流化床基础知识
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循环流化床锅炉基础知识第一篇循环流化床锅炉部分1.循环流化床锅炉部分1.1.流化态定义,答: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;当流速增加到某一速度之后,颗粒不再由布风板所支持,而全部由流体的摩擦力所承托,此时,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。
这种状态就被称之为流态化。
当固体颗粒群与气体或液体接触时,使固体颗粒转变成类似流体的状态。
1.2.什么是起始流化态点,答:当气体流速刚刚达到临界风速时,床层内只有乳化相,当流化速度增加时在乳化相中固体颗粒和气体的比例一直保持在开始流化那个临界状态,就称之为起始流化态。
1.3.什么是临界流化速度,答:颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度,称之为临界流化速度。
1.4.什么是空隙率,答:床层内气固两相中气相所占的体积份额。
空隙率:ε= V / ( V+ V) ; aa b其中:V---气体体积;V---颗粒所占体积。
a b1.5.循环流化床的主要组成部分,答:流化容器、布风装置、物料、旋风分离和回料装置。
1.6.流化床锅炉的分类,答:流化床燃烧锅炉可分为:常压鼓泡流化床锅炉、常压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉。
1.7.流化床燃烧过程的特点,答:(1)流化床本身是一个蓄热容量很大的热源,有利于燃料的迅速着火和燃烧;(2)床内燃料与空气相对运动强烈,混合良好,燃烧速度极快;(3)由于床内煤粒燃烧反应异常强烈,煤粒燃烧的实际化学反应过程的温度按普通方法所测得的床层平均温度高得多;(4)煤粒在床内有较长的停留时间;(5)流化床燃烧的一个重要特点就是减少大气污染,满足环保要求。
1.8.流化床中碳粒燃烧的机理,答:碳的燃烧过程是一种具有复杂物理化学过程的多相燃烧,主要是碳在空气中被氧化生成CO和CO,以及CO又被碳还原的两个反应过程,通常称为一次反应和二次反应。
流化床锅炉方面基础知识:判断部分1.单位体积流体的质量称为流体的密度,用符号ρ表示,kg/m3。
(√)2.绝对压力是用压力表实际测得的压力。
(×)3.表示工质状态特性的物理量叫状态参数。
(√)4.两个物体的质量不同,比热容相同,则热容量相等。
(×)5.热平衡是指系统内部各部分之间及系统与外界没有温差,也会发生传热。
(×)6.由于工质的膨胀对外所做的功,称为压缩功。
(×)7.物质的温度越高,其热量也越大。
(×)8.流体与壁面间温差越大,换热面积越大,对流换热热阻越大,则换热量也应越大。
(×)9.导热系数在数值上等于沿着导热方向每米长度上温差1℃时,每小时通过壁面传递的热量。
(√)10.过热蒸汽是饱和蒸汽。
(×)11.静止流体中任意一点的静压力不论来自哪个方向均不等。
(×)12.流体内一点的静压力的大小与作用面上的方位无关。
(√)13.当气体的压力升高,温度降低时,其体积增大。
(×)14.观察流体运动的两个重要参数是压力和流速。
(√)15.流体的压缩性是指流体在压力(压强)作用下,体积增大的性质。
(×)16.流体在管道中流动产生的阻力与流体平均速度的二次方成正比。
(√)17.所有液体都有粘性,而气体不一定有粘性。
(×)18.绝对压力、表压力和真空都是气体状态参数。
(×)19.根据过程中熵的变化可以说明热力过程是吸热还是放热。
(√)20.焓熵图中的一点表示某一特定的热力过程,某一线段表示一个确定的热力状态。
(×)21.水蒸汽在T---S图和P---V图上可分为三个区,即未饱和水区,湿蒸汽区和过热蒸汽区。
