 烧。
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二、循环流化床锅炉系统及组成 1 .燃烧室(炉膛) • 侧面为水冷壁，底部为布风板 • 二次风口以下为还原气氛 • 二次风口以上为氧化气氛 2. 循环灰分离器 ① 高温旋风分离器：利用离心力将灰颗粒从气流中分离 出来，阻力大。 ② 惯性分离器：通过急速改变方向，使气流中的颗粒分 离出来，效率低。 3.飞灰回送装置（回料阀、返料阀） ---将循环分离器收集下来的飞灰送回流化床循环燃烧， 并起“止回阀”的作用。
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4.颗粒浓度的径向分布 中心颗粒浓度小，靠近壁面处颗粒浓度高 二、压力分布 床层底部压力梯度大，上部压力梯度小 三、气体速度分布 1.轴向分布 二次风的作用、床层截面变化的影响 2.径向分布 中心速度高 颗粒浓度越大，速度不均匀性越大
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二、固体体颗粒的物理特性 • 1.堆积密度与颗粒密度 • 堆积密度－固体颗粒自然堆放时单位体积的质量 • 颗粒密度－单个颗料的质量与其体积的比值 • 2.空隙率－床料或物料自然堆放时，颗粒间的空隙占总 • 体积的份额 • 3.颗料环形度－与颗粒有相同体积的球体表面积与颗粒 • 实际表面积之比 • 4.燃料筛分和燃料颗粒特性 • （1）燃料筛分 • 宽筛分－颗粒粒径粗细范围较大 • 窄筛分－颗粒粒径粗细范围较小 • 挥发分高的煤允许宽筛分 • （2）燃料颗粒特性（粒比度） • －燃料中各种粒径的颗粒占总质量份额之比
循环流化床工作原理
循环流化床工作原理
循环流化床是一种特殊的反应器，它用于进行粒子间传质、传热和化学反应。
工作原理如下：
1. 气固两相流：循环流化床中床层内同时存在气体和固体颗粒两相流动。
气体由进气口进入循环流化床，经过床层内的颗粒床，然后通过气体出口排出系统。
固体颗粒会在循环流化床中循环流动，并参与传质和反应过程。
2. 流化状态：循环流化床内的固体颗粒受到气体的流化作用，使得床层呈现出类似于流体的行为，形成流化状态。
这种流体化的床层使得固体颗粒能够均匀悬浮于气体中，从而实现了颗粒之间的充分混合和接触。
3. 固体循环：固体颗粒在循环流化床中连续循环，通过固体循环器回收和重新注入系统。
一部分固体颗粒会随气体流出系统，然后经过固体分离器被收集和重新加入到循环流化床中。
这种固体循环的过程可以实现固体颗粒的再利用，提高了反应器的效率。
4. 传质和反应：循环流化床在床层内部形成了大量的颗粒间间隙，使得气体和固体之间的传质和传热更加容易。
当气体通过床层时，会与固体颗粒接触并进行质量传递，从而实现了化学反应的进行。
总的来说，循环流化床通过流化状态和固体循环的方式实现气固两相流动，并利用颗粒之间的混合和接触促进了传质和反应
过程。
这种反应器具有高效、均匀和可控的优点，被广泛应用于化学工艺、石油炼制和环保等领域。
循环流化床原理
循环流化床原理循环流化床是一种广泛应用于化工、能源等领域的反应器，其原理是通过将固体颗粒物料在气体流中形成床层，通过气体的循环使颗粒物料不断循环流动，从而实现物料与气体的充分接触和反应。
循环流化床由固体床层、气体分配器、气体循环系统和反应器本体等组成。
在循环流化床中，气体通过分配器均匀进入反应器，使固体床层中的颗粒物料悬浮起来，形成流化状态。
在床层中，颗粒物料随着气流的作用不断循环流动，实现了物料的混合和加热。
循环流化床的原理是利用气体的流动和床层颗粒物料的循环运动，实现了反应过程中物料和气体的充分接触。
在循环流化床中，气体的流速决定了颗粒物料的悬浮状态，过高的流速会导致颗粒物料被带走，过低的流速则会导致床层失稳。
因此，控制气体的流速是循环流化床操作的关键。
循环流化床的优点在于具有良好的传质和传热性能，能够保证反应过程中物料的均匀加热和充分反应。
同时，循环流化床还能够适应不同反应条件的要求，通过控制气体流速和床层压力可以实现不同反应速率和产物选择性。
此外，循环流化床还具有较好的操作灵活性和可控性，能够适应不同规模和工艺要求的反应。
循环流化床在化工领域中有着广泛的应用，例如催化剂的制备、气体分离、催化反应等。
在催化剂的制备中，循环流化床可以实现催化剂的均匀涂覆和载体的固定，提高催化剂的活性和稳定性。
在气体分离中，循环流化床可以通过控制气体流速和床层压力实现不同气体组分的分离和纯化。
在催化反应中，循环流化床可以实现反应物料的均匀加热和传质，提高反应的效率和选择性。
