流化床的阻力特性及空床阻力特性试验(2015.7.8)

循环流化床锅炉是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。

具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点。

循环流化床锅炉工作原理：固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。

流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。

循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。

被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。

循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。

第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。

循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。

由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：(1)低温的动力控制燃烧循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程,反复循环地组织燃烧。

显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。

在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。

这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。

这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。

流化床就是将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化。

充分流态化的床层表现出类似于液体的性质。

当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。

如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。

此时，颗粒全部悬浮于流体中，显示出相当不规则的运动。

随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。

床层的这种状态和液体相似称为流化床。

其中，流化床的种类有：最小流化床，鼓泡流化床，腾涌流化床。

那么流化床有哪些特性呢？充分流态化的床层表现出类似于液体的性质。

密度比床层平均密度小的流体可以悬浮在床面上；床面保持水平；床层服从流体静力学关系，即高度差为的两截面的压差；颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出；两个联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上。

上述性质使得流化床内颗粒物料的加工可以像流体一样连续进出料，并且由于颗粒充分混合，床层温度、浓度均匀使床层具有独特的优点得以广泛的应用。

谈到流化床性质的运用，这里以干燥技术角度阐述，循环流化床干燥技术是将待干燥物质通过加料器加入流化床床体，从设备容器下方通入预热空气或者各种锅炉废气，使流化床内的物料颗粒被吹起呈沸腾状态悬浮粉碎。

同时在流化床上部出口，将已干燥物料收集起来。

杭州钱江干燥设备有限公司所生产的GLR系列内加热流化床干燥机，系统由热风热源(燃煤、燃油、燃气、蒸汽、电)和内加热热源(蒸汽、水、导热油)。

同时供热,主要由内加热流化床主机、分离设备(内置布袋除尘器、外置旋风分离器+布袋除尘器、外置旋风分离器+水幕除尘器等)、风机、控制系统等组成。

可实现连续或间歇操作。

适用于干燥产品的大批量生产。

采购流化床干燥机除了要考虑需求，效率，成本，还要注意厂家的资质及售后。

这里给大家推荐杭州钱江干燥设备有限公司，钱江干燥是一家从事热力干燥技术开发、设备制造、销售、安装和技术咨询服务于一体的高新技术企业。

实验十三 流化床演示实验一、实验目的流化床反应器，由于其结构上的特点，具有床内温度分布均匀，传热、传质效率较好，因此广泛地应用在石油、化工、煤炭、医药等部门，流态化技术日益受到重视。

通过本演示实验，要求了解气固相的运动特征，固定床、流化床的压降，如何表示临界流化速度及最大流化速度。

二、实验原理气体通过固定床时，压力降随着流速不断增大。

当压力降达到最高值时，床层开始松动，即开始流化。

此时的流速称为临界流化速度u mf ，当流速继续增大，以致使床层的固体颗粒带出，不再停留床内，此地的流速称为最大流化速度，u mf 因此测量压力降可直接反映流化速度。

流速与压力降的关系可用图13-1表示。

当流体通过床层固体颗粒时，由于流体与床层固体颗粒间的摩擦及流体的紊流作用产生压降。

压力降随空塔流速增大而增大。

如AB 线所示，AB 为未流化的固定床。

达到接近临界流化速度B 点时，固体颗粒层开始膨胀而不流化，由于空隙率增大，压力降较前降低。

在B 点后，颗粒可以在小范围内重新排列，空隙率略有增大。

在C 点后，全部床层流态化，若再增大流速，当流体的向上流速大于颗粒的沉降速度时，则固体颗粒被流体带出，此时的压力降将减少。

通过压力降的测量可以清楚表示它们的关系。

关于临界流休速度及最大流化速度，文献介绍的计算公式很多，但误差也很大，一般都采用实验方法实测求得。

流量用孔板流量计测量：ρρρ)(2-=R gR oAo C Vs式中：Vs ——流体的体积流量，m 3/s ；R ——U 型管压差计读数，m ；ρR ——压差计中指示液密度，kg/m 3； C o ——孔流系数。