(√)22.当温度一定时,流体的密度随压力的增加而减小。
(×)23.自然水循环是由于工质的重度差而形成的。
(√)24.煤中的水分在炉膛内可分解成为氢和氧进行燃烧。
(×)25.火力发电厂的能量转换过程是:燃料的化学能→热能→机械能→电能。
流化床的工作原理
流化床是一种常见的物质处理设备,其工作原理是通过气体或液体在床内的操作条件下使固体颗粒悬浮起来,并产生类似液体的流体化状态。
具体来说,流化床工作原理包括以下几个步骤。
首先,将待处理的固体颗粒物料放入床内。
这些固体颗粒通常具有一定的粒径和密度,可能是颗粒状或颗粒状。
接下来,通过气体或液体的进料,床内增加流体速度。
流体可以是气体(例如空气、氮气)或液体(例如水、有机溶剂)。
进料的速度和压力会控制床内的流动性。
当流体速度达到一定程度时,床内固体颗粒开始从静止状态逐渐悬浮起来。
在此过程中,固体颗粒与流体之间的相互作用力会逐渐平衡。
悬浮的固体颗粒表现出类似液体的行为,可以自由流动,并能在床内均匀分布。
此外,流化床还具有良好的热传递和混合特性。
当流化床内加热或加冷时,固体颗粒可以有效地传递热量,并实现均匀的温度分布。
最后,在流化床内进行物质处理的过程中,固体颗粒可以与流体进行有效的接触。
这使得物质转移、反应或分离等操作更加
高效。
总的来说,流化床的工作原理是通过控制流入床内的气体或液体速度,使固体颗粒悬浮并实现类似液体的流动行为,从而达到物质处理的目的。
流化床工作原理流化床是一种广泛应用于化工、冶金、环保等领域的反应设备,其工作原理主要基于气固两相流体化的特性。
在流化床中,固体颗粒在气体流动的作用下呈现出流体的特性,这种状态被称为流化状态。
流化床的工作原理是通过气体从底部通入,在固体颗粒中形成均匀的气固两相流动状态,从而实现高效的传热、传质和反应过程。
本文将从流化床的基本原理、工作特点和应用领域等方面进行介绍。
首先,流化床的基本原理是通过气体在床内形成均匀的气固两相流动状态。
当气体速度逐渐增加时,固体颗粒开始受到气体的冲击和拖曳力,最终呈现出流体化的状态。
在流化状态下,固体颗粒之间的空隙被气体填充,形成了一个均匀的混合物,这种状态有利于传热和传质的进行。
此外,流化床还具有良好的混合和均质性,有利于反应物料的充分接触和反应过程的进行。
其次,流化床具有良好的传热、传质和反应特性。
在流化床中,气体和固体颗粒之间的接触面积较大,气固两相之间的传热和传质效果较好。
同时,流化床中固体颗粒的运动状态较为活跃,有利于反应物料的混合和均匀性,从而提高了反应速率和反应效果。
因此,流化床在化工领域中被广泛应用于催化剂的反应、吸附分离和干燥等过程。
此外,流化床还具有一定的操作灵活性和适应性。
流化床可以根据需要进行加热、冷却和控温操作,适用于不同的反应条件和工艺要求。
同时,流化床还可以通过调节气体流速和固体颗粒的粒径等参数,实现对反应过程的调控和优化,具有较好的操作性和适应性。
总的来说,流化床是一种具有良好传热、传质和反应特性的反应设备,其工作原理主要基于气固两相流体化的特性。
流化床具有良好的混合和均质性,有利于反应过程的进行;同时具有一定的操作灵活性和适应性,适用于不同的反应条件和工艺要求。
因此,流化床在化工、冶金、环保等领域具有广泛的应用前景。
循环流化床锅炉基础知识大全
循环流化床锅炉是一种新型的燃烧技术,它将燃料在流化床中进行流化燃烧,实现高效、清洁的燃烧过程。
以下是循环流化床锅炉的一些基础知识:
1. 工作原理:循环流化床锅炉采用流化技术,使燃料在流化床中与空气充分混合,形成流化态。
燃料在流化状态下燃烧,产生高温烟气,通过炉膛和烟道传递热量,产生蒸汽。
2. 优点:
高效燃烧:循环流化床锅炉能够实现燃料的高效燃烧,提高燃烧效率,降低能耗。
清洁环保:循环流化床锅炉采用低温燃烧技术,减少氮氧化物和二氧化硫等污染物的排放。
适应性强:循环流化床锅炉对燃料的适应性强,可以燃烧各种类型的燃料,包括劣质煤、生物质等。
