流态化点火技术工艺的探索与实践(标准版)
流态化基础知识和流型分类
流态化技术自20世纪初被发现以来， 经历了从实验室研究到工业应用的漫 长过程，现已广泛应用于化工、能源 、环保等领域。
颗粒床层特性与流动状态
颗粒床层特性
颗粒床层是由固体颗粒堆积而成，具 有多孔性、可压缩性和渗透性等特性 。
流动状态
颗粒床层在气体或液体作用下可表现 为固定床、流化床和输送床等不同的 流动状态。
影响因素
流体速度、固体颗粒性质（如粒径、密度、形状等）、床层高度、温度、压力等都会对床层流型产生影响。
03
颗粒性质对流型影响研究
颗粒形状、大小及分布规律探讨
颗粒形状对流型的影响
球形颗粒在流化床中易于形成均匀流化，而非球形颗粒（ 如片状、纤维状）可能导致流化不均匀或产生沟流现象。
颗粒大小对流型的影响
摩擦力对流型的影响
摩擦力使颗粒间相互摩擦产生热量和磨损， 影响床层的稳定性和流动行为。高摩擦力可 能导致床层内局部温度升高和颗粒磨损加剧 ，进而影响整体流型。
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气体参数对流型影响研究
气体速度、压力变化规律探讨
气体速度对流型的影响
随着气体速度的增加，流型从固定床逐渐过渡到流化床，床层膨胀度增加，颗粒间的相 互作用力减弱，流型变得更加均匀。
物料循环和排放控制
根据生产需求控制物料的循环量和排放量；在操作过程中 密切关注物料循环和排放情况，及时调整相关参数以保持 稳定的物料平衡。
提高设备性能，降低能耗措施
设备结构优化
操作参数优化
通过改进设备结构，如采用高效分布板、 优化旋风分离器结构等，提高设备的流化 效率和分离效率，降低能耗。
通过调整操作参数，如气体速度、温度和 压力等，使设备在最佳状态下运行，提高 设备性能并降低能耗。
流化床煤气化工艺技术
流化床煤气化工艺技术0流化床煤气化概述所谓“流态化”是一种使固体微粒通过与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。
当流体以低速向上通过微细颗粒组成的床层时，工艺条件和气化指标( 1 ）工艺条件①原料。
褐煤是流化床最好的原料，但褐煤的水分含量很高，一般在12 ％以上，蒸发这部分水分需要较多的热量（即增加了氧气的消耗量），水分过大，也会造成粉碎和运输困难，所以水分含量太大时，需增设干燥[wiki]设备[/wiki]。
煤的粒度及其分布对流化床的影响很大，当粒度范围太宽，大粒度煤较多时，大量的大粒度煤难以流化，覆盖在炉算上，氧化反应剧烈可能引起炉算处结渣。
如果粒度太小，易被气流带出，气化不彻底。
一般要求粒度大于10mm 的颗粒不得高于总量的5 % ，小于lmm 的颗粒小于总量的10 % - 15 ％。
由于流化床气化时床层温度较低，碳的浓度较低，故不太适宜气化低活性、低灰熔点的煤种。
②气化炉的操作温度。
高炉温对气化是有利的，可以提高气化强度和煤气质量，但炉温是受原料的活性和灰熔点的限制的，一般在900 ℃左右。
影响气化炉温度的因素大致有汽氧比、煤的活性、水分含量、煤的加人量等。
其中又以汽氧比最为重要。
③二次气化剂的用量。
使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化效率和煤气质量。
被煤气带出的粉煤和未分解的碳[wiki]氢[/wiki]化合物，可以在二次气化剂吹人区的高温[wiki]环境[/wiki]中进一步反应，从而使煤气中的一氧化碳含量增加、甲烷量减少。
( 2 ）气化指标褐煤的温克勒气化指标如表4 一10 所示。
由以上的叙述可知，温克勒气[wiki]化工[/wiki]艺单炉的生产能力较大。
由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用[wiki]机械[/wiki]化采煤得到的细粒度煤。
由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污染较小。
流态化技术课件1
China University of Mining and Technology
