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22:32:33
流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史(续） 1957年：我国在辽宁葫芦岛采用流态化装置培烧精锌矿以生 产ZnO和SO2，获得成功。 50年代中期，采用新型的全沸腾风帽式流态化技术用于固 体煤颗粒的燃烧，获得良好的效果。在燃烧技术领域，往 往称这种全风帽式沸腾燃烧炉为“第一代沸腾炉”。 1975年，原西德鲁奇Lurgi)公司在第一代风幅式全沸腾炉 (也称鼓泡床燃烧炉)的燃烧装置中引入炉外分离装置，使 燃烧效率大大提高，这就是第二代沸腾炉一循环床沸腾 燃烧锅炉。设置的分离装置可较好地实现气、固分离， 使未燃尽的固体颗粒得以重新回到沪内燃烧．因而燃烧 效率大大提高。
p mf f 2 mf p mf f 3 p f 3 s mf 2 3 s mf p 2 f
Wen & Yu研究后发现:
1 s
3 mf
14
1 mf
2 s 3 mf
11
umf——起始流化速度（或最小流化速度/临界流化速度） （minimum fluidization velocity）
22:32:33
流 1.3、 流态化的分类 态 1.3.1流态化分类依据 化 原 流化质量（Fluidization quality） 理 流化床内床层分布的均匀性，即固相在床内分布的均匀程度 及 应 1.3.2流态化分类 用 （1）聚式流态化（Aggreative fluidization）
•对于气固系统，当气体速度大于起始流化速度后，多余的气体会产 生气泡，并很快通过流化床，此时成为聚式流态化。 •聚式流态化中存在气泡相（bubble phase）或称稀相（lean phase） 以及颗粒相（particulate phase）或称密相（dense phase）、乳化相 （emulsion phase）。 （2）散式流态化（Particulate fluidization） 固相均匀地分布于床层内，通常液固系统较容易形成。其流化质量较高。
自由空间
扩大段
料腿
内构件
换热装置 布风板
风室
22:32:33
流化床结构示意图
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 （1）风室 理 作用：就是使气体介质压力均匀稳定，实现气体介 及Leabharlann Baidu质的预分配。 应 用 结构：倒锥形或渐缩形
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 （2）布风板/分布板（Distributor） 理 作用： 及 1）具有均匀分布气流的作用； 应 2）使流态化床有一个良好的流态化状态，保证在分 用 布板附近有良好的气－固接触条件，使所有固体颗
1、空隙率
2、床层高度
——固定床或流化床内固体物料的高度。
22:32:33
流 态 1.2、 气固流态化的形成 气体对颗粒的曳力＋浮力 <颗粒自身重力 化 固定床阶段 原 空隙率不变； 理 床层高度不变； 及 床层压降随表观气速（空塔速度）的增加而增大。 应 流化床阶段 气体对颗粒的曳力＋浮力 用 空隙率增大； ＝颗粒自身重力
（1）布凤板设计不良，如风帽尺寸不合适，风帽开孔 率不当等； （2）流化床高径比较大； （3）筛分不均匀，颗粒偏大； 22:32:33 （4）料层太薄或布风不均匀等。
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （3）分层 当床内物料筛分范围较宽，粗颗 理 粒和细颗较较多．中间大小的颗 及 粒较少时，在气流作用下，细小 应 物料颗粒被收到床层上部，粗大 用 颗粒沉积在下部，形成物料的分
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.1 流态化过程 化 原 理 及 应 用
气力输送
Pneumatic Transport 固定床 Fixed Bed 流化床 Fluidized Bed
Δp /ln
22:32:33
ln
H （ ） （
）
umf
lnu
流 1.2、 气固流态化的形成 态 流态化形成的三个阶段： 化 原 固定床阶段 理 流态化阶段 及 气力输送阶段 应 介绍上述三个阶段前的几个概念： 用
•1922年：
Fritz Winkler(德国科学家）获得流态化气化炉的专利；
•1926年： Fritz Winkler在洛伊纳（Leuna）建成第一台实用的常压流 化床气化发生炉，用于煤的气化，实现了流态化的首次工 业化应用。
22:32:33
流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史(续）
•固体颗粒粒度要求； •具有合适的温度和压力，保证流态化的稳定；
•固体颗粒与流体在一定空间（流化床）内相互作 用