3. 结构:
炉膛:炉膛是循环流化床锅炉的核心部分,燃料在其中进行流化燃烧。
分离器:分离器用于分离炉膛中的固体颗粒,将未燃尽的燃料和灰渣送回炉膛继续燃烧。
回料器:回料器将分离器分离出的固体颗粒送回炉膛,实现循环燃烧。
烟道:烟道用于排放燃烧产生的烟气。
4. 运行参数:
流化风速:流化风速是指流化床中燃料流化的速度,它影响燃料的流化状态和燃烧效率。
床温:床温是指流化床中的温度,它影响燃烧效率和污染物排放。
烟气含氧量:烟气含氧量反映燃烧过程中的空气供给情况,对燃烧效率和污染物排放有影响。
5. 控制系统:循环流化床锅炉通常配备复杂的控制系统,用于监测和控制燃烧过程中的各项参数,确保锅炉的安全、高效运行。
以上是循环流化床锅炉的一些基础知识,循环流化床锅炉是一种复杂的设备,其运行和维护需要专业的技术人员进行操作。
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。
流化床技术问答循环流化床锅炉技术600问目录循环流化床锅炉基础知识- 3 -1、流态化的基本定义是什么?- 3 -2、循环流化床物料的主要流动方式有哪几种?颗粒状态如何?-3 -3、什么是气固流态化?- 4 -4、什么是柱塞流态化?- 4 -5、什么是湍流流态化?- 5 -6、影响物料与受热面换热的因素有哪些?- 5 -7、什么是颗粒终端速度?- 5 -8、什么是空塔速度?- 5 -9、什么是耐火浇注料的重烧变化率?- 6 -10、什么是物料的循环倍率K?物料的循环过程由哪些过程组成?- 6 -11、什么叫钙硫摩尔比?- 6 -12、什么是流化床的阻力特性?- 6 -13、什么是空床阻力特性试验?- 7 -14、什么是临界流化速度?临界流化风量是如何确定的?- 7 -15、影响临界流化速度的因素有哪些?- 7 -16、流化床锅炉受热面的磨损形式主要有哪几种?其机理各是什么?- 7 -17、什么是扬析?- 8 -18、流化床颗粒扬析的机理有哪些?- 8 -19、什么是夹带?- 8 -20、产生夹带的原因有哪些?- 9 -21、循环流化床锅炉流化料层类似流体的性质有哪些?- 9 -22、固定床的特征是什么?- 10 -23、湍流床的特征是什么?- 10 -24、什么是密相气力输送?其特征是什么?- 11 -25、什么是稀相气力输送?其特征是什么?- 11 -26、什么是异重流化床?其特点是什么?- 11 -27、什么是快速流化床?- 11 -28、什么是循环流化床锅炉?- 11 -29、循环流化床锅炉的特点是什么?- 11 -30、循环流化床锅炉在运行中要遇到哪几种流态?- 12 -31、什么叫起始流态化?- 13 -32、什么叫流化极限风速?- 13 -33、什么是流化料层的阻力特性?- 13 -34、什么叫气泡相?- 13 -35、什么叫乳化相?- 13 -36、什么叫分层?- 13 -37、什么叫节涌?- 13 -38、流化床内的压力分布反映了什么?- 14 -39、影响循环倍率的运行因素有哪些?- 14 -40、循环流化床锅炉的物料平衡指的是什么?- 14 -41、循环流化床锅炉内的颗粒大致可分为哪三种形式存在?- 14 -42、床料层中各物理因素对临界流化风量的影响有哪些?- 15 -43、在循环流化床锅炉中,固体颗粒起什么作用?- 15 -44、煤粒在流化床内的破碎的主要原因是什么?- 15 -45、影响磨损速度的主要因素有哪些?- 16 -46、流化床中煤粒的破碎和磨损有什么区别?- 16 -47、床温对煤粒破碎特性的影响是什么?- 16 -48、煤的热解过程指的是什么?- 16 -49、煤的热解一般可分为哪几类?- 16 -50、影响煤热解特性的因素有哪些?- 17 -51、煤粒在流化床内的热解过程有哪两个典型特性?- 17 -52、挥发分的析出对煤的着火性能有哪些影响?- 17 -53、煤粒在流化床内的热解过程具有什么特性?