图13-1 流速与压强的关系示意图Vs Aw V sw =∝∝压降：22f p l u h h f fg d gR p g λρρ∆==∙∝∆∆=△p=ΔR(ρ指－ρ)g其中：ρ指——压差计中指示液密度，kg/m 3。

ΔR ——U 型管中位差，m 。

g ——重力加速度，g=9.81m/s 2。

实验四流化床基本特性的测定流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是流态化现象的具体应用，已在化工、能源、冶金、轻工、环保、核工业等部门得到广泛应用。

化工领域中，加氢、烯烃氧化、丙烯氨氧化、费-托合成及石油的催化裂化等均采用了该技术。

因此，它是极为重要的一种操作过程。

流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。

这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和、物料连续、结构紧凑、传质速度快、传热效率高、床层温度分布均匀，避免了固定床反应器中的热点现象，但操作中会造成固体磨损、床层粒子返混严重、反应中转化率不高等现象。

一、实验目的1．通过冷模观察聚式和散式流态化的实验现象，建立起对流态化过程的感性认识。

2．了解流化床的压降分布原理，通过冷模测定流化床的特定曲线。

3．通过冷模观察得到临界流化速度和带出速度，并计算出费劳德数Fr、膨胀比和流化数。

4．掌握流化床液体停留时间分布的测定方法及实验结果分析。

二、实验原理1．流化现象流体从床层下方流入，通过图1中虚线所示的分布板而进入颗粒物料层时，随着流体流速u0的不同，会出现不同的流化现象（图1）。

(a)(b)(c)(d)(e)固定床临界流态化散式流态化聚式流态化稀相流态化图1 流化现象（1）固定床阶段流体流速较低时，固体颗粒静止不动，即未发生流化，床层属于固定床阶段（图1（a）），阻力随流体流速增大而增大。

（2）临界流化阶段流体流速继续增大，颗粒在流体中的浮力接近或等于颗粒所受重力及其在床层中的摩擦力时，颗粒开始松动悬浮，床层体积开始膨胀，当流速继续增大，几乎所有的粒子都会悬浮在床层空间，床层属于初始流化或临界流化阶段（图1（b））。

此时的流速称为临界流化速度或最小流化速度u mf。

（3）流化阶段对于液固流化床，当液速u f>u mf时，由于液体与固体粒子的密度相差不大，此种床层从开始膨胀直到气力输送，床内颗粒的扰动程度是平缓的加大的，床层的上界面较为清晰，即床层膨胀均匀且波动较小，床层属于散式流化阶段（图1（c））。

流化床反应器的特性测定前言流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。

在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。

流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。

目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。

一、实验目的流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动,固体颗粒剧烈地上下翻动。

这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和，避免了固定床反应器中的热点现象，床层温度分布均匀。

然而，床层流化状态与气泡现象对反应影响很大，尽管有气泡模型与两相模型的建立，但设计中仍以经验方法为主。

本实验旨在观察和分析流化床的操作状态，目的如下：(1) 观察流化床反应器中的流态化过程(2) 掌握流化床压降的测定并绘制压降与气速的关系图(3) 计算临界流化速度及最大流化速度,并与实验结果作比较二、实验原理与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好，关系图的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制,特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油馏分催化流化床裂化的迅速发展就是这一方面的图 1-1 气体流化床的实际ΔP -u 典型例子。

流化床存在的局限性:①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成明显的催化剂流失。

流化床特征流化床是一种常用的化工装置，具有独特的特征和应用。

本文将从流化床的原理、应用领域以及优缺点等方面进行详细介绍。

一、流化床的原理流化床是利用气体或液体通过颗粒床层时产生的浮力将颗粒物料悬浮起来的一种装置。

在流化床中，颗粒物料与气体或液体之间形成了一种流态，呈现出液体般的流动特性，这也是流化床的特点之一。

在流化床中，气体或液体通过床层时会产生压力和速度的变化，从而使床层呈现出不同的状态。

当气体或液体流速较小时，床层中的颗粒物料会堆积在一起形成固体床；当流速逐渐增大时，床层中的颗粒物料开始悬浮并形成流态床；当流速进一步增大时，床层中的颗粒物料会被气体或液体带走而形成喷射床。