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.2 流态化实现要素及特点 化 原 2、特点 理 主要优点 主要缺点 及 ① 气固接触比表面积大，物理 ① 气固两相系统复杂，工程放大 应 与化学过程速率高； 难度高； 用 ② 床内温度、浓度等参数非常 ② 鼓泡床操作时产生的大气泡容
均匀稳定； ③ 由于具有流动性，非常容易 实现连续操作； ④ 床内传热传质速率高； ⑤ 设备结构简单、造价低，运 行安全可靠。
22:32:33
易形成气体的短路； ③ 床内返混明显，停留时间分布 对连续生产时提高转化率不利； ④ 容易造成设备的磨损； ⑤ 需具有效率较高的收尘装置。
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.2 流态化实现要素及特点 化 原 2、特点之——类似流体的特性 理 及 应 用
普通应用于： （1）固体燃料的燃烧 （2）煤的气化与焦化 （3）化工生产中的气固相催化反应 （4）物料干燥、加热与冷却 （5）吸附和浸取 （6）固体物料的输送等
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流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史 •淘金、冶炼、淘米、扬簸等都可看成是流态化技术在生 产和生活中的应用。
22:32:33
流 态 第二章 流态化的流体力学特性 化 原 2.1、流态床的流动特性 理 2.1.1 流化床压降与流速的关系 及 由Ergun公式得到： 应 1.75 ( d u ) 150(1 ) ( d u ) d ( ) g 用
流 态 化 原 理 及 应 用
流态化原理及应用
Principle and Application of Fluidization
主讲：周勇敏
22:32:33
流 态 第一章 绪论 化 原 1.1、流态化的基本概念及发展历史 理 1.1.1 流态化（Fluidization)的基本概念: 及 ——固体流态化的简称，即依靠流体流动的作用使 应 固体颗粒悬浮在流体中或随流体一起流动的过程。 用
床层高度增大； 床层压降在表观气速的增加时保持恒定不变。
气力输送阶段
空隙率进一步增大； 床层界面逐渐消失；
气体对颗粒的曳力＋浮力 >颗粒自身重力
床层压降随表观气速的增加而减小。
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.2 流态化实现要素及特点 化 原 1、实现要素 理 固体颗粒的存在； 及 流体（气体或液体）的存在； 应 固体与潦体介质在特定条件下发生作用。 用
（1）具有 象液体一 样的浮力
22:32:33
（2）保持 表面水平
（3）象液 体一样流动
（4）连同 容器中表面 一致的趋势
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 理 风室（预分布器） 及 应 气体分布板 用 自由段和扩大段
旋风分离器和料腿 内部构件
旋风分离器
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流 1.3、 流态化的分类 态 1.3.2流态化分类方法 化 原 （1)方法一；即威淘姆(wilhelm)和郭获孙(Guo Mosun)方法 理 及 应 用
22:32:33
流 1.3、 流态化的分类 态 1.3.3流态化分类方法 化 原 （2)方法二：即约翰逊(Johnson)和罗迈洛(Romero)稳定 理 性方程判别法。 及 应 用
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （2）腾涌 当床层内气泡汇合至接近床截面 理 时，床内战层可就会分成几段、 及 形成气塞(见图)，似活塞似地运动。 应 当大气泡破裂时．大颗粒下落， 用 细小的物料可能会被气流带定，
这种现象就是腾捅，也叫节涌。
导致腾涌的原因可能有：
（c）直孔泡帽式分布板
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （1）沟流 理 又称穿孔现象，指料层不均匀或 及 气体介质分布不均匀时，在容器 应 内固定床向流化床转化的初始阶 段，气流可能从阻力较小的“沟 用
道”处通过，形成气流短路的现 象 有局部沟流和贯穿沟流两种情况。 引起沟流的主要原因有： （1）布风装置设计不当，导致布风不均匀； （2）料层筛分不合理粉末太多或太少； （3）料层过薄或水分太多，容易导致颗粒粘结； 22:32:33 （4）气流速度偏小。
粒都进入良好的流态化状态。这需要从选择分布板 的结构、型式、气体介质的喷出速度等方而加以保 证； 3）支撑流化床内固体物料。
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 （2）布风板/分布板（Distributor） 理 典型结构： 及 应 用
