气固两相流基础理

1、 第2讲 气固两相流基础理论 主要内容 基本概念基本概念 气固两相流中的颗粒特性气固两相流中的颗粒特性 流态化基本原理流态化基本原理 循环流化床炉内流体动力特性循环流化床炉内流体动力特性 基本概念基本概念 1床料 燃煤、灰渣、石灰石、砂子或铁矿石 2物料 循环系统内燃烧或载热固体颗粒 3堆积密度与颗粒密度 无约束，真实密度 4. 空隙率 堆积与流化并不相同。确定流化状态 5燃料筛分 宽筛分与窄筛分 6燃料颗粒特性 燃煤的粒比度 7流化速度 空塔速度，控制流化状态 8临界流化风速与临界流化风量 开始流化时的一次风速度与风量 9物料循环倍率 物料返送量与燃料给进量之比 物料循环倍率 燃料 一次风

2、回料阀 回料风 分离器 烟气 图2-1 循环流化床锅炉原理简图 一次风量 燃料颗粒特性 分离器效率 回料系统 气固两相流中的颗粒特性气固两相流中的颗粒特性 一、固体颗粒特性一、固体颗粒特性 1. 非球形颗粒的等效直径 (1)等效体积直径 (2)等效表而积直径 (3)筛分直径 (4)等效表面-体积直径 2. 颗粒球形度 表表2 2- -1 1 典典型型非非球球形形颗颗粒粒的的球球形形度度数数据据 物 料性 状球形度（）物 料性 状球形度（） 原煤粒大至10mm0.65砂平均值0.75 破碎煤粉0.73硬砂尖角状0.65 烟道飞灰熔融球状0.89硬砂尖片状0.43 烟道飞灰熔融聚集状0.55渥太华

3、砂接近球形0.95 碎玻璃屑尖角状0.65砂无棱角0.83 鞍形填料0.3砂有棱角0.73 拉西环0.3钨粉0.89 3.宽筛分颗粒的平均粒径 4. Geldart的颗粒分类方法 图2-2 Geldart的颗粒分类图 表2-3 Geldart 四类颗粒的主要特征 颗粒类型CABD 粒度( p =2500kg/m3) 650m 沟流程度严重很小可忽略可忽略 可喷动性无无浅床时有 最小鼓泡速度 mb u 无气泡 mf u= mf u= mf u 气泡形状仅为沟流平底圆帽 固体混合很低低中高 气体返混很低高中低 粒度对流体动力特性的 影响 未知明显很小未知 二、颗粒终端速度 表2-4 煤粉颗粒的终端

4、沉降速度 t u（m/s） 煤粒直径 （m） 200800 煤粒直径 （m） 200800 300.03-2001.130.85 400.060.033001.921.62 500.120.064002.622.5 600.150.095003.382.35 700.250.126004.084.21 800.270.158005.355.83 900.370.2110006.587.41 1000.430.24 流态化基本原理流态化基本原理 流态化的概念流态化的概念 流化床的形成过程流化床的形成过程 图2-6 不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态 流化床的形成过程（演示）流化床的形成过程（演

5、示） 循环床的形成 沸腾床 鼓泡床实验演示鼓泡床实验演示 循环床实验 循环床实验 循环流化床炉内流体动力特性循环流化床炉内流体动力特性 一、炉内气固两相流动状态一、炉内气固两相流动状态 1. 炉内不同区域流型分布 位置流动状态 燃烧室（二次风口以下）湍流或鼓泡流化床 燃烧室（二次风口以上）快速流化床 旋风分离器旋涡流动 返料料腿（立管）移动床 返料机构/外置式换热器鼓泡流化床 尾部烟道气力输送 图 2-17 床内颗粒浓度 分布 2. 床内气泡与颗粒运动 图 2-18 气泡上浮对床料的扰动 图 2-19 颗粒带(颗 粒图) 形成示意图 图 2-20 面壁流 二、二、 炉内颗粒浓度分布炉内颗粒浓度

6、分布 1. 颗粒浓度沿床高（轴向）分布规律 图2-21 不同流态化型式 沿高 度的颗粒浓度分布 2. 颗粒浓度沿床截面（径向）分布规律 图 2-25 快速流化 床内颗粒流动示意图 气流方向 Gs 三三、床层高度、阻力与气流速度变化的关系床层高度、阻力与气流速度变化的关系 图 2-26 流化床中料层随气流 速度变化的情况 图 2-27 床层高度、阻力随气 流变化速度变化的情况示意图 床内压力波动床内压力波动 循环流化床的压力分布循环流化床的压力分布 图2-29 不同流型下床内压力沿床 层 高度的变化曲线 输送床 湍流床 快速床 鼓泡床 P / L 高度 四四 布风均匀性检查布风均匀性检查 脚试法：脚试法： 沸腾法：沸腾法： 五五 冷态临界流化风量测定冷态临界流化风量测定 临界流化风量概念临界流化风量概念 临界流化风量的测定临界流化风量的测定 冷态临界流化风量对热态运行的指导意义冷态临界流化风量对热态运行的指导意义 临界流化风速受临界流化风速受温度温度影响，影响，随温度的升高而增随温度的升高而增 大大; ; 冷热态临界流化冷热态临界流化风量之比随温度升高而降低风量之比随温度升高而降低， 运行温度（运行温度（900900）时约为）时约为50%50%，提示热态运行，提示热态运行 时需冷态临界流化风量的一半即可达到临界流时需冷态临界流化风量的一半即可达到临界流 化状态；