流化床的阻力特性及空床阻力特性试验(2015.7.8)
简介流化床的特性及技术
ｌ ■
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
简 介 流 化 床 的 特 性 及 技术
潘 文力
（ 大庆 石化 公司 塑料 厂） ［ 摘 要］ 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 ， 即 流化 床 。 在 流 化床 中， 流 态 化 的颗粒 表 面则全 部 暴露 于湍 动剧 烈 的流体 之 中 ， 从而 得到 更充 分 的利用 。 ［ 关键词 ］ 流 化床 ， 形成 ； 特性； 技术 中 图分类 号 ： Ｔ Ｄ ３ ２ ７ ． ３ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ４ １ —０ １ ３ ０ 一 Ｏ １
烈， 流 速愈加 的提 高 ， 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 。 ＝ 流 化 床主 要特 性
循环流 化床 的二次风 除了能适 当调整 炉内温度 场 的分 布外 ， 还 能补充炉 内
内已加有 床料 ） ， 从 设备容 器下方 通入各 种锅 炉废气 或者预 热空气 ， 在 流化床 上 部出口， 将 已干 燥物 料收 集起 来 。 同时使 流 化床 内的物 料颗粒 被 吹起 呈沸 腾状 态 悬浮 粉碎 。
结 束语
颗粒 在床层 的 分布不 均 匀， 床层 呈 现两相 结构 ： 一相 是 以气泡 形 式夹带 少 量颗粒穿 过床层 向上 运动的 不连续 的气泡相 ， 另 一相则 是接近 初始流 态化状 态 的连 续相 且颗粒 浓度 与空 隙率分 布较 为均 匀 ， 称为 乳化 相 ， 因此 又称 为鼓 泡流
流化床
液性：
液面 静压 流通器 黏度
P
mmH2O 柱
U
U mf
Ut
[m/s]
Umf （临界速度）的估算： 固定床磨擦阻力＝砂子重时床层托起，此时U0为Umf
Ergun公式 P
150 Re m
1.75
f d
u
p
2
1 mf 3
mf
Lmf
Rem
d pU mf f (1 mf )
Ub U0 0.711(gdb )1/ 2 Umf
Ub由二部分 0.711(gdb )1/ 2 Umf (浮力)
推力组成 如果没有浮力,只要U0＞Umf气泡群仍要上升(后浪推前浪)
床层气泡分率
b
Lf
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L mf Lf
U 0 U b b U mf (1 b ) ≌ Ub b U mf
砂子重 (1 mf )( s f )gLmf
mf
0.7
P219
△P =砂子重时U即为Umf
0.4
dp
计算Umf有几十种公式，但 mf ， s 不准，dp不均一，与 床壁有摩擦力，很难计算
简易经验式
小粒子 Re p 20
U mf
d
2 p
(s
f ) g /1650
快床 Fixed bed
气力输送
高 度
气力输送
Pneumatic conveying
快床 湍动床 鼓泡流化床
0.2 0.4 0.6
气-固流态化的颗粒—密度分区图（P218）
Geldart图
不正常流化
流化床原理及特点
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。
流化床反应器的特性测定
(2) 临界流化速度 u mf 临界流化速度可以通过 ∆P 与 u 关系进行测定 也可以用公式计算 常用的经验计算式
有
u mf = o.695
通过经验式计算常有一定偏差 临界流化速度 3 最大流化速度 u t
dp
1.82
(ρ
s
− ρg )
0..94
µ 0.88 ρ g 0.06
常常通过实验直接测定颗粒的
在条件满足的情下
最大流化速度 u t 亦称颗粒带出速度 下式计算
理论上应等于颗粒的沉降速度
按不同情况可用
ut =
2 (ρ s − ρ g )g dp
18µ
Re p < 0.4
4 (ρ s − ρ g )2 g ut = ρgµ 225
1 3
dp
0.4 < Re p < 500
3.1d p (ρ s − ρ g )g ut = ρg
其中
1 2
Re p > 500
Re p =
d p ut ρ g
µ
C 预习与思考 1 2 3 气体通过颗粒床层有哪几种操作状态 流化床中有哪些不正常流化现象 如何划分
各与什么因素有关 为什么
流化床反应器对固体颗粒有什么要求
流化床反应器的特性测定
A 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
流化床是什么及其特性
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
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。
循环流化床锅炉的调试重点及应对措施
随发 电机并 网，蒸汽量需求增 加 ，锅 炉负荷增加 。 随负荷变化对锅炉燃烧 、排渣和吹灰进行相应调整 。
２ ． ５ ． ５ ． １ 投煤
量 。测 量 临界 流 化风 量 的方 法 ：床 料 选用 ０ １ ｍｍ 或 ０ ～ １ ． ５ ａ ｒ ｍ的河沙 或流化 床锅 炉炉渣。将床料填加至静高 ７ ０ ０ ｍ ｍ（ 沙子 ）或９ ０ ０ ｍｍ （ 灰 ），增加一次风量 ，初始 阶段随着一次风量增加 ，床压逐渐增大 ，当风量超过某
烘炉分两个阶段 ， 第一阶段用临时烘炉机进行 中低温
烘炉． 第二个 阶段是锅炉正常点火高温烘炉， 一般在锅炉吹 管 阶段锅炉负荷达２ ０ — ３ ０ ％进行。耐火材料烘干程序一旦
２ ． ２锅 炉冷 态 空气 动力 场试 验
２ ． ２ ． １试 验 目 的
通过冷态试验 了解和掌握炉 内气流流 ４ ６ ０ ／ １ ３ ． ７ 一 Ｍ ５ ７ ３ 型循环流化床锅炉是上海锅炉厂 制造 的超高压 中间再热 、单锅筒 自然循环锅炉 。该锅炉 采用平衡通 风 、集 中下 降管布置 、两个绝热式旋风分离 器 、４ ×５ ０ ％滚筒式冷渣器。炉膛是膜式水冷壁设计 ，其
下部采用耐 火炉衬 。锅炉设有６个 给煤 口，均匀布置在
其 结构 更复杂，燃烧调 整更复杂，磨损爆 管停机 事故率 高。通过本文介绍借此为其它 同类机组提供参考 。
关键 词：结构 燃 烧调整 爆管 文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ３ ６ ０ ７（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ — ０ ０ ４ ６ — ０ ３ 中图分类号 ：Ｔ Ｋ ３ ２ 文献标识码 ：Ｂ
循环流化 床锅炉 的 调试重点及应对措施
实验4 流化床基本特性的测定
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））。
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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。