哈尔滨工业大学循环流化床课件.doc

第二章 流化床内气固两相流的流体动力特性 2.1流化床的定义： 固体颗粒在气体的作用下，呈现出流体的特性，即流态化，其实质是气固两相流动。当颗粒处于流态化时，作用在固体颗粒上的重力与气流的拽力相平衡，颗粒处于一种悬浮状态，具有以下特点： 任一高度的静压近似等于此高度上单位床截面内固体颗粒的重量。 ：（空隙率） 床层倾斜，床表面总是保持水平。 床内固体颗粒可以像液体一样，从底部或侧面的孔中喷出。（溢流口） 可以像液体一样从一个容器流入另一个容器，并保持水平。 窄筛分颗粒流化后会非常均匀，宽筛分颗粒会分层流化。 床内颗粒混合良好，整个床层的温度基本均匀。 2.2固定床的压降：流体通过颗粒层的阻力 固定床压降的研究是在渗流基础上发展起来的。研究表明，流体以层流的形式通过散料床层时，流体的空塔截面速度u与床层压降△P成正比。 当1Re20时 ; 当Re1000时 式中，H为床层高度，m；为动力黏度，pa . s；u为气体空截面速度，m/s；为气体密度，kg/m3。 Ergun在前人研究结果的基础上，通过试验得出包含层流和湍流床层压降综合表达式： 式中，为球形度，定义为与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与其实际表面积之比。为床层空隙率。 该式第一项为黏性项，当流速较低时，它占主导作用；第二项为惯性项，当流速较高，流动为湍流时，该项起主要作用。 2.3临界流化速度 临界流化床是流化床操作的最低速度，是描述流化床的基本参数之一。确定临界流化速度的方法主要有理论计算和实验测定两种。 临界流化速度是当床层压降等于床层颗粒重量时所对应的流体速度，可由Ergun方程导出 两边同乘以得到 ，Ar叫阿基米德数。为动力黏度，pa.s。 计算公式中C1、C2系数值 作 者 C1 C2 作 者 C1 C2 Wen and Yu(1966)√ 33.7 0.0408 Babu (1978) 25.25 0.0651 Bourgeois (1968) 25.46 0.0384 Thonglimp(1984) 19.9 0.0320 Richardson(1979) 25.7 0.0365 Grace(1982)√ 27.2 0.0408 Saxena(1977) 25.28 0.0571 Zheng(1985) 18.75 0.0313 对于宽筛分物料（0－10mm），国内采用下面公式计算临界流化速度 沸腾层温度下运动粘度，m2/s。 为床层空隙率，若在体积为V的粉体中，气体与颗粒所占的体积分别为Vg和Vs。 ；； 细颗粒的空隙率的变化范围为0.26-0.48，通常为0.45左右。空隙率的大小与颗粒的形状、颗粒粒径分布、填充方式、流化条件有关，对于燃煤锅炉，一般，＝1－1200/2400 ＝ 0.5 为球形度，表示颗粒接近球体的程度，例如，球形颗粒的球形度为1.0。 一些典型物料的球形度 物料 沙平均值 石灰石 煤（压碎） 煤（磨碎） 园砂 粉碎的砂石 0.75 0.45 0.65 0.73 0.92-0.98 0.8-0.9 例题1：计算300砂粒的临界流化风速。已知砂粒密度，床温825℃，气体密度，气体动力黏度 =103.7 =0.0368m/s 例题2 宽筛分煤的粒度0－10mm，平均粒径为dp=1.5mm，煤灰密度，烟温为900℃，已知烟气密度kg/m3，烟气动力粘度4.65×10－5 p.s，求临界流化速度。 沸腾层温度下运动粘度，m2/s。m2/s ＝11537.7 m/s 如果按窄筛分物料公式计算得到：=0.7496m/s 温度对不同粒径颗粒的临界流化速度的影响 粒径（） 27℃空气中(cm/s) 800℃烟气中(cm/s) 40 0.159 0.05 80 0.639 0.207 100 0.998 0.323 200 3.96 1.29 400 14.95 5.16 600 29.79 11.56 800 45.09 20.37 1000 59.24 31.30 2000 111.5 105.2 3000 147.0 182.3 4000 175.2 248.3 5000 199.1 304.0 2.4平均颗粒粒度dp 国内流化床床料平均粒径计算方法采用重量平均径 xi为两筛之间物料的重量份额。，分别为相邻两筛的筛孔直径。 国外采用调和平均径（Harmanic sauter diameter）或称比表面积体积平均径。 ， 在工业中，粒度分布有时采用表示，表示有50％重量的样品低于这个粒度。例如，循环流化床锅炉煤入炉粒度要求1.25mm。 2.5临界流化速度实验测定 确定临界流化速度的最好方法是通过实验测定。降低流速u使床层自流化床缓慢地复原至固定床，同时记下相应的气体流