临界流化速度的计算及应用.docx

临界流化速度的计算及应用东北电力科学研究院 (110006)张晓杰韩志华刘文弘摘 要文中比较了两类计算临界流化速度的公式的不同 , 推荐 Wen Yu 公式作为预测临界流化风速的公式 。分析了宽筛分物料临界流化速度的计算方法 , 提出在工程实际高温条件下应用该方法进行预测临界流化速度是最合理的选择 。同时指出应用临界流化速度公式时应注意的几个问题 。关键词流化床 临界流化 宽筛分物料从 20 世纪 40 年代 , 流态化在化工煅烧中得到有效应用以来 , 临界流化现象就开始被研究 。因为 临界流化速度是流化床技术中重要的参数之一 , 也 是设计流化床锅炉的重要参数之一 , 它既可以反映 床层流化特性 , 也可以反映床内传热 、传质的好坏 。经过许多学者的研究 , 对窄筛分物料 , 计算临 界流化速度的公式比较符合实际情况 。但是 , 对于 宽筛分物料 , 由于其复杂性 , 计算临界流化速度的 公式虽多 , 但均存在较大的局限性 , 还没有普遍适用的公式 。而流化床锅炉所应用的燃料和床料 , 几 乎全是宽筛分物料 。实际应用时 , 一般均在冷态时进行临界流化风 量的试验 , 但是 , 除了刚启炉时床层的条件与试验时的条件相近 , 其余绝大多数条件下 , 均与试验时 的条件相距甚远 , 这里最大差别为温度的不同 。要 得到高温下的临界流化速度有 3 个途径 : 在高温下 做试验 ; 由冷态试验得到的临界流化速度进行折 算 ; 应用较准确的临界流化速度的公式进行计算 。在高温条件下做试验是不可能的 , 因为在临界 流化速度附近运行 , 会有结焦的危险 。采用冷态时得到的临界流化速度进行折算 , 误差也是很大的 。即使扣除试验误差 , 由于床料的宽筛分特性 , 床层 也将遵循分层流化理论进行流化 , 使流化速度与床压的关系曲线无明显的拐点 , 这均使冷态时临界流化速度的确定有很大的误差和随意性 , 由此进行折 算的误差可想而知 。另外 , 这种折算就方法本身误差也是很大的 。因为只考虑了温度对密度的影响 ,未考虑对粘度的影响 。方法本身的误差可达 30 %～60 % 。 合理的方案只剩下应用较准确的临界流化速度的公式进行计算 。因此 , 研究能满足工程需要的计算临界流化速度的公式具有很大意义 。— 16—本文将计算临界流化速度的公式归类总结 , 以期利用它们更好地指导工程实践 , 并给出一个计算 宽筛分物料临界流化速度的计算方法 , 最后说明这些公式在应用过程中应注意的问题 。临界流化现象将一部分密度和直径均相同的圆粒子放在一个 敞口容器中 , 从底部均匀地加入气体 , 随着气体流 量的增加 , 颗粒之间的结合力逐渐减弱 。当气体对 颗粒的曳力刚好等于颗粒的重力减去气体对它的浮 力时 , 颗粒就像没有重量一样 , 可以横向移动 。此 后再增加气体流速 , 床层阻力也不再增加 , 床层只 是变得升高些 。刚好使床层阻力不再增加的流量为 临界流化风量 , 与此相对应的风速称为临界流化速 度 。实际物料不可能直径均相同 , 把所有粒子的直 径均较接近平均直径的粒子 , 称为窄筛分物料 , 如石油催化裂化剂 ( FCC) 物料 。把大多数粒子的直 径远离平均直径的物料 , 称为宽筛分物料 。我国现阶段所应用于流化床锅炉的床料均为宽筛分物料 。1计算临界流化速度公式的比较计算临界流化速度的公式虽多 , 但从公式的推 导过程来分 , 基本可以分为两类 。211两类计算临界流化速度的公式21111第一类临界流化速度计算公式 这类公式是由分析流化床中单颗粒受力得来的 。单颗粒在床内主要受到三个力的作用 : 粒子本 身的重力 Fg , 流化气体的浮力 Ff , 流化气体的曳力 Fy 。当临界流化现象发生时 , 这三个力相平衡( 见图 1) , 即 :2Fg - Ff = Fy子处于固定状态 。对于固定床中床层压降与气体速度的关系 , 可以用厄贡方程准确表示为1175ρf W 2 ( ε)Δ p150 W 0μ ( 1 - ε) 20 1 -=+( d ) 2ε3dε3hpp式中 Δ p ———床层压降 , Pa ;h ———固定床床料高 , m ; W 0 ———气体流速 , m/ s ; ε———床内粒子空隙率 ; ———床内颗粒的球形度 。 其他符号同前 。利用厄贡方程 , 可以得到气体对全体粒子的曳力为图 1 流化床中颗粒受力示意图2π π π W i j也就是 : ρs gd p - ρf g d p = Cdd p332ρ2f664150 W 0μ ( 1 - ε)2Δ p ×A =+