这种由固态到流态的转变过程就是流化床的原理。

二、流化床的应用领域流化床具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化工领域：流化床可以用于催化反应、吸附分离、干燥等化工过程。

由于流化床具有较大的传质和传热特性，可以提高反应速率和产品质量。

2. 石油炼制：流化床可以用于催化裂化、催化重整等石油炼制过程。

由于流化床具有较好的固体混合性和热传导性，可以提高反应效率和产物收率。

3. 燃烧领域：流化床可以用于煤炭、生物质等固体燃料的燃烧。

由于流化床具有较高的燃烧效率和低排放特性，可以减少环境污染。

4. 粉体工程：流化床可以用于粉体干燥、颗粒物料的包覆等粉体工程过程。

由于流化床具有较好的颗粒流动性和均匀性，可以提高产品的质量和工艺的稳定性。

三、流化床的优缺点流化床作为一种特殊的化工装置，具有以下优点：1. 可调性强：流化床可以通过调节气体或液体的流速、温度等参数来控制床层的状态，从而适应不同的工艺要求。

2. 传质传热效果好：由于流化床中颗粒物料与气体或液体之间的接触面积大，传质传热效果较好，可以提高反应速率和产品质量。

3. 可连续运行：流化床可以实现连续生产，不需要停机换料，提高了生产效率。

然而，流化床也存在一些缺点：1. 选材要求高：由于流化床中颗粒物料与气体或液体之间的摩擦作用较大，对床层材料的选择有一定要求。

实验四流化床基本特性的测定流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是流态化现象的具体应用，已在化工、能源、冶金、轻工、环保、核工业等部门得到广泛应用。

化工领域中，加氢、烯烃氧化、丙烯氨氧化、费-托合成及石油的催化裂化等均采用了该技术。

因此，它是极为重要的一种操作过程。

流化床反应器的重要特征是细颗粒催化剂在上升气流作用下作悬浮运动，固体颗粒剧烈地上下翻动。

这种运动形式使床层内流体与颗粒充分搅动混和、物料连续、结构紧凑、传质速度快、传热效率高、床层温度分布均匀，避免了固定床反应器中的热点现象，但操作中会造成固体磨损、床层粒子返混严重、反应中转化率不高等现象。

一、实验目的1．通过冷模观察聚式和散式流态化的实验现象，建立起对流态化过程的感性认识。

2．了解流化床的压降分布原理，通过冷模测定流化床的特定曲线。

3．通过冷模观察得到临界流化速度和带出速度，并计算出费劳德数Fr、膨胀比和流化数。

4．掌握流化床液体停留时间分布的测定方法及实验结果分析。

二、实验原理1．流化现象流体从床层下方流入，通过图1中虚线所示的分布板而进入颗粒物料层时，随着流体流速u0的不同，会出现不同的流化现象（图1）。

(a)(b)(c)(d)(e)固定床临界流态化散式流态化聚式流态化稀相流态化图1 流化现象（1）固定床阶段流体流速较低时，固体颗粒静止不动，即未发生流化，床层属于固定床阶段（图1（a）），阻力随流体流速增大而增大。

（2）临界流化阶段流体流速继续增大，颗粒在流体中的浮力接近或等于颗粒所受重力及其在床层中的摩擦力时，颗粒开始松动悬浮，床层体积开始膨胀，当流速继续增大，几乎所有的粒子都会悬浮在床层空间，床层属于初始流化或临界流化阶段（图1（b））。

此时的流速称为临界流化速度或最小流化速度u mf。

（3）流化阶段对于液固流化床，当液速u f>u mf时，由于液体与固体粒子的密度相差不大，此种床层从开始膨胀直到气力输送，床内颗粒的扰动程度是平缓的加大的，床层的上界面较为清晰，即床层膨胀均匀且波动较小，床层属于散式流化阶段（图1（c））。

