循環(huán)流化床形成過程包括幾個(gè)階段?

【專家解說】：">循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐（沸騰爐）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此鼓泡床的一些理論和概念可以用于循環(huán)流化床鍋爐。但是又有很大的差別。早期的循環(huán)流化床鍋爐流化速度比較高，因此稱作快速循環(huán)循環(huán)床鍋爐?？焖俅驳幕纠碚撘部梢杂糜谘h(huán)流化床鍋爐。鼓泡床和快速床的基本理論已經(jīng)研究了很長(zhǎng)時(shí)間，形成了一定的理論。要了解循環(huán)流化床鍋爐的原理，必須要了解鼓泡床和快速床的理論以及物料從鼓泡床→湍流床→快速床各種狀態(tài)下的動(dòng)力特性、燃燒特性以及傳熱特性。

一． 流態(tài)化：

　　當(dāng)固體顆粒中有流體通過時(shí)，隨著流體速度逐漸增大，固體顆粒開始運(yùn)動(dòng)，且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大，當(dāng)流速達(dá)到一定值時(shí)，固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等，每個(gè)顆?？梢宰杂蛇\(yùn)動(dòng)，所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。

對(duì)于液固流態(tài)化的固體顆粒來說，顆粒均勻地分布于床層中，稱為“散式”流態(tài)化。而對(duì)于氣固流態(tài)化的固體顆粒來說，氣體并不均勻地流過床層，固體顆粒分成群體作紊流運(yùn)動(dòng)，床層中的空隙率隨位置和時(shí)間的不同而變化，這種流態(tài)化稱為“聚式”流態(tài)化。循環(huán)流化床鍋爐屬于“聚式”流態(tài)化。

固體顆粒（床料）、流體（流化風(fēng)）以及完成流態(tài)化過程的設(shè)備稱為流化床。

二． 臨界流化速度

1.　對(duì)于由均勻粒度的顆粒組成的床層中，在固定床通過的氣體流速很低時(shí)，隨著風(fēng)速的增加，床層壓降成正比例增加，并且當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，床層壓降達(dá)到最大值，該值略大于床層靜壓，如果繼續(xù)增加風(fēng)速，固定床會(huì)突然解鎖，床層壓降降至床層的靜壓。如果床層是由寬篩分顆粒組成的話，其特性為：在大顆粒尚未運(yùn)動(dòng)前，床內(nèi)的小顆粒已經(jīng)部分流化，床層從固定床轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰驳慕怄i現(xiàn)象并不明顯，而往往會(huì)出現(xiàn)分層流化的現(xiàn)象。顆粒床層從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化進(jìn)所需的最低速度，稱為臨界流化速度。隨著風(fēng)速的進(jìn)一步增大，床層壓降幾乎不變。循環(huán)流化床鍋爐一般的流化風(fēng)速是2－3倍的臨界流化速度。

2.　影響臨界流化速度的因素：

（1）料層厚度對(duì)臨界流速影響不大。

（2）料層的當(dāng)量平均料徑增大則臨界流速增加。

（3）固體顆粒密度增加時(shí)臨界流速增加。

（3）流體的運(yùn)動(dòng)粘度增大時(shí)臨界流速減?。喝绱矞卦龈邥r(shí)，臨界流速減小。床溫與臨界流速的關(guān)系如圖所示。





第二節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的工作原理

一、流化過程

如圖所示，固體顆粒隨著氣流速度的增大分別呈現(xiàn)五種不同的流動(dòng)狀態(tài)：固定床、、紊（湍）流流化床、快速流化床、氣力輸送。循環(huán)流化床處于紊（湍）流流化床與快速流化床階段。



固定床：此種狀態(tài)下，氣流在顆粒的縫隙是流過，所有固體顆粒呈靜止?fàn)顟B(tài)。

鼓泡流化床：當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值時(shí)，靜止的床層開始松動(dòng)，當(dāng)氣流速度超過臨界流化風(fēng)速時(shí)，料層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)氣泡，并不斷上升，而且還聚集成更大的氣泡穿過料層并破裂。整個(gè)料層呈現(xiàn)沸騰狀態(tài)。鼓泡流化床存在明顯的分界面，其上部為稀相區(qū)，包括床層表面至流化床出口間的區(qū)域，也稱為自由空間或懸浮段。下部為密相區(qū)，也稱為沸騰段。