（a）填料式分布板 （b) 凹形分布板
上世纪40年代：美国麻省理工学院(MIT)和美孚石油公司 (SOD．Co.)率先推出了流态化催化裂化装置(FCC)以取代 传统的固定床法(Houdry)生产。 第一台工业化规模的SOD—I型流化催化裂化装置于1942年 建成。该装置采用石油蒸气为流态化介质。使催化剂粒子 呈流态化运动，设备的传热效果明显改善，结构更为简化， 处理能力大大增加。 从40年代中期开始，美国和加拿大等地出现了流态化焙 烧装置，用于黄铁矿、石灰石等物料的焙烧或煅烧。 1955年 南京化学工业公司采用流态化技术焙烧黄铁矿生产SO2 并制造H2SO4。
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流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史(续） 1979年，芬兰生产出第一台20t/h的商业化的循环流化床 锅炉．实现了循环流化床的工业应用。几乎同时，原西 德的鲁奇公司与拨伯葛(Babcock)公司联合研制的270t／h 循环流化床锅炉在燃料适应性 、燃烧效率 、脱硫效率 、 固氮效率 、负荷调节宽度 等方面均取得了惊人的成功， 解决了流态化燃烧装置的 大型化 问题，使流态化燃烧技 术成为较有前途的 清洁 、 高效的固体燃料燃烧技术 。 我国自1964年开始流态化燃烧技术的研究工作； 1965年开始工业应用； 80年代以来，我国也开始重视循环床燃烧技术的研究 工作； 1988年11月35t／h循环床沸腾沪在山东明水热电厂投运。
层现象
产生分层现象的原因主要与筛分分布有关。此外，如 容器设计成漏斗状(上大下小)也易引起分层，因为气流 速度自下而上会变小。
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （4）气泡 理 及 导致气泡过大或分布不均的原因 应 主要是布风扳的设计质量与容器 用 高径比的设计。
22:32:33 其余经验关联式参考《流态化工程原理》相关内容
流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史(续） 1957年：我国在辽宁葫芦岛采用流态化装置培烧精锌矿以生 产ZnO和SO2，获得成功。 50年代中期，采用新型的全沸腾风帽式流态化技术用于固 体煤颗粒的燃烧，获得良好的效果。在燃烧技术领域，往 往称这种全风帽式沸腾燃烧炉为“第一代沸腾炉”。 1975年，原西德鲁奇Lurgi)公司在第一代风幅式全沸腾炉 (也称鼓泡床燃烧炉)的燃烧装置中引入炉外分离装置，使 燃烧效率大大提高，这就是第二代沸腾炉一循环床沸腾 燃烧锅炉。设置的分离装置可较好地实现气、固分离， 使未燃尽的固体颗粒得以重新回到沪内燃烧．因而燃烧 效率大大提高。
p mf f 2 mf p mf f 3 p f 3 s mf 2 3 s mf p 2 f
Wen & Yu研究后发现:
1 s
3 mf
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1 mf
2 s 3 mf
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umf——起始流化速度（或最小流化速度/临界流化速度） （minimum fluidization velocity）
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流 1.3、 流态化的分类 态 1.3.1流态化分类依据 化 原 流化质量（Fluidization quality） 理 流化床内床层分布的均匀性，即固相在床内分布的均匀程度 及 应 1.3.2流态化分类 用 （1）聚式流态化（Aggreative fluidization）
•对于气固系统，当气体速度大于起始流化速度后，多余的气体会产 生气泡，并很快通过流化床，此时成为聚式流态化。 •聚式流态化中存在气泡相（bubble phase）或称稀相（lean phase） 以及颗粒相（particulate phase）或称密相（dense phase）、乳化相 （emulsion phase）。 （2）散式流态化（Particulate fluidization） 固相均匀地分布于床层内，通常液固系统较容易形成。其流化质量较高。
自由空间
扩大段
料腿
内构件
换热装置 布风板
风室
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流化床结构示意图
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 （1）风室 理 作用：就是使气体介质压力均匀稳定，实现气体介 及Leabharlann Baidu质的预分配。 应 用 结构：倒锥形或渐缩形
