2022年教案第三章-生物质燃料与能源

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1、学习必备欢迎下载生物质燃料与能源课程教案编写日期：年月日章 、 节 （ 或 课 题 、 单 元 ） 名 称第 三 章流 态 化 基 础 知 识授 课 学 时4 目 的 要 求掌 握 流 化 的 基 本 方 式 和 技 术流 态 化 技 术 的 表 征 ， 各 个 参 数 的 意 义 ， 流 化 床 基 本 设 备 的 了 解重点、难 点流态化的概念以及参数的表达教 学 组 织 （ 包 括 主 要 教 学 方 法 、 手 段 、 参 考 书 目 文 献 等 ）课 堂 讲 授 及 例 证 ， 理 论 及 计 算课 后 作 业 （ 课 外 复 习 预 习 内 容 ）授 课 小 结精选学习资料 - -

2、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 17 页学习必备欢迎下载陕西科技大学教案第 一 节流 态 化 现象及 其 基本 特 征1、 流态 化 现 象及 其 定 义如图 1 1 所 示 ，在 一 个 开口 容 器 中 ， 放 入 一定 质 量 的固 体 颗 粒 ， 使 流 体（ 液 体 或气 体 ） 从 容 器 底 部均 匀 地 流入 容 器 中 ， 当 流 体速 度 达 到一 个 临 界 值 后 ， 容器 中 的固 体颗 粒 就会 在 容器 中 漂 浮起 来 ，处 于 一 种拟 悬浮 状态 ，并呈 现 出一 种上 下 翻腾 的 现象 ， 这 种现

3、象 就 叫流 态 化 现象 。从 理 论 上 讲 ， 在 流体 流 过 固 体 颗 粒 层时 ， 只 有 当固 体 颗 粒 所受 到 的各 种力（ 主 要 是重 力 、浮 力 和 流体 在 固 体颗 粒 表 面产 生 的 摩擦 力 等）达 到 平衡 时 ，才 会 出 现流 态 化现 象。因 此 ，可 以将 流 态 化定 义 为：流 体 以一 定 速 度 流过 固 体 颗 粒 层 ， 流体 对 颗 粒 所产 生 的 曳 力与 颗 粒所 受 到 的其 它 作 用 力 相 平 衡的 状 态 ，就 叫 流 态化 。根 据 流 体 种 类 的 不同 ， 有 气 固 流 态 化、 液 固 流 态化 、 气

4、 液 固三 相 流态 化。根 据 固体 颗 粒 的 受力 不 同 ， 有 与 磁 场力 相 平 衡 的流 态 化 、 与浮 力 相平 衡 的 流态 化 等 流 态 化 现 象。流 态 化 现 象 最 早 应用 于 化 工 领 域 。 由于 化 工 领 域中 ， 经 常 将各 种 反应 器叫 作“ 床 ” ，因 此应 用 流 态 化原 理的 反应 器（ 包 括 容 器、图 11 流态化现象精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 17 页学习必备欢迎下载固 体 颗粒 、流 体 ）就 叫 流化 床 。气 固 流化 床具 有以 下 重要

5、 性 质 ：1） 由固 体颗 粒和 流过 固体 颗 粒 层的 气 体 组成 的 气 固流 化 床 ，具 有 类似 于静 止 状态 的 液体 的 基 本性 质 。2）床 内 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 。3）当 流 化 床 本体 发 生 倾斜 时 ，床 表 面 总是 保持 水 平，床 内 气固 混 合物 的总 体 形状 也 保持 流 化 床容 器 的 形状 。4）床 内 固 体 颗粒 可 以 象液 体 一 样，从 底 部或 侧 面 的孔 口 中 排出 。5）密 度 高 于 床层 表 观 密度 的 物 体在 床 内 会下 沉