(1)局部沟流 (2)贯穿沟流
(3)引起沟流的主要原因有 :
布风装置设计不当，导致布风不均匀； 料层筛分不合理，粉末太多或太少； 料层过薄或水分较大，容易引起颗粒粘连； 气流速度偏小等
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China University of Mining and Technology
AP LA(1 ) f g LA(1 ) s g
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China University of Mining and Technology
流化速度U
Umf ——临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗 粒流化起来的气体空床流化速度，也称最小流化 速度。 Ut ——带出速度，当气体速度超过这一数值时 ，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此 带出速度也称最大流化速度。
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China University of Mining and Technology
操作速度、表观流速（U）——是指假想流体 通过流化床整个截面（不考虑堆积固体粒子） 时的截面平均流速（也称空塔速度或空管速 度），用U表示。 U=V/A (m/s) 式中：V—通过流化床的流体体积流量，m3/s；
加料
出料
分布盘 热空气
单层圆筒沸腾床干燥器
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气体出口 床内分离器
加料 第一层
第二层
出料
热空气
第六章气固流态化基础(2024)
类型与结构
根据反应类型和需求，流化床反应器可分为多种类型，如固定床反应器、移动床反应器和 循环流化床反应器等。其结构通常包括反应器主体、气体分布器、固体颗粒循环系统和控 制系统等。
通过气体或液体以一定速度穿过 固体颗粒层，使颗粒之间产生相 互作用和能量传递，从而实现流 态化。
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气固流态化的重要性
与传统的间歇式生产方式相比， 气固流态化技术可降低能耗和生 产成本。
气固流态化技术不仅应用于化工 、冶金等领域，还可拓展到环保 、新能源等领域。
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提高生产效率 降低能耗
在气固流态化系统中，通过设置合适的分离 装置，可实现气体和固体颗粒的有效分离， 以满足不同工艺需求。
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催化剂再生
在石油化工等领域中，催化剂的再生是一个重要环 节。利用流态化技术可实现催化剂的高效再生和循 环利用。
粉体输送
利用气固流态化的原理，可实现粉体物料的 高效输送和分配，广泛应用于化工、冶金等 领域。
颗粒粘结
某些物料在流化床内可能发生粘结现象，形 成团聚体或结块。粘结可能导致床层塌落、 沟流以及传热和传质效率下降等问题。
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气体分布不均与沟流现象
气体分布不均
在气固流态化过程中，气体的不均匀分布是 一个常见问题。气体分布不均可能导致床层 内的温度和浓度梯度增大，从而影响产品质 量和收率。
强化传质方法
强化传质的方法包括增加气体流速、减小固体颗粒粒径、提高床层温度和压力等。此外 ，采用催化剂或添加反应促进剂等方法也可以提高传质效率。同时，优化流化床结构和
循环流化床锅炉 冷态试验 点火过程
1、点火过程及方式循环流化床锅炉的点火是指通过某种方式将燃烧室内的床料加热到一定温度，并送风使床内底料呈流化状态，直到给煤机连续给进的燃料能稳定地燃烧。