紊（湍）流流化床：隨著氣流速度繼續(xù)上升到一定數(shù)值，固體顆粒開始流動(dòng)，床層分界面逐漸消失，固體顆粒不斷被帶走，以顆粒團(tuán)的形式上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生高度的返混。此時(shí)的氣流速度為床料終端速度。

快速流化床：當(dāng)氣流速度進(jìn)一步增大，固體顆粒被氣流均勻帶出床層。此時(shí)氣流速度大于固體顆粒的終端速度，床內(nèi)顆粒濃度基本相等。床內(nèi)顆粒濃度呈上稀下濃狀態(tài)。循環(huán)流化床的上升段屬于快速流化床?？焖倭鲬B(tài)化的主要特征為床層壓降用于懸浮和輸送顆粒并使顆粒加速，單位高度床層壓降沿床層高度不變。

氣力輸送：分為密相氣力輸送和稀相氣力輸送。對(duì)于前者，床內(nèi)顆粒濃度變稀，并呈上下均勻分布狀態(tài)，其單位高度床層壓降沿床層高度不變。增大氣流速度，床層壓降減小。對(duì)于后者，增大氣流速度，床層壓降上升。密相氣力輸送的典型特征為：床層壓降用于輸送顆粒并克服氣、固與壁面的摩擦。稀相氣力輸送的床層壓降主要受摩擦壓降支配。

由上述燃燒分類可知，鏈條爐排爐采用的是固定床燃燒方式，而煤粉爐則采用了最稀相的懸浮燃燒方式。

二、循環(huán)流化床的特點(diǎn)：

典型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)如圖所示，其基本流程為：煤和脫硫劑送入爐膛后，迅速被大量惰性高溫物料包圍，著火燃燒，同時(shí)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，并在上升煙氣流的作用下向爐膛上部運(yùn)動(dòng)，對(duì)水冷壁和爐內(nèi)布置的其他受熱面放熱。粗大粒子進(jìn)入懸浮區(qū)域后在重力及外力作用下偏離主氣流，從而貼壁下流。氣固混合物離開爐膛后進(jìn)入高溫旋風(fēng)分離器，大量固體顆粒（煤粒、脫硫劑）被分離出來回送爐膛，進(jìn)行循環(huán)燃燒。未被分離出來的細(xì)粒子隨煙氣進(jìn)入尾部煙道，以加熱過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，經(jīng)除塵器排至大氣。

1、低溫的動(dòng)力控制燃燒：由于循環(huán)流化床燃燒溫度水平比較低，一般在850－900℃之間，其燃燒反應(yīng)控制在動(dòng)力燃燒區(qū)內(nèi)，并有大量固體顆粒的強(qiáng)烈混合，這種情況下的燃燒速度主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速度的主導(dǎo)因素。循環(huán)流化床燃燒的燃燼度很高，其燃燒效率往往可達(dá)到98%－99%以上。

2、高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程：循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料參與了爐膛內(nèi)部的內(nèi)循環(huán)和由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環(huán)兩種循環(huán)，整個(gè)燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程中逐步完成的。

3、高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過程：在循環(huán)流化床鍋爐中可以人為改變爐內(nèi)物料循環(huán)量，以適應(yīng)不同的燃燒工況。

物料分離系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特征，大量物料參與循環(huán)實(shí)現(xiàn)整個(gè)爐膛內(nèi)的控制燃燒過程，是循環(huán)流床鍋爐區(qū)別于鼓泡流化床鍋爐的根本特點(diǎn)，因?yàn)楣呐萘骰插仩t的燃燒主要發(fā)生在床內(nèi)。所以循環(huán)流床鍋爐燃燒必須具備的三個(gè)條件是：（1）要保證一定的流體速度，而且還要保證物料粒度處于適當(dāng)?shù)?、使床層在快速流區(qū)域的粒度。（2）要有足夠的物料分離。（3）要有物料回送，要有充分的措施以維持物料的平衡。