6、 ，密 度 小 的 物体 会 浮在 床面 上 。例 如，一 个 钢球 会沉在 床 底 ，而 羽 毛 球会 浮 在 床层 表 面。6）当 其 它 操 作参 数 相 同时 ，将 两个 不 同 床面 高 度 的流 化 床 用一 根 连通 管相 连 ，床面 较 高 的流 化 床 中的 固 体 颗粒 会 自 动流 向 床 面较 低 的流 化床 中 ，直 至 两个 流 化 床中 的 床 面高 度 相 同。7）床 内 颗 粒 混合 良 好 ，当 加 热 床层 时 ，整 个 床 层 的温 度 基 本上 是 均匀 的。流 态 化现 象 ：指 固 体 颗粒 在 流 体（ 气 体 或者液 体 ）的 作 用 下，悬

7、浮 在流 体 中 跳动 或 随 流 体 流 动 的现 象 。2、 气固 流态 化的 形成 与流 化 质 量（ 一 ） 、 气 固 流态 化 的 形成气 固 流 态 化 是 伴 随着 流 化 风 由 小 到 大的 过 程 中 形成 的 。 要 形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 17 页学习必备欢迎下载成 气 固流 态化 ， 必须 要 有三 个 基 本条 件 ：1） 、底 部 具有 能 使 气流 均 匀 流入 的 布 风装 置 的 容器（或 炉 膛 ） ；2） 、 容器 内 或 炉 膛内 有 一 定 高 度 的 粒径 及 其

8、 粒 径 分 布 均 匀 的固 体 颗粒 （或 床 料） ；3） 、 具有 一定 压 力的 空气 。在 一 个气 固流 化床 中 ，起 始 流 态化 一 般 是这 样 形 成的 ：首 先 在容 器（或 炉 膛）中 堆放 一 定 厚度的 固体颗 粒（或 床 料 ） ，并 使 料层 表面 基 本平 整 。通 过 布风 装 置 向床 内 送 入空 气（ 流 化 风 ） 。刚 开 始时 ，由 于 空 气 流速 很 低 ，还 不足于 将 床 料吹 起 来 。但 随 着 流化 风 量增 大，床 层 出 现松 动 ，并 略 有膨胀 ，个 别粒 径 较 小的 床 料 颗粒 被 吹起 。随 着 流 化 风量 的

9、 继 续增 大 ，全 部 床 料都 被 吹 起，整 个 床层 呈 现出 象煮 沸的 稀饭 一样 的 波 动现 象 。被 吹 出 床层 的 床 料，大 部分 会 在一 定高 度 范围 内 又回 落 至 床层 。（ 二 ）流 化 质 量流 化 质量 的 高 低 主 要 从 流 体与 颗 粒 的混 合 、 气 - 固 接 触 状 态等 一 系列 参数 来 表征 流 化质 量 的 好坏 。通 常 用 床 层压 降的 波动 、床层 密 度的 变化 、床 层 料面 起 伏 比等 参 数 来评 价 。还 包 括 床层 粒 子 的分 级 、温 度分 布 、传 热 和传 质 系 数的 大 小 、流 化 床 床身

10、 的 震 动等 。在 不 同的 情况 下 都可 用 来判 断 流 化的 质 量 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 17 页学习必备欢迎下载第 二 节流 态 化 技术 的 优 缺点1、 流态 化 技 术的 优 点1） 流体 和 固 体之 间的 传 热和 传 质增 强 ， 床层 温 度 均匀首 先 考虑 固 体颗 粒 的 几何 形 状 ，相 比 于 固定 床 物 料尺寸 ，流 化 床颗 粒尺 寸 要小 得 多，因 此增 大 了 比表 面 积 ，即 增 大了 与 流 体和 固 体颗 粒间 之 间的 接 触面 积 。其 次 流体

11、 的 强烈 扰 动 使得 碰 撞 增强 ，接 触 传 热 增强 ，因 此温 度 更均 匀。此 外 ，颗 粒 间 的碰 撞 还 大大 增 加 了固 体 颗 粒 表面 的 更 新几 率 。2） 床层 与 管 壁的 传热 增强在 流 化床 （ 锅 炉） 工 艺 当中 ， 需 要埋 设 一 些 管路 来 加 热或 者 冷却 。流 化 的 固体 颗 粒 与管 壁 的 碰撞 可 以 是管 壁 上 的流 体 边 界层 遭 到破 坏， 增 强了 传 热。3） 可以 像 流 体一 样大 量 输送由 于 固体 颗 粒 的流 化 使 得固 定 的 大批 量 加 工 成为 可 能 ，解 决 了固 体输 送 、携 带的