循环流化床锅炉的点火与其它锅炉相比有所循环流化床锅炉的点火方式主要分为：固定床点火；床面油枪流态化点火；预燃室流态化油点火和热风流态化点火四种，其优、缺点比较见表1。
前三种点火方式使用较多，后文将作详细介绍。
2、冷态特性试验循环流化床锅炉在安装或大修完毕后，在点火前应对燃烧系统包括送风系统，布风装置、料层厚度和飞灰循环装置进行冷态试验。
其目的在于：(1)鉴定鼓风机的风量和风压是否能满足流化燃烧的需要。
(2)测定布风板阻力和料层阻力。
(3)检查床内各处流化质量，冷态流化时如有死区应予以消除。
(4)测定料层厚度、送风量与阻力特性曲线，确定冷态临界流化风量，用以指导点火过程的调整操作，同时也为热态运行提供参数依据。
(5)检查飞灰系统的工作性能。
2.1床内料层流化均匀性的检查测定时在床面上铺上颗粒为3mm以下的料渣，铺料厚度约300－500mm，以能流化起来为准，流化均匀性可用两种方法检查。
一种是开启引风机和鼓风机，缓慢调节送风门，逐渐加大风量，直到整个料层流化起来，然后突然停止送风，观察料层表面是否平坦，如果很平坦，说明布风均匀，如果料层表面高低不平，高处表明风量小，低处表明风量大，应该停止试验，检查原因及时予以消除；另一种方法是当料层流化起来后，用较长的火耙在床内不断来回耙动，如手感阻力较小且均匀，说明料层流化良好，反之，则布风不均匀或风帽有堵塞，阻力小的地方流化良好，而阻力大的地方可能存在死区。
通过料层流化均匀性的检查，也可以确定流化状态所需的最低料层厚度。
这一数据对流化床点火十分重要，料层太薄，难以形成稳定的流化状态，锅炉无法点火和运行。
料层太厚，又会延长点火时间和造成点火燃料的增多。
布风均匀是流化床点火、低负荷时稳定燃烧、防止颗粒分层和床层结焦的必要条件。
流态化还原炼铁技术
流态化还原炼铁技术流态化(fluidization)是一种由于流体向上流过固体颗粒堆积的床层而使得固体颗粒具有一般流体性质的物理现象,是现代多相相际接触的工程技术。
使用流态化技术的流化床反应器因具有相际接触面积大,温度、浓度均匀,传热传质条件好,运行效率高等优点而应用于现代工业生产。
高炉炼铁技术在矿产资源受限和环保压力增大等形势下,将面临着前所未有的挑战。
铁矿石对外依存度过高、铁矿石粒度越来越小和焦炭资源枯竭等状况,迫使人们加快步伐探索改进或替代高炉工艺的非高炉型炼铁工艺。
以气固流态化还原技术为代表的非高炉炼铁工艺逐步受到重视。
新工艺的建立和发展需要理论研究作为支撑。
目前国内对于流态化还原炼铁过程中的气固两相流规律的认识还不够深入,特别是对不同属性铁矿粉的流态化特性、不同操作条件下的流态化还原特性,以及反应器结构对流态化还原过程的影响等相关研究还不够充分,基于流态化还原技术的新工艺要成熟应用于大规模工业生产还有明显距离。
发展流态化技术须重视基础研究流态化技术可以把固体散料悬浮于运动的流体之中,使颗粒与颗粒之间脱离接触,从而消除颗粒间的内摩擦现象,使固体颗粒具有一般流体的特性,以期得到良好的物理化学条件。
流态化技术很早就被引入冶金行业,成为非高炉炼铁技术气基还原流程中的一类重要工艺。
流态化技术在直接还原炼铁过程中主要有铁矿粉磁化焙烧、粉铁矿预热和低度预还原、生产直接还原铁的冶金功能。
我国从上世纪50年代后期开始流态化炼铁技术的研究。
1973年~1982年,为了开发攀枝花资源,我国进行了3次流态化还原综合回收钒钛铁的试验研究。
中国科学院结合资源特点对贫铁矿、多金属共生矿的综合利用,开展了流态化还原过程和设备的研究;钢铁研究总院于2004年提出低温快速预还原炼铁方法(FROL TS),并随后对工艺流程进行了探索,取得一定效果。
除此之外,还有针对铁矿及铁氧化物微粉的低温还原特性的研究,探索了小粒径矿粉进行流态化还原的技术特点。
气固流态化技术在催化裂化工艺中的应用
催化裂化的反应热
强吸热反应：分解、脱氢反应，热效应很大 放热反应：氢转移、缩合、异构化是放热反应，但
其热效应很小
催化裂化反应总是表现为吸热反应
影响催化裂化反应的主要因素
• 催化剂活性
(1) 提高催化剂活性，反应速度提高
提高转化率 (其它条件不变)
提高处理能力 (转化率提高)
提高催化剂的活性还有利于促进氢转移反应和异构化反