锅炉冷态空气动力场试验：3.5.1冷态试验的目的3.5.1.1鉴定风机风量、风压是否满足锅炉设计运行要求。

3.5.1.2检查风烟系统、燃烧系统的严密性。

3.5.1.3测定布风板的布风均匀性、布风板阻力、料层阻力，检查床料流化质量。

3.5.1.4绘制布风板阻力、料层阻力与风量变化的曲线，确定冷态临界流化风量和热态运行的最小风量。

3.5.2试验内容及方法3.5.2.1一、二次主风道和分支风道的风量标定大修后，对于布置流量测量装置的风道，均应进行风量标定。

3.5.2.2布风板阻力测定a 测定布风板阻力时，布风板上无床料，一次风道主风道挡板开启，其余全部关闭，用一次风机液偶调整一次风量。

b 启动甲乙吸风机和一次风机后，逐渐增加风量，调整吸风机转速，使炉膛内保持为“零”，缓慢、平滑地增加风量，并记录风量和风室静压的数据，一般每次增加500〜1000m3风量记录一次，一直增加到最大风量（一次风机达到额定电流为止）。

c 再从最大风量逐渐减少，并记录相对应的风量和风压，用上行和下行的数据平均值，作为布风板阻力的最后数据。

画出阻力特性曲线。

3.5.2.3确定最低流化风量试验及布风均匀性试验a 锅炉铺料之前必须消除炉内杂物，风帽清理完毕，无堵塞、损坏。

b在炉底铺设一层沸腾炉渣，粒度0-8mm,高度约500mm，铺设要均匀、平整。

c 启动甲乙吸风机和一次风机后，逐渐增加风量，调整吸风机转速，使炉膛内保持为“零”，缓慢、平滑地增加风量，并记录风量和风室静压的数据，一般每次增加500〜1000m3风量记录一次，一直增加到最大风量（一次风机达到额定电流为止）。