- 17 -54、为什么说小粒度比大粒度更易着火?- 18 -55、焦炭颗粒的燃尽取决于什么条件?- 18 -56、焦炭颗粒的燃烧速率受到哪些因素的影响?- 18 -57、CFB燃烧份额的定义是什么? - 18 -58、影响密相区燃烧份额减少的因素有哪些?- 18 -59、流化床锅炉结焦的形式有哪几种?- 19 -60、什么叫高温结焦?- 19 -61、高温结焦的特点是什么?- 19 -62、什么是低温结焦?- 19 -63、低温结焦的特点是什么?- 20 -64、产生结焦的主要原因是什么?- 20 -66、影响CFB锅炉燃烧的主要因素有哪些?- 21 -67、在CFB密相区,煤燃烧所释放出的热量由哪几部分吸收?-22 -68、入炉煤粒度对流化床锅炉的燃烧有哪些影响?- 22 -循环流化床锅炉设备- 23 -1、循环流化床锅炉主要由哪些设备组成?- 23 -2、流化床燃烧设备分为哪几种类型?- 24 -3、循环流化床锅炉的汽水系统包括哪些设备?- 24 -4、汽冷旋风分离器的结构是怎样的?- 24 -5、循环流化床锅炉分离机的构的作用是什么?- 24 -6、什么是分离器的分离效率?- 25 -7、分离器分离效率的变化将对循环流化床锅炉运行产生什么影响?- 25 -8、什么叫旋风分离器的临界直径?- 25 -9、分离器及回送装置对循环流化床锅炉的重要性是什么?- 25 -10、影响高温旋风分离器性能的主要因素有哪些?- 25 -11、布风板的种类有哪些?其作用是什么?- 26 -12、流化床为什么要求布风板要有一定的压降?- 26 -13、风帽的作用是什么?- 26 -14、布风板风帽的种类有哪些?- 26 -15、大直径钟罩式风帽的特点是什么?- 26 -16、什么是风帽的开孔率?- 27 -17、什么是小孔风速?其过大或过小对流化床的正常运行有什么影响?- 27 -18、循环流化床锅炉风室的特点是什么?- 27 -19、循环流化床锅炉风室的主要类型有哪些?- 27 -循环流化床锅炉基础知识1、流态化的基本定义是什么?答:气体或液体以一定速度穿越固体颗粒层时,当气体或者液体对固体颗粒产生的作用力与固体所承受的其它外力相平衡条件达到后,就形成气固两相或液固两相混合介质的类似于纯液体流动的流态化现象,这一现象就称为气固或液固两相流介质的流态化。
流化床工作原理流化床是一种广泛应用于化工、冶金、环保等领域的反应设备,其工作原理是利用气体对固体颗粒的流动和悬浮,形成类似液体的状态,从而实现高效的传质和传热。
流化床工作原理的理解对于正确操作和优化流化床反应器具有重要意义。
首先,流化床内的颗粒物料被气体流体化,形成了一种类似流体的状态。
在这种状态下,颗粒之间的接触面积增大,传质和传热效果得到显著提高。
此外,流化床内的颗粒可以在气流的作用下实现均匀的混合和搅拌,从而保证了反应过程的均匀性和稳定性。
其次,流化床内的颗粒受到气流的支撑,形成了一种动态平衡状态。
在这种状态下,颗粒的运动和停留是动态平衡的结果,颗粒之间的相互作用和碰撞对于传质和传热过程起着重要作用。
通过调控气流速度和颗粒物料的性质,可以实现对流化床内的颗粒运动和停留状态的控制,从而实现对反应过程的调控和优化。
另外,流化床内的气固两相具有良好的接触和传质性能。
气体通过颗粒床层时,与颗粒发生接触和传质,从而实现了气固两相之间的传质和传热过程。
在流化床内,气体与颗粒之间的接触面积大大增加,传质效果得到显著提高,这对于高效的反应过程具有重要意义。
最后,流化床具有良好的传热性能。
由于流化床内颗粒的动态状态和气体的流动状态,使得传热效果得到了显著提高。
颗粒之间的碰撞和摩擦产生了大量的热量,同时气体对颗粒的包裹和搅拌也有利于传热过程的进行。
因此,流化床在传热反应过程中具有显著的优势。
综上所述,流化床工作原理是基于气固两相流动和接触的基础上,实现了高效的传质和传热过程。