分解等反应生成气体、汽油等小分子产物 催化裂化反应
缩合反应生成焦炭
催化裂化
反应：吸热过程 再生：放热过程
催化裂化的发展可以分成以下几个阶段
几个阶段：
1．天然白土和固定床催化裂化 2．合成硅铝催化剂和移动床催化裂化
① 移动床催化裂化 ② 流化床催化裂化 3．分子筛催化剂和提升管催化裂化
催化裂化的总体工艺流程
① 反应温度提高，在其他条件不变的情况下，转化率提高 ② 反应温度的改变可改变热裂化和催化裂化反应的比例 ③ 反应温度对各类反应的影响不同(影响产品分布)
催化裂化是平行-顺序反应，可简化为：
一般情况下，kt2> kt1> kt3，故提高反应温度，反应速度增大的程度为：
△V2>△V1>△V3源自影响催化裂化反应的主要因素
从大分子分解为较小的分子
主要依靠分解反应（热加工和催化反应）
从低H/C的组成转化成较高H/C的组成
脱 碳（溶剂脱沥青、催化裂化、焦炭化等） 加 氢（加氢裂化）
催化裂化的原料
催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，
也是重油轻质化的核心工艺，是提高原油加工深度、增 加轻质油收率的重要手段
气固流化床中颗粒的粒度和颗粒的表观密度与气体密度之差对流化特性 有显著的影响。Geldart(1973)在大量实验的基础上，提出了具有实用意 义的颗粒分类法——Geldart颗粒分类法。这种分类方法只适用于气固体 系。如下图所示，根据不同的颗粒粒度及气固密度差，颗粒可分为A、B、 C、D 4种类型。
床下流态化点火技术在水煤浆流化床锅炉中的应用
（） １点火 时 间长 、燃料 消 耗 大 。床 上 流 点 火 油 枪 组 成 。 热 烟 气 发生 器安 装示 意 图 态 化 点 火 要 求 点 火 油 枪 应 有 足 够 的 容 量 ， 见 图 １ 。 热 烟 气发 生 器 的 出 口热 烟 气 斜 向进 入 流 化 床 锅 炉 的 点 火 是 指 通 过 某 种 方 式 而 且 喷 出 的 火 焰 要 求 有 一 定 的 射 程 和 刚 将 底 料 由冷 态加 热 升 温 至 投 入 燃料 运 行 所 度 ， 使 火 焰 能 穿 透料 层 ， 覆 盖 ２ ３以上 炉 下 均 压 风 箱 ， 主 风 遭 冷 风 进 行 混 合 、 以 并 ／ 与 降温 ， 以避 免 高 温 烟 气 直 接进 入均 压风 箱 ， 需 要 的最 低 温 度 ， 至 最 终 投 入 燃 料 进 入 的 点 火 床 面 。 直 产 正 常 运 行 。 流 化 床 锅 炉 点 火 的 时 间 长短 以 （） ２ 点火 风 量 控 制 要 求 高 。 点 火 时 风量 过 高 的烟 温使 布风 板 受 热 变 形 ， 生挠 曲。
１ １ 床 上静态 点火 方式 ．
１ ３ 床 下流态 化点 火方 式 ． 应无异 物填塞 。 床 下 流 态 化 点 火 方 式 是 通过 布 置 在 风 （ ） 点 火 油 枪 进 行 标 定 ， 录 油 枪 额 ２对 记 床 上静 态 点 火 方 式 是 我 国 小容 量 工 业 室 或 风 道 上 的热 烟 气发 生 器 产 生 的 高 温 烟 定 出力 下 的 油 压 及 最 小 雾 化 油 压 。
型
：
Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｏ ａ ｉｎ Ｈｅ ａ ｄ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｉ ｖ ｔｏ ｒ ｌ 煤浆流化床锅炉 中的应用
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流态化点火技术工艺的探索与
实践(标准版)
Safety management is an important part of production management. Safety and production are in
the implementation process
流态化点火技术工艺的探索与实践(标准
版)
沸腾炉发电技术优点是燃用低热质燃料，成本低，效益高。
