冷态鼓泡流化床中木屑流化速度的研究

第２７卷第３期

２００７年６月

林产化学与工业

Ｖ０１．２７Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ２００７

ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｙｏｆＦｏｒｅｓｔＰｒｏｄｕｃｔｓ

冷态鼓泡流化床中木屑流化速度的研究

刘宝亮，蒋剑春＋，岳金方，蔡明远

（中国林业科学研究院林产化学工业研究所；国家林业局林产化学工程

重点开放性实验室，江苏南京２１００４２）

摘要：

ＬＩＵＢ８。一ｌｉａｎｇ

冷态条件下，在鼓泡流化床中采用木屑为原料，分布板在２％～４％不同开孔率的条件

下，分别考察了原料粒径和床层高度对木屑流化速度的影响。得出结论：分布板压降和流速成二次

函数关系；以木屑为原料，分布板开孔率和床层高度对临界液化速度的影响不大，粒径分布对１１盏，ｇ－

流化速度随粒径的增大而增加。关键词：

木屑；冷态；鼓泡流化床；流化速度

文献标识码：Ａ

文章编号：０２５３—２４１７（２００７）０３—００４９—０４

中图分类号：ＴＱ５１５．６；ＴＱ０５１．１３

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ＦｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎＶｅｌｏｃｉｔｙｏｆＳａｗｄｕｓｔｉｎＣｏｌｄＢｕｂｂｌｉｎｇＦｌｕｉｄｉｚｅｄＢｅｄ

ＬＩＵＢａｏ—ｌｉａｎｇ，ＪＩＡＮＧＪｉａｎ—ｃｈｕｎ，ＹＵＥＪｉｎ—ｆａｎｇ，ＣＡＩＭｉｎｇ—ｙｕａｎ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＰｒｏｄｕｃｔ，ＣＡＦ；ＫｅｙａｎｄＯｐｅｎＬａｂ．ｏｎ

ＦｏｒｅｓｔＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳＦＡ，Ｎａｍｉｎｇ２１００４２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｓａｗｄｕｓｔａｎｄｓａｗｄｕｓｔｂｅｄｈｅｉｇｈｔ

ａｓ

ｒａｗ

ｍａｔｅｒｉａｌ。ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ２％－４％ｏｐｅｎｉｎｇ

ｗｅｒｅ

ｒａｔｅ

ｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ

ｏｎ

ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｏｌｄｂｕｂｂｌｉｎｇｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ

ａｒｅ

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

ｒａｔｅ

ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐａｎｄｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｈｅｉｇｈｔ

ｏｎ

ｒｅｌａｔｅｄｉｎｑｕａｄｒａｔｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｏｐｅｎｉｎｇ

ｏｎ

ｏｆ

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒａｎｄｂｅｄ

ｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ

ａｌｅ

ｒａｔｈｅｒｓｌｉｇｈｔ．ｗｈｉｌｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｉｓｖｅｒｙｏｂｖｉｏｕｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓａｗｄｕｓｔ；ｃｏｌｄｓｔａｔｅ；ｂｕｂｂｌｉｎｇｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ；ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ

流态化技术的发展，从２０世纪２０年代第一台流化床粉煤气化炉的应用开始，至今已有８０多年的历史ｕｊ。由于流化床所特有的优点，使其在很多工业领域中都得到了广泛的应用，并且仍有非常好的工业前景。但是直到１９７５年流态化技术才用于生物质气化，由于流化床气化炉与固定床气化炉相比具有混合均匀，反应速度快，气固接触面积大，传热、传质系数高，反应温度均匀，单位面积的反应强度大，操作易于控制，物料在反应器中停留时间短，生产能力大及操作温度低等优点’２Ｊ，流态化技术在生物质气化中的应用得到了较快的发展。我国２０世纪９０年代初才开展生物质流态化气化的研究。中国科学院广州能源研究所研究开发了循环流化床气化技术，应用于气化发电，已在国内推广。中国林业科学研究院林产化学工业研究所开发了生物质内循环锥型流化床气化炉－３ｊ。郭庆杰Ｍｊ、陈冠益拍１和韩振波帕ｊ等对生物质的流化速度也进行了研究。国内开展的大部分流态化技术的研究主要集中在密度大的物料（煤、沙子、玻璃珠）的流化速度，而且基本上都是关于循环流化床锅炉的，并在清洁煤技术方面实现了工业化。在生物质冷态流态化的研究并不很多。本实验采用的原料为南京市浦口区珠江镇木材加工厂木材加工后的木屑，在冷态、不同条件下测定鼓泡流化床的临界流化速度。