通过对流化床内颗粒物料和气体流动状态的控制和优化,可以实现对反应过程的调控和提高反应效率。
对于理解和掌握流化床工作原理,对于正确操作和优化流化床反应器具有重要意义。
循环流化床锅炉基本知识1.锅炉三大额定参数:额定蒸汽温度,额定蒸汽压力,额定蒸发量。
锅炉三大主要参数:主蒸汽温,主蒸汽压,水位。
锅炉三大安全附件:安全阀,压力表,水位计。
2.床料和物料:冷态启动时加入的物料称作床料,把运行中的床料称作物料。
3.物料浓度:是指炉膛内的物料量占整个燃烧区的分量。
4.料层厚度:是指密相区静止时的料层尺寸。
料层厚度大运行时料层差压就高。
5.料层差压:是表征流化床运行时料层高度的物理量,一定的料层高度对应一定的料层差压。
6.炉膛差压:是指稀相区的压力与炉膛出口的压力之差,是表征流化床上部悬浮段物料浓度多少的量。
炉膛差压越高炉膛内的传热系数就越高。
它还是反映返料装置是否正常的参数,返料器堵塞后炉膛差压会突然降低,甚至到零。
7.临界流化风量:当床层由静止状态转变为流化状态时的最小风量,称为临界流化风量。
8.物料循环倍率:由物料分离器捕捉下来的,且返送回炉膛的物料量与给进的燃料量之比。
循环灰越多,循环倍率就越高;在一定范围内燃料颗粒度越低,循环倍率就越高;分离器效率越高,循环倍率就越高;在安全范围内循环倍率越高,回料系统越稳定。
9.锅炉烟气含氧量:直接反映了炉内的燃烧工况,它表示炉内燃料燃烧后的烟气中所含氧量占烟气的百分比,一般为0~20%。
反映了风煤的配比情况,有助于运行人员及时分析发现燃烧异常,合理控制过量空气系数,避免锅炉发生结焦或灭火以及加煤过多等事故的一个重要参数,又被称为运行人员的眼睛。
10.何谓炉膛出口压力,监视炉膛出口压力有何意义?答:是反映炉内动力工况最直接的一个参数依据。
炉内燃烧异常、风煤供给量变化或动力设备异常、外界负荷变化、汽水侧泄漏等,任何一方发生变化都会使炉膛出口压力发生变化。
所以,随时监视炉膛出口压力有着至关重要的意义。
11.底料:点火前在布风板上铺设的一定厚度,一定颗粒级配,一定含碳量的床料,称为底料。
12.高温结焦:床层温度整体较高,而流化正常时结焦。
流化床基础知识一、流态化的定义固体散料悬浮于运动的流体,颗粒之间脱离接触而具有类似于流体性能的过程,称为固体流态化。
二、流态化现象根据流态化所使用流体介质的不同,固体流态化可分为液-固流态化、气-固流态化、和气-液-固三相流态化。
液体作流化介质时,液体及颗粒间的密度差较小,在很大的液速操作范围内,颗粒都会较均匀地分布在床层中,比较接近理想流态化,称为散式流态化。
气体作流化介质时,会出现两种情况,对于较大和较重的颗粒如B 类(100~600μm)和D类(≥600μm)颗粒,当表观气速(表观气速是以扣除了换热元件、挡板等构件并且不包含装载的固体的有效空截面积及操作状态下的气体体积流量计算的气速)超过临界流化或起始流化速度,多余的气体并不进入颗粒群去增加颗粒间的距离,而形成气泡通过称为鼓泡流化床的床层,此时为聚式流态化。
对于较小和较轻的A类颗粒,当表观气速刚超过临界流化速度的一般操作范围内,多余的气体仍进入颗粒群使之均匀膨胀而形成散式流态化,但进一步提高表观气速将生成气泡而形成聚式流态化,这种情况下产生气泡的相应表观气速称为起始鼓泡速度,超过的多余气体的绝大部分以气泡的形式通过床层,但所形成的气泡一般远比B 类和D类颗粒形成的聚式流化床小,即细颗粒的流化质量比粗颗粒的流化质量高。
在聚式流化床中存在明显的两相:一相是气体中夹带少量颗粒的气泡相(或称稀相),另一相是颗粒和颗粒间气体所组成的颗粒相(或称密相),又称乳相。
在低气速流化床中,乳相为连续相而气泡相为非连续相。
三、聚式流态化的三个流型1、鼓泡流化床当表观气速从散式流态化的操作速度进一步提高到起始鼓泡速度时,床层从底部出现鼓泡,压降波动明显增加。