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流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 （2）布风板/分布板（Distributor） 理 作用： 及 1）具有均匀分布气流的作用； 应 2）使流态化床有一个良好的流态化状态，保证在分 用 布板附近有良好的气－固接触条件，使所有固体颗
1、空隙率
2、床层高度
——固定床或流化床内固体物料的高度。
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流 态 1.2、 气固流态化的形成 气体对颗粒的曳力＋浮力 <颗粒自身重力 化 固定床阶段 原 空隙率不变； 理 床层高度不变； 及 床层压降随表观气速（空塔速度）的增加而增大。 应 流化床阶段 气体对颗粒的曳力＋浮力 用 空隙率增大； ＝颗粒自身重力
（1）布凤板设计不良，如风帽尺寸不合适，风帽开孔 率不当等； （2）流化床高径比较大； （3）筛分不均匀，颗粒偏大； 22:32:33 （4）料层太薄或布风不均匀等。
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （3）分层 当床内物料筛分范围较宽，粗颗 理 粒和细颗较较多．中间大小的颗 及 粒较少时，在气流作用下，细小 应 物料颗粒被收到床层上部，粗大 用 颗粒沉积在下部，形成物料的分
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流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.1 流态化过程 化 原 理 及 应 用
气力输送
Pneumatic Transport 固定床 Fixed Bed 流化床 Fluidized Bed
Δp /ln
22:32:33
ln
H （ ） （
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umf
lnu
流 1.2、 气固流态化的形成 态 流态化形成的三个阶段： 化 原 固定床阶段 理 流态化阶段 及 气力输送阶段 应 介绍上述三个阶段前的几个概念： 用
•1922年：
Fritz Winkler(德国科学家）获得流态化气化炉的专利；
•1926年： Fritz Winkler在洛伊纳（Leuna）建成第一台实用的常压流 化床气化发生炉，用于煤的气化，实现了流态化的首次工 业化应用。
22:32:33
流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史(续）
•固体颗粒粒度要求； •具有合适的温度和压力，保证流态化的稳定；
•固体颗粒与流体在一定空间（流化床）内相互作 用
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.2 流态化实现要素及特点 化 原 2、特点 理 主要优点 主要缺点 及 ① 气固接触比表面积大，物理 ① 气固两相系统复杂，工程放大 应 与化学过程速率高； 难度高； 用 ② 床内温度、浓度等参数非常 ② 鼓泡床操作时产生的大气泡容
均匀稳定； ③ 由于具有流动性，非常容易 实现连续操作； ④ 床内传热传质速率高； ⑤ 设备结构简单、造价低，运 行安全可靠。
22:32:33
易形成气体的短路； ③ 床内返混明显，停留时间分布 对连续生产时提高转化率不利； ④ 容易造成设备的磨损； ⑤ 需具有效率较高的收尘装置。
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.2 流态化实现要素及特点 化 原 2、特点之——类似流体的特性 理 及 应 用
普通应用于： （1）固体燃料的燃烧 （2）煤的气化与焦化 （3）化工生产中的气固相催化反应 （4）物料干燥、加热与冷却 （5）吸附和浸取 （6）固体物料的输送等
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流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史 •淘金、冶炼、淘米、扬簸等都可看成是流态化技术在生 产和生活中的应用。
22:32:33
流 态 第二章 流态化的流体力学特性 化 原 2.1、流态床的流动特性 理 2.1.1 流化床压降与流速的关系 及 由Ergun公式得到： 应 1.75 ( d u ) 150(1 ) ( d u ) d ( ) g 用
流 态 化 原 理 及 应 用
流态化原理及应用
Principle and Application of Fluidization
主讲：周勇敏
22:32:33