１

实验部分

原料：木屑，南京市浦口区珠江镇木材加工厂提供。设备：鼓风机，分布板（小孔直径ｄ＝２Ｉｎｎ，开孑Ｌ

１．１实验原料及仪器

收稿日期：２００６—０３—２４

基金项目：国家科技支撑计划资助项目（２００６ＢＡＤ０７Ａ０３）

作者简介：刘宝亮（１９７７一），男，河北唐山人，博士生，从事生物质能源方面的研究

＋通讯作者：蒋剑春，研究员，博士生导师，从事林产化学加工领域的生物质热化学转化技术，活性炭制备和应用的基础研究及开发设

计工作。

林产化学与王业第２７卷

率为２％、３％、４％），有机玻璃管（内径１８３ＩＦｌｍ，高１

１．２实验过程

３００

ｍｍ），转子流量计。

３００

本实验所用装置如图１所示。流化床用有机玻璃制成，其内径为１８３ｍｍ，高１

ｍｍ的圆柱，在

匿桂上、下开鹾个测压孔，由ｕ形压力计读取床层压降，在分布板下侧开一个测压孔，溅分布板压降。利用鼓风祝涞欧入空气，空气遥过缓冲罐缓冲以使通过分布板时气体均匀分布，气体流量通过转子流量计来读取。在不同开孔率的分布板、不同床层高度和不同粒径范围的情况下，调整鼓风机的风速测定在这些条件下的流化速度的变化。

１，３实验原理

露薅流态佬现象是一种由于流体蠢上流过固体颗粒堆积的床层使得固体颗粒具有一般流体性质的现象。流过固定床的流体，其压降随着流体速度的增加丽增大。流体压降与流速之闻近儆线性关系，可利用Ｅｒｇｕｎ公式表示。但是，随着流体速度的不断增大，当达到某一临界值以后，压降与流速不再遵循Ｅｒｇｕｎ公式。对于均匀颗粒，达到最大压力后，略有降低，然后趋予某一定值；对予宽筛分床层，其压降一流速特性曲线没有曝监的转折点，而楚存在一个由固定床到流化床的过渡区。达到定值后床层处于由固定床向流化床转变的临界状态，相应酶流体速度为ｌ瓷界流化速度，也

Ｆｉｇ．１

１．离心鼓箴枧ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎ；２．缓冲罐ｂｕｆｆｅｒ

ｔａｎｋ；

３．转子流量诗ｒｏｔａｍｅｔｅｒ；４。鸯援瑗璃蓉ｏｒｇａｎｉｃｇｌａｓｓｔｕｂｅ；５．分布板ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ；６．Ｕ形压力计Ｕｍａｎｏｍｅｔｅｒ

图１流化激置示意图

Ｃｈａｒｔｏｆ

ｆｌｕｉｄｉｚｅｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ

称最小流化速发。此后床层压降几乎保持不变，并不随流体速发的遂一步提嵩瑟显著变化。

因此临界流化速度是用降速法所得的流化床区压降线与固定床区压降线曲线的焦点确定的。在图中将测得的数据点分别在流化区和固定区进行线性关联（不考虑过渡区数据），两直线的交点对应的横坐标即为临界流化速度。