12、 技 术 问题 。因 此 对 于 循环 量 大 的固 体 进 行处 理 时常 使用 流化 装置 。4） 固体 颗 粒 可以 作 为 热载 体实 质 上是 利 用 了固 体 颗 粒的 热 容 量较 大 的 特 点， 因 而 可精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 17 页学习必备欢迎下载以 实 现对 流体 的 加热 或 者冷 却 。如 循 环 流化 床 生 物质 热解 装置 。此外 固 体颗 粒还 可 以搭 载 催化 剂 。2、 流态 化 技 术的 缺 点1） 固体 颗 粒 磨损 大 、 损耗 多由 于 固 体 颗 粒 的碰 撞

13、 和 扰动 ， 造 成 颗 粒 的 磨 损。 并 且 细 微的 颗 粒或 者粉 尘 被带 出 后 还 增大 了除 尘 和 回收 系 统 的负 荷 。贵 重 固体 催 化剂 损失 更 大， 不 得忽 视 。2） 增大 了 受 热面 的 磨 损固 体 颗粒 与 管壁 之 间 的磨 损 影 响了 换 热 管的 适 用 寿命。3） 反应 效 率 下降反 混 现象 造 成反 应 物 被稀 释 ，从 而 造 成反 应 过 程转 化 率 的降 低 。此 外 ，由 于 流 化过 程 的 复杂 ， 还 会产 生 其他 不 利的 影响 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

14、- - - -第 6 页，共 17 页学习必备欢迎下载第 三 节气 固 流 化床 的 重 要参 数任 何 气 固 流 化 过 程都 必 须 具 备 固 体 颗粒 、 流 化 介质 这 两 个 条件 。1、 颗粒 物 料 的性 质直 径 、形 状 、 密度 、 比表 面 积 等。1） 颗粒 的 直 径: 利 用 筛 分法 求 颗 粒的 直 径 。目 数 ：筛 网 每 英寸 (25.4mm) 长 度 上所 具 有的 网 眼 数。2） 颗粒 的 密 度： 单 位 体积 的 质 量。 单 位 体积 包 括颗粒 内空 间。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

15、 - -第 7 页，共 17 页学习必备欢迎下载3） 颗粒 的 比 表面 积 和 形状 系 数比 表 面积 ： 单 位颗 粒 体 积的 外 表 面积球 形 颗粒 的 比 表面 积 ： 表面 积 / 体积 =6/dp . 形 状 系 数s=同 颗 粒 体 积 相 等 的 球 体 表 面 积 / 颗粒 的 实 际 表 面积4）床 层 空 隙率 ：空 隙 体 积占 整 个 床层 体 积 的百 分 数 成为 空 隙 率m。2、 冷态 流 化 特性 曲 线在各 类 流 化床 中 ，应 用 最 为广 泛 的 是气 固 流 化床 。各 种气 固 流化 床反 应 器大 量 应用 于 化 工、石 油、能 源 、

16、食 品 、冶 金 等 行业 中 。要 系 统地 了 解 气固 流 化 床，首 先要 掌 握 气固 流 化 床的 两 个 最重 要 的运 行参 数 ：临 界 流化 速 度 和床 层 压 降。所 谓 临 界 流化 速 度 ， 就 是 使 床料 呈 现 流态 化 状 态 的最 小 流 化速 度 。床 层压 降 则是 紧 靠布 风 板 上表 面 所 测得 的 床 层静 压 。冷态 流 化 特性 曲 线 ， 十分 形 象 地说 明 了 在起 始 流 态化 过 程 中，床 层 压降 与流 化 速度 的 关系 。 它 同时 也 说 明了 ， 随 流化 风 速 不同 ，气 固 两相 呈现 出 不同 的 流化