对于粒径及密度均较达的B类颗粒,床层并不经历散失流态化阶段,临界流化速度即起始鼓泡速度,产生的气泡数量不断增加,并且气泡在上升过程中相互聚并,尺寸不断长大,直至达到床层表面并开始破裂,颗粒的混合及床层压降波动非常剧烈。
流化床的工作原理
流化床是一种广泛应用于化工、冶金、环保等领域的反应器,其工作原理是利
用气体或液体在颗粒床中形成类似流体的状态,从而实现高效的传质和传热。
流化床具有传质速度快、温度均匀、反应效率高等优点,因此受到了广泛的关注和应用。
流化床的工作原理主要包括颗粒床的流化状态、传质传热过程以及反应物料的
运动规律等几个方面。
首先,当气体或液体通过颗粒床时,由于其速度足够大,颗粒之间的摩擦力和重力得以克服,颗粒开始呈现出类似流体的状态,这就是颗粒床的流化状态。
在流化状态下,颗粒之间的间隙增大,表面积扩大,从而促进了传质传热的过程,使得反应物料与流体之间的接触更加充分。
其次,流化床中的传质传热过程是通过气固或液固两相之间的传质传热来实现的。
气体或液体在颗粒床中形成的流体状态使得传质传热的速度大大提高,从而加快了反应速率,提高了反应效率。
另外,流化床中颗粒床的温度分布比较均匀,能够有效地避免局部温度过高或过低导致的反应不均匀的问题,保证了反应的稳定性和可控性。
最后,流化床中反应物料的运动规律也是影响其工作原理的重要因素之一。
在
流化床中,颗粒床的流动性能决定了反应物料在床内的运动规律,影响了传质传热的效果。
通过控制流化床的流速、颗粒粒径和密度等参数,可以实现对反应物料的有效控制,从而达到预期的反应效果。
总的来说,流化床的工作原理是利用气固或液固两相之间的流体化状态来实现
高效的传质传热和反应过程。
通过合理控制流化床的操作参数,可以实现对反应过程的有效控制,提高反应效率,降低能耗,是一种具有广泛应用前景的反应器类型。
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SQ、NQ的排放。
SQ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SQ、NQ 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-湍流床一快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。
流化床基础知识一、流态化的定义固体散料悬浮于运动的流体,颗粒之间脱离接触而具有类似于流体性能的过程,称为固体流态化。
二、流态化现象根据流态化所使用流体介质的不同,固体流态化可分为液-固流态化、气-固流态化、和气-液-固三相流态化。
液体作流化介质时,液体与颗粒间的密度差较小,在很大的液速操作范围内,颗粒都会较均匀地分布在床层中,比较接近理想流态化,称为散式流态化。
气体作流化介质时,会出现两种情况,对于较大和较重的颗粒如B 类(100~600μm)和D类(≥600μm)颗粒,当表观气速(表观气速是以扣除了换热元件、挡板等构件并且不包含装载的固体的有效空截面积及操作状态下的气体体积流量计算的气速)超过临界流化或起始流化速度,多余的气体并不进入颗粒群去增加颗粒间的距离,而形成气泡通过称为鼓泡流化床的床层,此时为聚式流态化。
对于较小和较轻的A类颗粒,当表观气速刚超过临界流化速度的一般操作范围内,多余的气体仍进入颗粒群使之均匀膨胀而形成散式流态化,但进一步提高表观气速将生成气泡而形成聚式流态化,这种情况下产生气泡的相应表观气速称为起始鼓泡速度,超过的多余气体的绝大部分以气泡的形式通过床层,但所形成的气泡一般远比B 类和D类颗粒形成的聚式流化床小,即细颗粒的流化质量比粗颗粒的流化质量高。
在聚式流化床中存在明显的两相:一相是气体中夹带少量颗粒的气泡相(或称稀相),另一相是颗粒和颗粒间气体所组成的颗粒相(或称密相),又称乳相。
在低气速流化床中,乳相为连续相而气泡相为非连续相。
三、聚式流态化的三个流型1、鼓泡流化床当表观气速从散式流态化的操作速度进一步提高到起始鼓泡速度时,床层从底部出现鼓泡,压降波动明显增加。
