1 流态化理论
1.1流态化现象
流化床燃烧方式的气体动力学基础是固体燃料的流态化。所谓固体燃料的流态化,是指固体颗粒在与流动着的流体混合后,能像流体那样自由流动的现象。除重力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。
Particles
flow
Gas flow
1 流态化理论
1.1 流态化现象
•流态化用来描述固体颗粒与流体接触的某种运动形态。❿气体达到能将颗粒悬浮的速度，颗粒彼此之间分离，颗粒在任何方向上运动和转动。
❿与高粘度液体性质相似。
1.1
流态化现象
Particles
flow
Gas flow
1 流态化理论
1.2流态化的描述及其性质
⏹散式流化和聚式流化➢散式流化
d b /d
p
＜1
d b ——气泡直径d
p
——颗粒直径
对于L-S系统，流体与粒子的密度相差不大，故u
mf 一般很小，
流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作散式流化态。
颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质量也就越好。
1.2流态化的描述及其性质➢聚式流化
d b /d
p
＞10
对于G-S系统，一般在气速超过U
mf
后，将会出现气泡，气速越高，气泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚式流化床。
处于流化状态的颗粒系统称为流化床当气体通过布风板自下而
上地穿过固体颗粒随意填充状
态的床层时，整体床层将依气
体流速的不断增大而呈现完全
不同的状态。
1.2流态化的描述及其性质
1.2流态化的描述及其性质
总结：
固定床：固体粒子处于堆紧状态，颗粒静止不动的床层，叫做固定床。床层的压降随流体流速的增加而增加。
移动床：流体和固体颗粒同时进入反应器，他们互相接触，一面进行反应，一面颗粒移动。
流化床：床层颗粒之间脱离接触，颗粒悬浮在流体中，往各个方向运动的床层叫做流化床。床层高度和空隙率随流速增大而增大，但床层压降基本不随流速而变。
散式流化床：固体颗粒脱离接触，但颗粒分布均匀，颗粒间充满流体，无颗粒与流体的聚集状态，此时已具有一些流体性能。
鼓泡床：随着气速增加，固体颗粒脱离接触，但流化介质气体出现集聚相，称为气泡。此时由于气泡在床层表面处破裂，将部分颗粒带到表面稀相空间的稀相区，此时稀相区内含颗粒量较少。
湍动床：气速增大到一定限度时，由于气泡不稳定性，而使气泡分裂产生更多小气泡，床层内循环加剧，气泡分布较前为均匀，床层由气泡引起的压力波动减小，表面夹带颗粒量大增。
快速床：气速再增大，气体夹带固体量已达到饱和夹带量，密相床已不能继续维持而要被气流带走，使密相床层要靠固体循环量来维持。
1.3 流化床中常见的异常现象(1) 沟流:
定义：气体通过床层时，其流速虽超过u
mf ，但床内只形成一条狭窄，大部
分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部沟流和贯穿沟流。➢危害：产生死床，造成局部烧结。
➢造成原因：颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气流分
布不合理；气体布风板不合理。
➢消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善布风板。
1.3 流化床中常见的异常现象
(2) 腾涌:
定义：聚式流化床中，气泡上升途中增至很大甚至于接近床径，使床层被分成数段呈活塞状向上运动，料层达到一定高度后突然崩裂，颗粒雨淋而下，这种现象称为腾涌。
➢危害：风压波动大，燃烧不稳定；增加了固体颗粒的机械磨损；床内构件易磨损，降低使用寿命；
➢造成原因：L/D较大；u较大
➢消除方法：床内设内部构件；降低u
1.4 流化速度
——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u
mf
流速度，也称最小流化速度。
——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u
t
下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。
流化速度
➢临界流化速度u
mf
➢操作速度u
➢带出速度u
t
1.5 床压降和空隙率
床层空隙率: 代表床内气体所占空间与全床所占空间的比例，记为ε
在固定床阶段，床层压降ΔP与流速u为幂函数关系，而空隙率ε保持不变。
在流化床阶段，床层压降ΔP为常数，这是因为床层颗粒的重量完全由气体托曳，不再由布风板支持。空隙率ε线性增长。
1.5 床压降和空隙率
流体以层流的形式通过散料床层时，
1<Re<20时，
Re>1000时，
式中，H为床层高度，m；μ为动力粘度，Pa⋅s；u为气体速度，m/s；ρf为流体密度，kg/m3。
第一项为粘性项，当流速较低时，它占主导作用；
第二项为惯性项，当流速较高时，流动为湍流时，该项起主要作用。
φs 为球形度。该表达式通过引入球形度φs ，也能适用于非球形颗粒情况。
Ergun 在前人研究结果的基础上，通过实验得出了包含层流和湍流床层压降综合表达式：
临界流态化速度计算：
根据临界流态化u mf 的定义，临界流化速度u mf 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：