17、状 态 。图 14 是一 个 在 理想 条 件（ 采 用 尺寸 均 匀 的球 形 颗 粒）下 得到 的 一个 典 型 的 流 化 特 性曲 线 。 图 中， AB 区域 代 表 固 定床 。 在 固定 床 中，颗 粒彼 此 紧 靠，并 由 布风 装置支 承 其 重量 。随 着流 化 风 速的 增 大，床 层压 降 是 增加 的 。流 速 增大 到 B 点 时，床 内 开始 呈 现 流精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 17 页学习必备欢迎下载态 化 现象 ：床 层 表 面 开始 变 得 平坦 ，在 床 层 附 近的 颗 粒

18、开始 有 了 比较 缓 慢的 运动 以 及重 新 排列 。当 流 化 风 速继 续 增 大时 ，床 层 压 降 将保 持 不变 ，而 床 层高 度 却开 始 增 大。 这 是 流化 床 特 有的 膨 胀 现象 。根 据 不同 的具 体 情况 ，床 层 有 可能 随 流 化风 量 增 大而 继续 膨胀 ，也可 能 随流 化风 量 增大 而 产生 更 多 的气 泡 。床 层 膨胀 和 超 过临 界 流 化风 量 的气 体以 气 泡形 式 通过 床 层 ，使 流过 床 料 颗粒 之 间 的流 速 基 本没 有 变化 ，这 就 是随 流 化风 速 增 大， 床 层 压降 不 变 的原 因 所 在。床

19、层 压降 的大 小，代表 了单 位 布风 板面 积 上，床 料 量 的多 少 。当流 化 速 度从 C 点 下 降时 ， 它 并 不 沿 原 来 的 路 径 下降 ， 而是 沿着 路 径 CDE下降 。这 是 由于 从流 化 床转 变 为固 定 床 时，床 料颗 粒 之 间不 存在 搭桥 、联锁 现 象。D 点 所 对 应的 流 化风速 ， 也 就成 为 最 小的 流 化 风速 。流 化 床 锅 炉运 行 中 ， 就 要 始 终保 持 流 化速 度 大 于 最小 流 化 速度 。而 床 层 压降 ，则 成 为 判 断炉 内 床 料量 的 多 少以 及 是 否应 该 排 渣的 一 个重 要参 数

20、 。3. 临 界流 化 速 度和 带 出 速度 （ 终 端沉 降 速度 ）1） 临界 流 化 速度 mf：通常 将 床 层从固 定状态 转 变 到流 化 状 态（ 或 称沸 腾 状 态）时 按布 风 板（ 或 炉膛 空 截 面）面 积计 算 的 空气 流 速 称为 临 界 流化 速 度 mf，即 所 谓 的最 小 流 化速 度 。临 界流 化速 度 是 一个 非 常 重要 的 流 态图 14床层压降与流化速度的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 17 页学习必备欢迎下载化 参 数。对 循环 流 化 床锅 炉 而 言，在

21、某种 程 度 上，临 界 流化 速 度 决定 了 锅炉 低负 荷 运行 的 下限 风 速 。临界 流 化 速度与 床料颗 粒 粒 径的 平 方 值、 固 气 密度 差 成 正比 。但 至 今还 未能 从 理论 上 找到 一 种 可靠 的 计 算方 法 ，一 般 依赖 于 实 验测 定 值或 借助 于 经验 公 式作 近 似 计算 。需要 说 明 的是 ，在 实 际 的 工业 燃 煤 流化 床 锅 炉中 ，其 正 常 运 行时 的 流化 速 度 均要 大 于mf。 为 保证 床 内 颗粒 充 分 流 化， 鼓 泡 流化 床 锅炉 实际 运 行时 的 流化 风 速 约为 临 界 流化 风 速 的两

22、 倍 左 右。临 界 流化 风速 还 受温 度 和颗 粒 平 均粒 度 的 影响 。在 热 态下 ，达 到 临界 流 态化 状态 所 需要 的 风量 比 冷 态时 要 少 。工 业 试验 表明 ，在 温 度为 700 1000 时 ，其 热态 临 界 流化 速 度 约为 20 时 的 冷态 临界 流化 速 度的 0.45 0.52倍 。 换言 之 ，热态 下 的 流化 风 量 达到 冷 态 的45 52 ， 就可 达到 与冷 态 时 相同 的 流 态化 效 果 。当 其 它条 件不 变 ，只 是煤 粒 平 均直 径 变 化时 ，直 径 增 大 一倍 ，鼓 泡流 化 所需 的鼓 风 量约 增 大