对于粒径及密度均较达的B类颗粒,床层并不经历散失流态化阶段,临界流化速度即起始鼓泡速度,产生的气泡数量不断增加,并且气泡在上升过程中相互聚并,尺寸不断长大,直至达到床层表面并开始破裂,颗粒的混合及床层压降波动非常剧烈。
气泡中所含颗粒约占颗粒总量的2%-4%,气泡周围的密相或乳相中颗粒浓度很高。
气泡的运动速度随气泡的大小而变,在上升途中,小气泡频繁地聚并而长大,过大而失稳时气泡则破裂。
气泡上升的同时又有颗粒在密相中向下流动以补充向上流动的气泡中带走颗粒所造成的空缺。
另一方面,由于气泡在床层径向截面上下不均匀分布,诱发了床内密相的局部以致整体的循环流动,气体的返混加剧。
这种流型称为鼓泡流态化,气-固接触效率和流化质量比散式流态化低的多。
气泡上升到床层表面时的破裂将部分颗粒弹出床面。
在密相床上面形成一个含有少量颗粒的自由空域。
一部分在自由空域内的颗粒在重力作用下返回密相床,而另一部分较细小的颗粒就被空气带走,只有通过旋风分离器的作用才能被捕集下来,经过料腿而返回密相床内。
2、节涌流化床对于高径比较大的实验室及中间试验的流化床,由于床层直径较小,当表观气速达到一定程度时,会由于气泡直径长大到接近床层直径而产生气栓。
气栓像活塞一样向上升,而气栓上面颗粒层中的颗粒纷纷下落,气栓达到床层表面时即破裂。
后续的气栓又不断的形成,上升直至破裂。
床层压降出现剧烈但有规则的脉动。
这种现象称为节涌流态化(节涌有称腾涌)。
节涌使颗粒夹带加剧,气-固接触效率和操作稳定性降低。
在大规模的大床中,节涌现象一般不会产生。
3、湍动流态化随着表观气速进一步提高,鼓泡床中气泡的破裂逐渐超过气泡的聚并,并导致床内的气泡尺寸变小,进入湍动流态化。
这种小气泡通常称为气穴,气穴与密相或乳相间的边界变得较为模糊,此时称为湍动流态化。
在鼓泡流化床中,增加表观气速,床层压力波动幅度较大,到某一表观气速时,压力波动的幅度达极大值,此时的表观气速称为起始湍动流化速度。
湍动流态化与鼓泡流态化有许多显著的不同:1、气穴不像鼓泡床中的气泡有明显的上升轨迹可循,在不断的破裂和聚并过程中以无规律的形式上升,气穴的尺寸小使其上升速度减慢,增加了床层的膨胀;2、气穴的运动膨胀,使湍动流化床中气、固接触加强,气体短路减少,因此湍动床内,气、固相间交换系数和传热、传质效率比鼓泡床高;3、总体来讲,压力波动幅度小于鼓泡流化床,操作平稳;4、气速的提高导致床层上部的稀相自由空域中有大量颗粒存在,其中的反应不可忽视,并使床界面比鼓泡床模糊的多;5、湍动流化床内固体返混程度大于鼓泡流化床,而气体返混则小于鼓泡流化床。
工业流化催化反应器已从20世纪50-60年代的鼓泡床为主过渡到以湍动流化床为主,利用湍动流化床气、固接触良好,传热、传质效率高和气体短路极少的优点。
鼓泡床和湍动床都属于低气速的密相流化床,压力升高会使鼓泡床和湍动床中气泡尺寸变小。
四、气-固密相流化床(一)气-固密相流化床的基本结构典型的密相流化床结构示意主要由床体、气体分布器、换热装置、内部构件和颗粒捕集系统组成。
1、气体分布器气体分布器的主要作用是将流化气体均匀地分布在整个床层截面,也起到支撑流化颗粒的作用。
为了保证气体分布均匀,一般分布板开孔率约为1%以下,而分布板的压降为床层压降的10%-20%,在工业流化床中,由于床层提高,有时分布板压降设计为床层压降的5%。
一般在分布板下面还有气体预分布器。
在气体分布器上方的一定距离内,气-固两相的流动状况受分布器的影响而与床层主体明显不同,称为“分布器控制区”,其中的流动行为和传质、传热对流化床的功效都可能产生较大作用。
2、自由空域和扩大段工业流化床反应器的床体大都是圆柱形,上部扩大段直径一般为下部密相床直径的1.5~2.5倍。
实验室用流化床,当温度不高于100℃时,一般用易于加工的有机玻璃制造,床体一般也为圆柱形,床体直径要大于颗粒平均直径的100倍。
