顆粒濃度分布

各種流態(tài)化形態(tài)下的顆粒濃度分布

循環(huán)流化床上部和下部區(qū)域的顆粒濃度差別較大：上部區(qū)域為稀相區(qū)，下部為密相區(qū)。當運行工況發(fā)生變化時，這個結構不會發(fā)生變化，只是稀相、密相的比例及其在空間的分布會相應改變。在鼓泡床階段，密相區(qū)濃度很大，成為連續(xù)相，氣體往往以氣泡的形式存在，成為分散相。如前所述，在快速床階段，沿床高方向床內(nèi)顆粒濃度一般呈上稀下濃的不均勻分布，而沿整個床截面顆粒濃度分布均勻，但密相區(qū)顆粒濃度降低，稀相區(qū)濃度增大。當固體顆粒循環(huán)量增加時，稀相區(qū)濃度也增加。此時，氣體變成連續(xù)相，而固體顆粒則成為分散的絮狀物。床層進人氣力輸送狀態(tài)后，床層上下顆粒濃度趨于一致。

循環(huán)流化床氣固兩相流局部流動是不均勻的。從床內(nèi)顆粒的速度分布來看，循環(huán)流化床可以分為底部的加速區(qū)和上部的充分發(fā)展區(qū)兩部分。沿床高方向，尤其在床層底部，顆粒處于加速過程，顆粒垂直方向的平均速度由接近于零（布風板處）加速達到某一穩(wěn)定的速度，即上部充分發(fā)展區(qū)的平均顆粒速度。對于任一床層截面，運行風速升高或顆粒循環(huán)流率減小，顆粒截面平均速度均增大。

在循環(huán)流化床橫向截面上，小顆粒會隨氣流上升，其中會有部分顆粒由于碰撞而下落，但總的趨勢是向上的。大顆粒則表現(xiàn)出不同的特點，中心處主要為上升過程，上升到一定高度之后在邊壁附近趨于下落。在床層各截面上，顆粒平均速度沿軸向向上增大，如果床層足夠高，顆粒速度趨于恒定。當物料循環(huán)倍率一定時，平均顆粒速度隨流化風速的增大而增大；而當風速一定時，物料循環(huán)倍率對顆粒平均速度的影響較小。

2 ．顆粒濃度的軸向分布

如圖2-9所示，循環(huán)流化床內(nèi)顆粒濃度的軸向分布通常呈上稀下濃的不均勻形式。根據(jù)理論和實驗研究，可以認為顆粒濃度的軸向分布一般分為單調(diào)指數(shù)函數(shù)分布、S 型分布和反C 型分布二種基本類型．顆粒濃度分布也可以利用床層空隙率分布來衡量。

反C 型分布。一般來說，上述的兩種分布形式在循環(huán)流化床出口比較通暢時才能形成，即當出口約束較小時，床層上部空隙率的軸向分布基本不受出口結構的影響，顆粒濃度呈上稀下濃結構．由于在循環(huán)流化床鍋爐中，為提高床內(nèi)固體顆粒的濃度水平，多采用氣墊直角彎頭出口，這種出口結構將對氣固兩相流產(chǎn)生較強的約束效應．氣體通過氣墊彎頭由垂直運動急轉成水平運動，而顆粒在慣性作用下沖向氣墊封頭，運動受阻后折流向下，一部分顆粒被氣流帶出（其流量約等于循環(huán)物料量），另一部分顆粒沿床壁面向下運動，與向上運動的顆粒產(chǎn)生較強的動量交換并逐漸與氣固兩相流動相融合，使顆粒濃度軸向分布逆轉，呈現(xiàn)上濃下稀趨勢。在遠離出口的下方，折流顆粒群的影響消失，顆粒密度沿軸向呈上稀下濃分布，此時全床整體沿軸向則出現(xiàn)中間空隙大、兩端空隙小的反C 型分布顆粒濃度軸向分布的影響因素

（1）運行風速。運行風速升高，床內(nèi)空隙率增大，床內(nèi)空隙率趨于均勻，頂部與底部的空隙率差別變小，直至全部的空隙率都接近出口值，從而進人稀相氣力輸送狀態(tài)。

( 2 ）循環(huán)物料量。與風速的影響正好相反，循環(huán)物料量增大時，床層各截面上平均空隙率都逐漸減小，而頂部與底部的空隙率差距加大，沿床層軸向空隙率的梯度也加大。( 3 ）顆粒物性。采用較大直徑的顆粒時，循環(huán)流化床截面平均空隙率沿軸向變化較大．與細顆粒床相比，粗顆粒床的床層底部具有較大的顆粒濃度，而在床層頂部顆粒濃度更小些，與顆粒直徑的影響相似，當顆粒密度不同時，密度大的顆粒在循環(huán)流化床的空隙率分布情況類似于粗顆粒的情況，即床層底部的空隙率相對較小，頂部的空隙率相對較大．( 4 ）床截面尺寸。床截面尺寸主要影響截面平均空隙率的分布。尺寸較小時，邊壁效應相對較大，邊壁顆粒密集區(qū)在截面上所占的比例增大。此時，不僅床層密度增大，而且顆粒濃度沿軸向分布的不均勻性也增大；反之，尺寸較大時，床層密度減小，顆粒濃度的軸向分布趨于均勻。

( 5 ）床體結構。對于由大顆粒組成的流化床特別是循環(huán)流化床，顆粒濃度沿軸向不易出現(xiàn)S 型分布，一般呈單調(diào)指數(shù)下降。正如前述，由于循環(huán)流化床出口處氣墊直角彎頭結構的影響，顆粒濃度軸向分布變?yōu)榉?span lang="EN-US">C 型。在循環(huán)流化床鍋爐中，由于在床內(nèi)一定高度上還可能存在截面收縮、二次風的加人等，而且床內(nèi)物料一般由寬篩分及密度不同的顆粒組成，從而使床內(nèi)空隙率分布變得更為復雜。一般可以認為，在床層下部有一個由大顆粒組成的密相床，再疊加上一個由前面所述的空隙率分布，則總體上講是呈單調(diào)指數(shù)下降或反C 型分布的．

4 ，顆粒濃度的徑向分布

在循環(huán)流化床中，流化介質(zhì)以柱塞流的形式向上流動。實驗研究表明，由于壁面的摩擦效應，靠近壁面處的氣流速度低于床層中心的氣流速度。在床內(nèi)核心區(qū)上行的固體顆粒，因為流體動力的作用會向邊壁漂移，當?shù)竭_壁面時，由于此處氣流速度較低，流體對顆粒或顆粒團的曳力也降低，從而導致顆粒在近壁面處的上升速度減小或者轉而向下運動，循環(huán)流化床內(nèi)徑向空隙率分布出現(xiàn)不均勻性，即在床層中心區(qū)的空隙率較大，而靠近壁面處空隙率較小。當截面平均空隙率大于0 . 95 時，徑向空隙率分布就比較平坦。對于圓形截面，一般僅在距床壁1 / 4 半徑距離內(nèi)空隙率才有所下降，而對于平均截面空隙率小于。．95 的床層，徑向空隙率不均勻分布就比較明顯。

根據(jù)上述顆粒濃度徑向分布的情況，在循環(huán)流化床中，除了固體顆粒通過循環(huán)灰分離器分離再送回床內(nèi)的外部循環(huán)外，固體顆粒在核心和邊壁處的上升和下落也構成了顆粒的床內(nèi)循環(huán)，床層的溫度能保持均勻分布是內(nèi)外循環(huán)共同作用的結果。

氣流速度增加，床層截面平均固體顆粒濃度下降，空隙率徑向變化變小，曲線變得平坦。