23、 50。公 式 及选 择 原 则见 书 2122 页 。2） 颗 粒终端 沉 降 速度 ut: 固体 颗 粒 在静止 流体中 自 由 下落 时 所 能达 到 的 最大 速 度 。在 循环 流 化床 中，只 有 流 化速 度 大 于颗 粒 终 端沉 降 速 度时 ，颗 粒 才 能 跟随 气 体一 起从 流 化床 中 逸出 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 17 页学习必备欢迎下载颗 粒 终端 沉降 速 度与 床 料颗 粒 粒 径的 平 方 根、固气 密 度 差的 平 方 根成 正 比。 可以 采 用下 式 计算 ：Dgg

24、pptCgdu3)(4（ m/s ）（ 1 3）式 中 ，dp 颗 粒 粒径 ， m; g 气体 密度 ， kg/m3; p 颗粒 密度 ， kg/m3; g 重力加 速度 ；CD 常 数。4、 膨胀 比 、 起伏 比 和 夹带 分 离 高度1） 膨胀 比 =实 际流 化 床 层的 高 度 / 静 床 高 =/fmfLL2） 起伏 比 =床 层最 大 高 度/ 最 小 高度 ， （ 图 示说 明 ）3） 夹带 分 离 高度 （ 依 照书 上 27.28页 图 例和 文字 说明 ）5、 垂 直 上升 气 固 流动 系 统 中气 固 流 态化 的 形 式 及 判 别循环 流 化 床 锅 炉 及 其

25、 燃 烧 辅 助 设 备 中包 括 了 多 种 气 固 流 动 状态 ，因 此 有 必要 在 经 典流 态 化 的基 础 上 ，学 习 掌握 更 多 的气 固 流 动状 态 特性 。垂 直 上 升气 固 流 动系 统 包 含了 一 个 较为 完 整 的气 固 流 动体 系 ，在 这 一范 围 内 的气 固 流 态化 现 象 也是 较 为 复杂 的 ，其 中 有 许精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 17 页学习必备欢迎下载多 影 响因 素我 们 目前 还 不清 楚 。目 前 只知 道 各 种形 式 的 气固 流 态 化主

26、要 受气 体流 动 速度 ( 流 化速 度或 空截 面 速度 ) 、固 体 颗 粒 特性（ 密度 、 粒度 及 其 分 布 ） 、 流 体特 性 （ 密度 、 粘 度等 ） 以 及固 体 器 壁 的影 响 。如 图 1 6 所示 ， 随流 化 速 度 的增 加， 一个 垂 直 上升 气 固 系统 会 依次 呈现 以 下几 种 状态 ：1）固 定 床此时 由 固 体颗粒 组成的 床 层 静止 于 一 个多 孔 的 网格 上 （ 比如 ，层 燃 锅炉 的 炉 排 ） ， 气 体 通 过 这 个 多孔 网 格 上行 ， 床 料基 本 不 随 气体 运 动（ 极 个 别 细 粉 除 外） ， 固 体

27、颗粒 之 间 没有 相 对 运动 。 这 种 床层 称 之为 固定 床 。当 气体 流 经 固体 颗 粒 时，它 对颗 粒 产 生曳 力（ 颗粒 对 气体 产生 磨 擦阻 力 ） ， 因 此 气体 流 经 床层 时 会 产生 压 力 损失 。移 动 床也 是与 固 定床 的 气固 流 动 特性 基 本 相同 的 一 种流 化 床 。在 移动 床 中，床 层固 体 颗 粒整 体 相 对于 器 壁 产生 移 动 ，但 床 层颗 粒 之 间没 有 相对 运动 。循 环流 化 床 锅炉 分 离 器分 离 下 来的 循 环 灰在 进 入 回图 16 垂直上升气固流动系统范围内的几种流态化形式精选学习资料