但也存在许多缺点，如热效低，磨损大，点火难等，这些问题目前在国际上尚未得到彻底解决。
永荣发电厂曾对沸腾锅炉启动点火不断进行的探索，相继探讨过“固定床、亚临界、流态化、热启动”等点火方式，使点火成功率大大提高。
一、沸腾炉点火失败的原因
永荣发电厂2000年前三年点火成败情况统计如下：
1．对点火失败的原因分析
上表统计表明，2000年前三年的点火成功率在80％左右，失败率约20％。
从设备因素、准备因素、操作因素等三个方面对失败的原因作进一步分析，统计结果如下：
从上表看出，因操作不当造成点火失败，1997年占84％，1998年占80％，1999年占87．5％，设备障碍和准备不充分影响点火失败占百分之十几，因此，操作不当是造成沸腾炉点火失败的主要原因。
具体分析如下：
(1)操作因素。
主要表现：一是点火启动时送风小底料和引子煤没有充分混合，底料预热时间不够，司炉人员被料层表面引子煤着火的假象所迷惑，盲目减风，急于求成，底料温度还未达到着火的要求，导致点火失败；二是底料着火燃烧时，送风量没跟上，增加的送风量不能满足底料升温速度所需要的风量，引子煤爆燃造成点火底料结焦；三是底料开始着火时，增加风量过大，底料着火后被吹熄，没掌握好底料温升和送风量的配比。
(2)准备因素。
一是沸腾炉点火前引子煤和溢流灰配比不当，未严格按规定的25％的引子煤配比75％的溢流灰：二是引子煤热值低于2000千焦，燃点高于320℃点火交换时难以掌握；三是引子煤颗粒粗，粒度大于10毫米。
(3)设备因素。
首先是风帽导流板变形，风帽小眼堵塞，布风不
均，点火底料沸腾效果差。
当底料开始着火时，沸腾差的部位逐渐结焦，并随温度的升高结焦越来越严重，着火底料不能正常进行热交换，最后导致点火失败。
其次是给煤机和鼓风机的影响。
当着火稳定给煤时，给煤机不能启动或启动后不下煤，造成点火失败；在点火过程中，当温升速度较快需要增加风量时，执行器末动作或鼓风机叶片和风门卡涩，造成点火结焦。
2。
氮火失败的经济损失
(1)直接经济损失。
沸腾炉点火是一个高消耗的过程，三年中，每次点火的材料成本费用如下表：
如果点火失败一次，造成的直接经济损失为3625元以上。
(2)间接经济损失。
点火失败到重新点火并网发电需要10小时以上，则少发电5．5万千瓦时，减少销售收入2万元。
在未恢复正常发电之前，还要拉闸限电，影响用户生产。
二、沸腾炉点火技术工艺探索
永荣发电厂在沸腾炉点火技术上进行过不断的探索，提出了“一个把关、二个检查、三个阶段”的点火方案。
1．一个把关：即对点火底料的质量和数量把关。
要求引子煤的热值必须在2000千焦以上，粒度8毫米以下，燃点320~350℃。
溢流灰的粒度5毫米以下。
点火底料的配置比例：25％引子煤配比75％的溢流灰。
加入炉膛内底料的静态厚度必须达到350-380毫米。
引子煤过多，易产生爆燃结焦。
引子煤少，点火时间长、油耗高。
底料厚度不够，容易分层结焦。
2．二个检查：即检查汽水系统和燃烧系统，点火前的准备检查直接影响点火的成败。
点火过程中，汽水系统的阀门开关不灵活、关闭不严密、阀门有泄漏等都将使点火中断；点火过程中，燃烧系统风室风道积水、风帽小眼堵塞、底料未沸腾、煤斗不下煤、引送风机调节门开关不灵活等均会造成点火失败。
3．三个阶段：即“预热段阶、升温段阶、交换段阶”。
预热段阶：是指点火
时启动引送风机调整好风量将炉膛内的底料混合加热，预热时间为15分钟，使底料的温度达到350℃；升温阶段：是指底料在预热15分钟后，使炉膛出口烟温达到300℃左右，逐渐降低送风量使
底料处于临界沸腾状态，控制好底料升温速度15℃／分钟左右，15分钟之后使底料温度达到500℃以上；交换段阶：是指当炉料温度升至500℃左右时，底料开始呈暗红色，底料逐渐开始交换着火，待炉料温度升至800℃左右时，停止喷油，同时投入给煤机给煤，底料着火交换到停止喷油在15分钟之内完成，随炉底料温度的升高而逐渐增加送风量，温升速度越快，大风量跟上，将炉内温度控制在1000℃以内，稳定燃烧，即点火成功。
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