循环流化床是一种通过固体床层和气体循环流动实现物料与气体充分接触和反应的反应器。
它具有良好的传质和传热性能，操作灵活性强，广泛应用于化工、能源等领域。
通过控制气体流速和床层压力，可以实现不同反应条件下的反应控制和产物选择性。
循环流化床的应用将进一步推动化工领域的发展和进步。
循环流化床基础知识
我国的电力工业是国民经济发展的基础产业，在我国，电力生产主要以燃煤火力发电为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是SO2、NOX的排放。
SO2的排放是造成酸雨的主要原因，为了通过炉内燃烧技术的改进，降低SO2、NOX排放量，我国从60年代开始对循环流化床锅炉进行研究，并在90年代以后和外国公司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛应用。
流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床，按工作条件分为常压和增压式流化床。
循环流化床锅炉技术是一种新型的高效低污染清洁的燃烧技术，上世纪70年代的能源危机和越来越突出的环保问题使人们促进了这种燃烧技术的发展。
现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大流派，分别为：以德国Lurgi公司为代表的鲁奇型和以美国的Foster Wheeler 、芬兰的Alstorm公司（两者兼并）为代表的FW Pyroflow型和德国Babcock公司的Circofluid型。
我国东方锅炉厂采用的是FW公司的Pyroflow型的改进型循环流化床锅炉。
北京B＆W锅炉厂采用的是德国Babcock公司的架构和技术。
哈尔滨锅炉厂有限责任公司(HBC)与美国PPC(奥斯龙技术)以及国内的科研单位合作也开发了自己的大型循环流化床锅炉。
上海锅炉厂引进美国ＡＬＳＴＯＭ技术、消化吸收自行设计制造了自己的循环流化床锅。
由于国内各大锅炉厂商的参与，我国的大型循环流化床技术已趋于成熟[trade] 第一节循环流化床锅炉的概念循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上发展起来的，因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉。
但是又有很大的差别。
早期的循环流化床锅炉流化速度比较高，因此称作快速循环循环床锅炉。
快速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉。
鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一定的理论。
要了解循环流化床锅炉的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床→湍流床→快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。
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（3）静止床料层厚度 350～600mm
2018年7月24日
一、循环流化床中的固体颗粒
2. 物料
（1）定义 （2）成分 （3）循环物料 （4）废料
飞灰 炉渣
2018年7月24日
二、固体颗粒的物理特性
1. 堆积密度与颗粒密度——ρd <ρp
（1）堆积密度ρd（kg/m3） 固体颗粒不加任何约束自然堆放时单位体积的质量
u0＞8m/s，ε=0.75～0.95 ——快速床
2018年7月24日
2018年7月24日
四、颗粒终端速度
1. 受力分析
（1）重力
（2）浮力
→二者之差是使颗粒发生下落的动力
（3）摩擦阻力
2018年7月24日
四、颗粒终端速度
2. 颗粒的终端速度（终端沉降速度、自由沉降速度）ut
固体颗粒在静止空气中作初速度为零的自由落体运动时，由于重力的 作用，下降速度逐渐增大，速度越大，阻力也就越大。当速度增加到 某一数值时，颗粒受到的阻力、重力和浮力将达到平衡，也即空气对 颗粒的阻力等于颗粒的浮重（重力与浮力之差）时，颗粒将以等速度 向下运动
2018年7月24日
四、颗粒终端速度
3. 计算公式
• • •
•
dp — 颗粒平均直径（m） ρg —流体密度（kg/m3）； CD —曳力系数，反映颗粒运动时流体对颗粒的曳力（或摩擦阻力）， 为雷诺数Ret的函数（Ret，μ为气体的动力粘度，单位为Pa· s），一般 用实验方法确定。 g—重力加速度（g = 9.81s/m2）
