流化床水煤气炉讲义

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1、流化床水煤气炉江苏大学能源与动力工程学院目录一、流化床介绍1流态化的定义及现象2流化床的原理3流化床的主要特性二、流化床水煤气气化1煤气化的基本概念2水煤气气化的原理3煤气化工艺及设备4间歇式流化床水煤气气化工艺三、煤气爆炸极限1爆炸极限的定义2可燃气体或蒸气的爆炸极限3各种人工煤气的爆炸极限四、注意的问题一、流化床介绍1流态化的定义及现象流态化的定义当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运

2、动，大量固体颗粒悬浮于运动的流体中，所有固体颗粒表现出类似流体状态的某些特性的现象，这种现象称为固态流态化。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。流态化现象根据流态化所使用液体介质不同，固体流态化可以分为①液-固流态化②气-固流态化③气-液-固三相流态化对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体做紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，这种流态化称为“聚式”流态化。固体颗粒（床料）、流体（

3、流化风）以及完成流态化过程的设备称为流化床。2流化床的原理流化床的原理图1示出了不同流速下固体颗粒床层的流动状态。随着气流速度的增加，固体颗粒呈现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。图1不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态3流化床的主要特性1．流化床恒定的压降（1）理想流化床在理想情况下，流体通过颗粒床层时，克服流体阻力产生的压降与空塔气速之间的关系如图2所示，大致可分为以下几个阶段：①固定床阶段②流化床阶段与C点对应的流速称为临界流化速度umf，它是最小流化速度图2理想流化床的Δp-u关系曲线①固定床

4、阶段此时气速较低，床层静止不动，气体通过床层的空隙流动，随气速的增加，气体通过床层的摩擦阻力也相应增加。如图2中AB段所示。②流化床阶段当流速继续增大超过C点时，床层开始松动，颗粒重排，床层空隙率增大，逐渐地颗粒开始悬浮在流体中自由运动，床层的高度亦随气速的提高而增高，但整个床层的压力降仍保持不变，仍然等于单位面积的床层净重力。（2）实际流化床实际流化床的情况比较复杂，其Dp-u关系曲线如图3所示。它与理想流化床Dp-u曲线的主要区别是：①在固定床区域AB和流化床区域DE之间有一个“驼峰”BCD，这是因为固定床的颗粒间相互挤

5、压，需要较大的推动力才能使床层松动，直至颗粒达到悬浮状态时，压降Dp便从“驼峰”段降到水平段DE段，此后降基本不随气速而变，最初的床层愈紧密，“驼峰”段越陡峭。②由于流化床阶段Dp保持不变，压降线DE应为水平线，而实际流化床中DE线右端略微向上倾斜。这是由于气体通过床层时的压强降除绝大部分用于平衡床层颗粒的重力外，还有很少一部分能量消耗于颗粒之间的碰撞及颗粒容器壁之间的摩擦。③在图3中还可见到DE线的上下各有一条虚线，这是气体流化床压力降的波动范围，而DE线是这两条线的平均值。在气泡运动、长大、破裂的过程中产生压力降的波动。

6、图3流化床的实际△p-u关系图（3）影响临界流化速度的因素：①料层厚度对临界流速影响不大。②料层的当量平均料径增大则临界流速增加。③固体颗粒密度增加时临界流速增加。④流体的运动粘度增大时临界流速减小：如床温增高时，临界流速减小。2.流化床类似流体的性质从整体看，流化床宛如沸腾着的液体显示某些液体的性质。1）、流化床中固体颗粒可以从容器壁的小孔喷出，并象液体那样能从一个容器进入另一个容器；2）、比床层密度小的物体可很容易地推入床层，而一松开，它就弹起并浮在床层表面上；3）、容器倾斜时，床层的上表面保持水平，而且当两个床层连通时

7、，它们的床层自行调整至同一水平面；4）、床层中任意两界面的压强变化大致等于这两界面间单位面积床层的净重力；其中，固体颗粒的流出是一个具有实际意义的重要特性，它使流化床操作能够实现固体的连续加料和卸料。图4流化床类似液体的特性3.流化床的不正常现象（1）沸涌现象如果床层高度：床径的比值（长径比）过大（床层为细长形），或气速过高时床层内就会发生小气泡合并成大气泡的现象，当气泡直径长大到床层直径相等时，则气泡将床层分为几段，形成相互间隔的气泡与颗粒层，颗粒层象活塞那样被气泡向上推动，在达到上部后气泡崩裂，而颗粒则分散下落，这种现象

8、称为沸涌现象。如图5所示：图5腾涌后的情况床层发生沸涌现象时，气固两相接触不良，且使容器受颗粒磨损加剧，同时引起设备振动。防止沸涌现象的措施：实际操作中应采用适宜的床层高度/床径之比值，以及适宜的操作气速。图6腾涌发生后的△p-u关系（2）沟流现象沟流现象是指气体通过床层时形成短路，大部分