28、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 17 页学习必备欢迎下载料 装 置之 前， 在 料腿 （ 也叫 立 管 ）中 就 处 于移 动 床 状态 。2）鼓 泡 流化 床如果 通 过 固定床 的气体 流 量 增加 ，气 体 通 过固 定 床 而产 生 的 压降 会 持续 增大 ， 直至 达 到一 个 临 界 值 最小 流 化 风速 Umf 为止 。最 小 流化 风速 的 定义 是 ：气 体对 颗 粒 的曳 力 刚 好等 于 颗 粒的 重 力 减去 浮 力时 的流 化 风速 。在 此 状 态下 ，颗 粒似 乎 是“ 无 重 量”的 ，此时 固

29、 定床 转化 为 初始 流 态化 状 态 。在 该 状态 下 ，固 体 颗 粒呈 液 体 的特 性 。在 气 流速 度 达 到临 界 流 化速 度 后 ，若 继 续增 大 流 化风 速 ，则根 据 不同 的固 体 颗粒 特 性和 流 化 床结 构 ，床 内 有可 能 呈 现以 下 三 种流 化 状态 中的 一 种：鼓 泡 流 化床：其特 征 是 超过临 界流化 风 速 的空 气 以 气泡 形 式 流过 床 层 ，床 内存 在 明显 的密 相 界面 。气 泡 从 布风 板 处 产生 ，在 上 升 过 程中 不 断 与其 它 气泡 合并 或 分裂 ，到 达 床 面后 气 泡 破裂 并 飞 溅，同

30、时将 少 量 床料 颗 粒抛 向床 层 上方 的 悬浮 空 间 。这 是工 业 应 用中 常 见 的一 种 流 化现 象 ，也 叫聚 式 流化 床 。 （准） 散式 流 化 床：其特 征 是 ：当 流 化风 速 超 过临 界 流 化风 速 后 ，床 层 会随 流 化 风速 增 大而 继续 膨 胀，床 内 基 本 无气 泡 产 生。一 直到 流 化 风速 达 到 一个 临 界速 度 Umb 后， 床 内 才产 生 气 泡。 （ 准 ） 散式 流 化 床只 存 在 于细 颗 粒组 成的 流 化床 中 。 节（腾 ）涌 流 化 床：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -

31、- - - - - -第 13 页，共 17 页学习必备欢迎下载对一 个 给 定的流 化床，当 流化 风 速 或床 层 高 度增 加 时 ，气 泡 尺寸 也 随之 增大 。如 果 床截 面 较 小而 又 较 深时 ，气 泡 尺 寸 可能 会 增 大到 与 床直 径 或 床 宽 度相 差 不 大 的 程 度 ， 此 时 气 泡 会 以 节 涌 的 形 式（ 类 似于 一个 运 动的 活 塞） 通 过 床层 。3）循 环 流化 床在垂 直 上 升 气 固 流 动 系 统 的 术 语 中 ，并 没 有 循 环 流 化 床 的 定义 。一 般 而 言，循 环流 化 床 是指 快 速 流化 床 和 密相

32、 气 力 输送 这 两 种流 化 状态 。但 在 燃 煤 锅炉 中 ，循 环 流 化床 有 时 还可 能 包 括湍 流 床 在内 。当 床 内 处于 鼓 泡 流化 床 时 ，随 流化风 速 继 续增 大 ，床 内 会 依 次呈 现 湍流 床、快 速 流 化床 、密 相气 力输送 和 稀 相气 力 输 送。下 面 分别 加 以介 绍： 湍流床 ：当床 内 达 到鼓泡 流化状 态 后 ，继 续 增大 流 化 风速 ，超 过 临 界 流化 风 量的 气体 以 气泡 形 式通 过 床 层。但 随着 流 化 风速 增大 ，气 泡 产生 、合 并 和 破裂 都 相 应增 大 ，床 内 呈现较 强 烈 的气

33、 固 运 动，气 固 接触 良 好； 床层 表 面有 大 量的 气 泡 破裂 ， 床 层的 压 力 降快 速 地 脉动 ，大 量 床料 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 ，这 种床 层 称之 为 湍流 流 化 床。湍流 床 的 运行风 速会高 于 细 颗粒 的 终 端沉 降 速 度，而低 于 粗 颗粒 的 终端 沉降 速 度。 快速流 化床 ：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 17 页学习必备欢迎下载在 湍流床 的 基 础上 继 续 增大 流 化 风速 ，使 床层

