顆粒濃度分布

各種流態化形態下的顆粒濃度分布

循環流化床上部和下部區域的顆粒濃度差別較大：上部區域為稀相區，下部為密相區。當運行工況發生變化時，這個結構不會發生變化，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，密相區濃度很大，成為連續相，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，但密相區顆粒濃度降低，稀相區濃度增大。當固體顆粒循環量增加時，稀相區濃度也增加。此時，氣體變成連續相，而固體顆粒則成為分散的絮狀物。床層進人氣力輸送狀態后，床層上下顆粒濃度趨于一致。

循環流化床氣固兩相流局部流動是不均勻的。從床內顆粒的速度分布來看，循環流化床可以分為底部的加速區和上部的充分發展區兩部分。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）加速達到某一穩定的速度，即上部充分發展區的平均顆粒速度。對于任一床層截面，運行風速升高或顆粒循環流率減小，顆粒截面平均速度均增大。

在循環流化床橫向截面上，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，循環流化床內顆粒濃度的軸向分布通常呈上稀下濃的不均勻形式。根據理論和實驗研究，可以認為顆粒濃度的軸向分布一般分為單調指數函數分布、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．由于在循環流化床鍋爐中，為提高床內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，床內空隙率增大，床內空隙率趨于均勻，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。

( 2 ）循環物料量。與風速的影響正好相反，循環物料量增大時，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流化床，顆粒濃度沿軸向不易出現S 型分布，一般呈單調指數下降。正如前述，由于循環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為反C 型。在循環流化床鍋爐中，由于在床內一定高度上還可能存在截面收縮、二次風的加人等，而且床內物料一般由寬篩分及密度不同的顆粒組成，從而使床內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指數下降或反C 型分布的．

4 ，顆粒濃度的徑向分布

在循環流化床中，流化介質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。在床內核心區上行的固體顆粒，因為流體動力的作用會向邊壁漂移，當到達壁面時，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，循環流化床內徑向空隙率分布出現不均勻性，即在床層中心區的空隙率較大，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。

根據上述顆粒濃度徑向分布的情況，在循環流化床中，除了固體顆粒通過循環灰分離器分離再送回床內的外部循環外，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循環，床層的溫度能保持均勻分布是內外循環共同作用的結果。

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。