（1）经验性准则方程式确定CD（颗粒团运动具有随机性） （2）ut与umf间的关系 ut也可理解为当上升气流速度大到恰好能将固体颗粒浮起并维持静止不 动时的气流速度（尺寸和密度较大的颗粒具有较高的ut） （3）流态化操作：u0≤ut （4）ut/umf——流化床操作性能
大→流态化操作速度的可调节范围宽，改变u0不会明显影响流化床的稳定操作，同时 可供选择的操作速度范围也较宽，有利于获得最佳流态化操作气速 较小→操作灵活性较差 最大允许床高判据：流体通过床层存在ΔP，P低引起流速的增加→床层的Hmax就是底 部刚开始流化而顶部刚好达到ut时的床高。
二、固体颗粒的物理特性
4、燃料筛分和燃料颗粒特性
（1）燃料筛分
含义：燃料颗粒粒径大小的分布范围 分类及应用
宽筛分——V较高的煤 窄筛分——V较低的无烟煤、煤矸石
（2）燃料颗粒特性（燃料的粒比度）
燃料中各种粒径的颗粒占总质量的份额之比
（3）颗粒特性曲线
定义：原煤经过碎煤机破碎后各粒径大小是连续的，按着粒比度在坐标图上 作出的是一条连续的曲线 作用：比燃煤筛分、粒比度更确切，是选择制煤设备和锅炉运行的重要参数
2018年7月24日
曳力
气体对颗粒表面的粘滞力在流动方向上的分力，与气体的黏性和固体 的表面性质有关
气体对颗粒的压力在流动方向上的分力，与颗粒的粒径和迎流横截面 积有关
→气体速度较低，气体以层流方式绕颗粒两侧，黏性力 流速大，漩涡，压力成为主导
2018年7月24日
四、颗粒终端速度
4. 说明
2018年7月24日
第一节 循环流化床锅炉的燃料
一、循环流化床中的固体颗粒 二、固体颗粒的物理特性
三、流化速度
四、颗粒终端速度 五、物料循环倍率 六、夹带和扬析
2018年7月24日
一、循环流化床中的固体颗粒
1. 床料
（1）定义 （2）成分
燃煤 灰渣 石灰石粉 沙子、铁矿石、石英砂
2018年7月24日
三、流化速度
2. 临界流化速度umf（m/s）
（1）定义 使颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低气流速度
（2）含义 当床层ΔP等于床层颗粒G时对应的流化速度
2018年7月24日
u0、ε和流化状态间的关系
ε随u0大小的变化而变化
u0＜3m/s，ε≈0.45 ——鼓泡床 u0=4～7m/s，ε=0.65～0.75 ——湍流床
2018年7月24日
五、物料循环倍率
1.
定义
由循环灰分离器捕捉下来并返送回炉内的物料量（循环物料量） 与新给入的燃料量之比。
循环流化床锅炉设备及系统
2018年7月24日
第二章 循环流化床的基本理论
第一节
第二节 第三节
循环流化床中的基本概念
流态化及其典型形态 循环流化床的流体动力特性
第四节
临界流化速度及床层阻力特性
2018年7月24日
循环流化床锅炉燃烧特点
特殊气固两相流动体系 高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环 高强度的热量、质量和动量传递
2018年7月24日
三、流化速度
1. 流化速度u0（m/s）
（1）定义：床料流化时动力流体的速度 （2）空塔速度（表观速度） 假设床内没有床料时空气通过炉膛的速度u0
Q u0 A
Q—空气或烟气体积流量（m3/s）；A—炉膛截面积（m2）
（3）说明
一般给出的u0是床内空气速度（Q、A不变，u0可确定） 若无特别注明，u0指锅炉在热态时的气流速度 u0又称为烟气速度 运行中控制和调整风量→ u0→炉内物料流化状态
（2）颗粒密度ρp（kg/m3） 单个颗粒的质量与其体积的比值
2018年7月24日
二、固体颗粒的物理特性
2. 空隙率
（1）固定床空隙率ε0
床料或物料自然堆放时，在堆积总体积为Vm的颗粒体中，颗粒间的空 隙占总体积的份额 Vg Vg 0 1 d Vm Vg V p p
2 与颗粒有相同体积的球 体表面积 d v ＝ 颗粒实际表面积 S
dv—等体积球直径（mm）；S——颗粒表面积（mm2）
（2）作用：表征颗粒的实际形状接近球形的程度
（3）特征：球形颗粒的球形度为φ＝1，φ值越大，颗粒形状越接近 于球形
2018年7月24日
Hale Waihona Puke 2018年7月24日2018年7月24日
（2）床层空隙率（流化床空隙率）ε
气固两相流系统中，气相所占的体积Vg与两相流体总体积Vm之比ε （Cv,p——两相流体中颗粒容积浓度）
2018年7月24日
Vg Vm
Vm V p Vm
1 Cv, p
二、固体颗粒的物理特性
3、颗粒球形度φ
（1）定义：具有与某种任意形状颗粒相同体积的球体，其表面积与 该种颗粒表面积之比