34、 中 的 流化 风 速 高于 颗 粒的 终端 沉 降速 度 ，床 内呈 现 一 种由 高 速 气固 悬 浮 物组 成 的 床层 ，由气 流从 床 内 夹带 出 的颗 粒 被 分 离 下 来 并 被 送 回床 层 下部 ，这就 是 快速 流 化床 。在 快 速 流化 床 中 ，由 于返 回 的床 料足 够 多，使床 内的 温 度分 布很 均 匀。快速 流化 床 具有 以下 重 要特 性 ：在 垂 直 上 升 气 固 流 动 系 统中 ，循 环 流 化床（ 包括 快 速流 化 床） 内 的 气 固 之 间 具有 最 高 的 滑移 （ 相 对） 速 度 ，如 图17所 示 。由 于具 有 较高 的

35、气固 滑 移 速度 ， 故 其燃 烧 强 度较 高 。固 体 颗粒 具有 成 团与 返 混现 象 ；固 体 颗 粒之 间 混 合良 好 。由 于 存 在成 团 与返 混现 象 ，使 床料（ 包 括煤 粒 ）在 炉 膛 内的 停 留 时间 大 大 延长 。床 内已 不 存 在 明 显 的 密相 界 面 ，但 床 内 仍呈 现 上 稀下 浓 的 固 体颗 粒 浓度 分布 。 密相气 力输 送 ：在快 速 流 化床的 基础上 继 续 增大 风 速 或减 少 床 料加 入 量 ，床 内颗 粒 浓度 将变 稀 ，床 内颗 粒 浓 度呈 上 下 均匀 分 布 状态 ，此 时 即 为 密相 气 力输 送。

36、其 特征 是 ：单 位 高 度的 床 层 压降 沿 床 层高 度 不 变。图 17 不同流化状态下的气固滑移速度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 17 页学习必备欢迎下载4）稀 相 气力 输送在 密 相 气力 输 送 的 基 础上 继 续 增 大 风速 ，就 转 变成 稀相 气 力输 送。它与 密 相 气 力 输送 的 区别 是：增大 风 速，单位 高度 的 床 层 压 降上 升（ 摩 擦压 降占 据 主导 地位 ） ； 而在 密 相 气力 输 送 状 态 下 ， 增大 风 速 ，单 位 高 度的 床 层 压 降会 减

37、小（ 由 于 颗 粒 浓 度 下降 ， 颗 粒 浓度 压 降 占据 主 导 地位 ） 。 压 降随 风 速变 化的 转 折点 ， 恰好 是 最 经济 的 气 力输 送 流 速。 图 1 8 给出 了 流化 床上 、下 部 单位 高 度 床层 压 降 与流 化 风 速的 关系 曲线 。由图 1 8 可见 ，在 鼓 泡流 化 床 状态 下 ，下 部 床 压比 上 部 床压 大 得 多；在 快 速流 化床 状 态下 ，上 、下 部床 压逐渐 接 近 ；而 在 密 相气 力 输 送时 ， 二者 相等 。 在图 1 8 中 ，UTF 是湍 流流 态化 向快 速流 态 化 的转 变 速度 ， UFD是 快

38、 速流 态 化 向密 相 气 力输 送 的 转变 速 度 ，UPL 是密 相 气力 输送 向 稀相 气 力输 送 的 转变 速 度 。应当 注 意 的是， 图 1 8 中 指 的 是单位 高 度的 床 层 压降 ， 不 是指 的 流化 床内 的 总压 降 。还 需 要特 别 注 意的 是 ，循 环 流 态化 并 不 是图 18 床层上、下部压降与流化风速的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 17 页学习必备欢迎下载在 传 统的 鼓泡 流 态化 的 基础 上 简 单地 增 大 流化 风 速 就可 得 到 的，还必 须 满足 如下 条 件： 合 适的 床料 颗 粒物 性 ； 运 行风 速大 于 颗粒 终 端沉 降 速 度； 足 够大 的颗 粒 循环 速 率。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 17 页