为了便于观察气泡及颗粒流动的特性,采用二维床。
其截面为矩形,宽度远大于厚度,但厚度至少要为平均直径的25~30倍。
流化床内气-固浓相界面以上的区域称为自由空域。
由于气泡逸出床面时的弹射和夹带作用,一些颗粒会离开浓相床层进入自由空域。
一部分自由空域内的颗粒在重力作用下返回浓相床,而另一部分较细小的颗粒则最终被气流带出流化床。
在气流的作用下,多粒级组成的颗粒物料由于各自的终端速度的差异而分级的现象称为扬析,不同终端速度的颗粒一次被气流带出床层进入流化床上方的自由空域。
夹带是流化床中气泡在上升过程中逐渐长大而不稳定,到达床层表面时气泡破裂,其中所夹带的颗粒被喷入自由空域。
在一定的气速下,能被扬析带出的颗粒尺寸和通量是一定的,颗粒的粒度不同使自由空域中固体浓度沿高度成递降分布。
扩大段可以显著地降低气流的速度,从而有助于自由空域内的颗粒通过沉降作用返回密相。
减少颗粒带出及降低自由空域内的颗粒浓度。
对于流化床化学反应器来说,较低的自由空域颗粒浓度对于减少不利的负反应往往是至关重要的。
(二)气-固鼓泡流化床1、流动特性把气-固相流化床分成密相或乳相和气泡相的模型称为流态化的两相模型。
气泡的顶部成球形,底部则向里凹,气泡底部压力较附近略低,以致吸入部分颗粒,形成局部涡流,此区域称为尾涡。
随着气泡的上升,部分被卷入的气体带着气泡中的气体由气泡顶部通过气泡边界层渗入乳相,在气泡周围向下运动的颗粒又借摩擦力将这部分气体向下带入尾涡,形成循环运动。
气泡周围为循环气体所渗透的区域叫气泡晕。
气泡上升时,相邻的小气泡凝聚成大气泡,气泡周围的气泡晕也不断合并、扩大,通过这种气泡中的气体与气泡晕中的对流交换作用形成气泡相和乳相中的气体交换,因此气泡相中的气体才能进入乳相,在固体催化剂上发生化学反应。
乳相中固体颗粒存在定向的循环运动和类似于布朗运动的杂乱无章的运动。
上升气泡的尾涡夹带部分颗粒,在空隙部位颗粒又沉降下来,造成了颗粒的上下循环。
在流化床内出现多个颗粒上升后又下降的循环运动。
气体流速越高,颗粒的杂乱无章运动愈剧烈,使颗粒的循环遭到破坏。
由于乳相颗粒的剧烈循环运动,可以认为流化床中固体颗粒处于全混流状态。
两相模型认为:单个气泡中的气体处于全混流状态,而整个床层的气泡相接近平推流。
气泡上升时不断与颗粒进行气体交换,但气泡中的气体都能迅速混合。
整个流化床中从气体分布板到密相床层顶端的不同高度处有一个个彼此独立,由小到大的气泡,每单个气泡又好比一个小型的全混流反应器。
乳相中的气流情况比较复杂,乳相中部分气体以临界流化气速往上流动,但由于气泡向上流动,迫使乳相中有部分气体从上向下运动,可以认为乳相中存在着上流及回流两类区域。
当操作气速与起始流化气速之比值超过6~11时,回流的气量超过了上流的气量,因此乳相中气体的净流量是往下的。
工业流化床反应器的床层直径大,床高与床径之比较实验室流化床小得多,尽管气体的大部分以气泡状态通过流化床,乳相中的气量只为一小部分,但它的返混作用对于可逆反应是不容忽视的。
2、气泡的聚并与破裂在气-固密相流化床中,上升的气泡之间由于流场的变化而相互作用,气泡会与其他气泡发生合并生成大气泡,也会破裂成小气泡。
气泡发生聚并时一般是后面的气泡追上前面的气泡进行垂直方向的聚并,原因是前一个气泡的尾涡区是局部低压区而对后面气泡有吸引作用。
两个气泡聚并后,新形成气泡的体积要大于原来两个体积之和,这可能是由于气泡周围相对高空隙率区内的气体进入气泡,导致聚并气泡的总体积增大。
流化床内气泡的破裂步骤:颗粒与气泡之间的相对运动会发生一些扰动,在气泡上都形成缺口,随着扰动加剧,缺口逐渐加深,最终导致气泡破裂。
这也可能与气泡周围相对高空隙率区及气泡边缘的可渗透性有关。
气泡的聚并与破裂与流化床内的相间传递密切相关。
气泡聚并与破裂之间的动态平衡决定了床中气泡的平均尺寸和最大稳定尺寸,尺寸大于最大稳定尺寸的气泡都是不稳定的。