循环流化床锅炉的原理及特点

第一节 循环流化床锅炉的原理

一、循环流化床的工作原理

（一） 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，当流速增加支某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他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，这各状态就被称为流态化，颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。

流化床类似流体的性质主要有以下作为点：

（1） 在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量；

（2） 无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；

（3） 床内固体颗粒可以像液体一样从底部或侧面的孔口中排出；

（4） 密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；

（5） 床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。 一般的液-固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为“散式”流态化，而一般的气固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称为“聚式”流态化。

煤的燃烧过程是一个气－固反应，故本书只讨论气－固流态化。

（二） 循环流化床的原理和特点

早期（40年代）的许多流化床是运行在相对较高的流化速度下的，此后，因为技术上的困难，运行流化速度降低。50～60年代，许多研究机构开始进行流态化的研究，研究重点放在流化床的气泡特性等方面。这样，对低速流化床的认识有了很大提高，而高速流态化过程则几乎被忽略，因此这段时间投运的流化床也基本上是鼓泡式流化床。

最近10年来，高速流化过程研究的开展和某些特定工艺的要求，使得被称为循环流化床的技术得到了广泛的应用，特别是循环流化床锅炉，更是在短短十几年内从实验室研究发展到了电站应用。

图1－1示出了不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态，随着气流速度的增加，固体颗粒分别呈规固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态，循环流化床的上升段通常运行在快速流化床状态下，快速流态化流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的，此时，固体物料被速度大于单颗物料的终端速度的气流所流化，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混。颗粒团向各个方向运动，而且不断形成和解体，在这种流体状态下，气流还可携带一定数量的大颗粒，尽管其终端速度远大于截面平均气速。这种气固运动方式中，存在较大的气固两相速度差，即相对速度，循环流化床由快速流化床（上升段）、气固物料分离装置和固体物料回送装置所组成（见图1－3）。

循环流化床的特点可归纳如下：

（1） 不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间；

（2） 有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动；

（3） 颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关；

（4） 运行流化速度为鼓泡流化床的2～3倍；

（5） 床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化；