d 再从最大风量逐渐减少，并记录相对应的风量和风压，用上行和下行的数据平均值，作为料层阻力的最后数据。

画出阻力特性曲线，确定最低流化风量。

e关闭炉门，启动吸风机，一次风机，调节转速，保持燃烧室负压-50〜- 100Pa,使底料全部流化。

打开炉门，用扒子进行试验，当扒子较顺利推拉碰到风帽时，确定最低流化风量，主风道（运行风）开启20%〜50%, 副风道（点火风）全开，重复上述试验。

流化床干燥设备中风阻与压降的研究与优化流化床干燥设备是一种广泛应用于化工、制药、食品等工业领域的干燥设备。

在流化床干燥过程中，风阻和压降是两个重要的参数，直接影响着设备的干燥效果和能耗。

因此，研究和优化流化床干燥设备中的风阻和压降对于提高设备性能和降低能耗具有重要意义。

首先，我们需要明确流化床干燥设备中的风阻和压降的含义。

风阻是指气流通过床层或设备时所受到的阻力，其大小与流体的黏性、床料的密度、颗粒物的形状和相对湿度等有关。

压降是指气流在设备中通过各个部分时所产生的压力损失，其大小与设备内部结构、气体流速和床料的颗粒大小等相关。

风阻和压降的研究和优化有助于减少能耗，提高干燥效果，降低设备的维护成本。

在流化床干燥设备中，风阻和压降主要受到以下影响因素的影响：1. 床料的性质：床料的密度、颗粒大小和形状等会直接影响到风阻和压降的大小。

密度较大、颗粒较小、形状较规则的床料会导致较高的风阻和压降。

2. 气体流速：气体流速是决定风阻和压降大小的重要因素。

当流速过高时，会增加摩擦阻力，导致较大的风阻和压降。

3. 设备内部结构：设备内部结构的设计合理与否直接影响到气流的运动和床料的混合程度。

合理的内部结构可以减小风阻和压降。

针对上述影响因素，我们可以进行一系列的研究和优化来减小流化床干燥设备中的风阻和压降，提高设备的性能和能效。

具体可采取以下措施：1. 优化床料的选择：选择适合的床料，如密度较小、颗粒较大、形状较规则的床料，可以减小风阻和压降。

此外，也可以通过改变床料的组成和比例来减小风阻和压降。

2. 调整气体流速：合理控制气体的流速，防止流速过高导致较大的风阻和压降。

可以通过改变风机的转速、调整风门开度等方式来实现。

此外，也可以采用多级风机或增加风机数量来降低风阻和压降。

3. 设备结构的改进：通过对流化床干燥设备的内部结构进行改进，如优化气体分布板的形状和布局，增加混合器的数量和大小，减小气流的阻力，降低风阻和压降。

一、流化床的阻力特性
所谓流化床的阻力特性，就是指流化气体通过料层的阻力压降与按床层截面积计算的冷态流化速度之间的关系。

对于颗粒堆积密度一定、厚度一定的料层，其床压阻力在没有达到初始流化时是遵循二次方规律的。

在达到初始流化速度后，阻力几乎与流化速度不相关，基本上等于床层物料重力。

二、空床(空板)阻力特性试验
在布风板不铺床料的情况下，启动引风机、一次风机，调整一次风量，记录水冷风室压力与炉内密相区下部床压，二者差值即为布风板阻力。

根据这些数据绘制冷态一次风量与布风板阻力的关系曲线，通过温度修正，一可相应得出热态的一次风量与布风板阻力的关系曲线。

注：本文发表在《煤矿现代化》2004年增刊上钟罩式风帽阻力的计算与调整山东华聚能源股份有限公司张兴顺苗因德张士海王传山摘要：布风板的设计、调试是循环流化床锅炉燃烧是否能安全、稳定的关键技术之一。

合适的布风阻力是获得良好流化质量、稳定燃烧的前提，风帽式布风板是最广泛的应用形式。

本文介绍了钟罩式风帽的阻力计算和在调试、运行中调整的实例。

关键词：布风板阻力风帽调整1、布风板和风板阻力的重要性循环流化床锅炉作为一种清洁高效燃烧技术在国际上被广泛认可，其以燃料适应性广，燃烧效率高，氮氧化物排放量低、负荷调节范围大等显著特点被广泛应用。

流化床燃烧的物理特性也就是气—固流态化的过程，尤其是循环流化床的物料流动介于湍流和快速流化之间，布风板的作用十分重要，要求固体颗粒要充满整个上升段空间，物料和气体之间相对速度较大，并且使颗粒有强烈的、良好的混合。

物料良好的流化质量是循环流化床稳定、高效燃烧的前提。

要获得良好的流化质量，必须保证布风板有适当的阻力，一是给通过布风板的气流以一定的阻力，使在布风板上的气流均匀密集的分配，避免形成床料“死区”，并使风帽小孔出口气流具有较大的动能，和物料产生强烈的扰动和混合，另外，风板阻力也不能太大，即一次风的阻力损失不能太大，否则将带来电耗和风机容量的增加。

因此，布风板的设计、调试是循环流化床锅炉燃烧是否能安全、稳定的关键技术之一。

2、钟罩式风帽的优点及应用现在使用最广泛的布风板形式即风帽式布风板，一般有风室、孔板、风帽和浇注料层组成（见图1）。

本文以哈尔滨锅炉厂最新引进的应用于220t/h和440t/h循环流化床锅炉的大直径钟罩式风帽为例，介绍布风板阻力的计算和在试运过程中的调整。

1）内管设计合适阻力（400mmH 2O),使布风均匀，调节性能好，运行稳定。

2）外帽小孔风速低，降低风帽间的磨损。

3）外帽与内管螺纹连接（点焊固定防松），便于检修。

4）运行时风帽不易堵塞，物料也不会漏入风室。