流 态 第一章 绪论 化 原 1.1、流态化的基本概念及发展历史 理 1.1.1 流态化（Fluidization)的基本概念: 及 ——固体流态化的简称，即依靠流体流动的作用使 应 固体颗粒悬浮在流体中或随流体一起流动的过程。 用
床层高度增大； 床层压降在表观气速的增加时保持恒定不变。
气力输送阶段
空隙率进一步增大； 床层界面逐渐消失；
气体对颗粒的曳力＋浮力 >颗粒自身重力
床层压降随表观气速的增加而减小。
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流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.2 流态化实现要素及特点 化 原 1、实现要素 理 固体颗粒的存在； 及 流体（气体或液体）的存在； 应 固体与潦体介质在特定条件下发生作用。 用
（1）具有 象液体一 样的浮力
22:32:33
（2）保持 表面水平
（3）象液 体一样流动
（4）连同 容器中表面 一致的趋势
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 理 风室（预分布器） 及 应 气体分布板 用 自由段和扩大段
旋风分离器和料腿 内部构件
旋风分离器
22:32:33
流 1.3、 流态化的分类 态 1.3.2流态化分类方法 化 原 （1)方法一；即威淘姆(wilhelm)和郭获孙(Guo Mosun)方法 理 及 应 用
22:32:33
流 1.3、 流态化的分类 态 1.3.3流态化分类方法 化 原 （2)方法二：即约翰逊(Johnson)和罗迈洛(Romero)稳定 理 性方程判别法。 及 应 用
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （2）腾涌 当床层内气泡汇合至接近床截面 理 时，床内战层可就会分成几段、 及 形成气塞(见图)，似活塞似地运动。 应 当大气泡破裂时．大颗粒下落， 用 细小的物料可能会被气流带定，
这种现象就是腾捅，也叫节涌。
导致腾涌的原因可能有：
（c）直孔泡帽式分布板
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （1）沟流 理 又称穿孔现象，指料层不均匀或 及 气体介质分布不均匀时，在容器 应 内固定床向流化床转化的初始阶 段，气流可能从阻力较小的“沟 用
道”处通过，形成气流短路的现 象 有局部沟流和贯穿沟流两种情况。 引起沟流的主要原因有： （1）布风装置设计不当，导致布风不均匀； （2）料层筛分不合理粉末太多或太少； （3）料层过薄或水分太多，容易导致颗粒粘结； 22:32:33 （4）气流速度偏小。
粒都进入良好的流态化状态。这需要从选择分布板 的结构、型式、气体介质的喷出速度等方而加以保 证； 3）支撑流化床内固体物料。
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.3 流态床的基本结构 化 原 （2）布风板/分布板（Distributor） 理 典型结构： 及 应 用
（a）填料式分布板 （b) 凹形分布板
上世纪40年代：美国麻省理工学院(MIT)和美孚石油公司 (SOD．Co.)率先推出了流态化催化裂化装置(FCC)以取代 传统的固定床法(Houdry)生产。 第一台工业化规模的SOD—I型流化催化裂化装置于1942年 建成。该装置采用石油蒸气为流态化介质。使催化剂粒子 呈流态化运动，设备的传热效果明显改善，结构更为简化， 处理能力大大增加。 从40年代中期开始，美国和加拿大等地出现了流态化焙 烧装置，用于黄铁矿、石灰石等物料的焙烧或煅烧。 1955年 南京化学工业公司采用流态化技术焙烧黄铁矿生产SO2 并制造H2SO4。
22:32:33
流 态 化 原 理 及 应 用
1.1.2 流态化的发展历史(续） 1979年，芬兰生产出第一台20t/h的商业化的循环流化床 锅炉．实现了循环流化床的工业应用。几乎同时，原西 德的鲁奇公司与拨伯葛(Babcock)公司联合研制的270t／h 循环流化床锅炉在燃料适应性 、燃烧效率 、脱硫效率 、 固氮效率 、负荷调节宽度 等方面均取得了惊人的成功， 解决了流态化燃烧装置的 大型化 问题，使流态化燃烧技 术成为较有前途的 清洁 、 高效的固体燃料燃烧技术 。 我国自1964年开始流态化燃烧技术的研究工作； 1965年开始工业应用； 80年代以来，我国也开始重视循环床燃烧技术的研究 工作； 1988年11月35t／h循环床沸腾沪在山东明水热电厂投运。
层现象
产生分层现象的原因主要与筛分分布有关。此外，如 容器设计成漏斗状(上大下小)也易引起分层，因为气流 速度自下而上会变小。
22:32:33
流 1.2、 气固流态化的形成 态 1.2.4 不正常流化现象 化 原 （4）气泡 理 及 导致气泡过大或分布不均的原因 应 主要是布风扳的设计质量与容器 用 高径比的设计。
22:32:33 其余经验关联式参考《流态化工程原理》相关内容