２。５

２结果与讨论

２．１

２．Ｏ

不同开孔率分布板在空塔条件下压力和流速的关系将整套实验设备安装好，仅装上分布板，不添加物料，测定

蛊１．５

¨ｊ

１．ｏ

分布扳匿力程流速。

从图２中可以看出，随蔚分布板开孔率的增大，通过分布板的最大流量逐渐变大，分布板的阻力也越来越小。分布板的阻力随着流速的增加而逐渐增大。分布板压降和流速成二次函数关系。

２．２不同开我率分布叛对憔券流鬣：速度的影晌

选用一个固定的床层高度，测定不同开孔率分布板的情况下对临界流化速度的影响，ａ、ｂ、Ｃ分别为ｄ≤０．２８ＩＴＩｍ、

０＋２８ｍｍ＜ｄ＜Ｏ．６３ｍｍ、ｄ≥０。６３

Ｏ．５

Ｏ

流速“ｍ・ｓ－１）

一。一２％；一口一３％；一△一４％

囤２不阉开孑Ｌ率分布褫的比较

Ｆｉｇ．２

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

ｒａｔｅｓ

ｏｆ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｎｉｎｇ

ｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｓ

ｍｍ颗粒范围。

从蚕３可以看凄，２％、３％和４％开孔率的分蠢扳，同一粒径范围内，压力穰流速蘧线的拐点基本重合，尤其在图３（ａ）和图３（ｅ）中体现得尤为明显，因此可以说，临界流化速度基本一样。因此不同开孔率的分布板对临界流化速度没有影响。２．３床层高度对临界流化速度的影响

在开毳率为２％的分布板上，粒径蠢《Ｏ．２８

１ＴｔｌＴＩ、０。２８ｍｍ＜ｄ＜Ｏ。６３ｍｎｃｌ、蠢≥ｏ。６３

ｍｍ的条传下，

第３期刘宝亮，等：冷态鼓泡流化床中木屑流化速度的研究

５ｌ

讨论了床层高度为０．４

Ｄ、０．８Ｄ、１．２Ｄ、１．６Ｄ、２．０

Ｄ（Ｄ＝１８３ｍｍ）时对临界流化速度的影响，见图４。

图４（ａ）～（Ｃ）为不同粒径在２％分布板上。

４００

４００

３００

《凸＿

凸一

３００

杂２００

鹾

１００

杂２００

叫

１００

００．１０．２０．３０．４０

０．２

０．４

０．６

００．２０．４０．６０．８

流速／（ｍ・ｓ－１）

流速／（ｍ・ｓ－１）

一０—２％；一口一３％；一△一４％

流速／ｆｍ・Ｓ－１）

粒径ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓ；ａ．ｄ≤Ｏ．２８ｒａｍ；ｂ．０．２８ｍｍ＜ｄ＜０．６３ｒａｍ；ｅ．ｄ≥０．６３

ｍｍ

图３不同分布板对临界流化速度的影响

Ｆｉｇ．３

５００４００

Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｓ

Ｏｉｌ

ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ

５４

５００４００

蛊３００趟２００

１００

击３００

蛊３

奁２００

１００

Ｒ趟２

１

００．１０．２０．３０．４００．２０．４０．６

星话

０

０．２

０．４

０．６

Ｃ

０．８

流速／（ｍ・ｓ－１）流速“ｍ・ｓ－１）

一０－－０．４Ｄ；一口一０．８Ｄ；一△一１．２Ｄ；一●一１．６Ｄ：一束一２．０Ｄ

流速／（ｍ・ｓ－１）

粒径ｐａｒｔｉｃｌｅ

ｓｉｚｅｓ：ａ．ｄ≤０．２８ｒａｍ；ｂ．０．２８ｍｍ＜ｄ＜０．６３ｒａｍ；ｃ．ｄ≥０．６３

ｍｍ

图４不同床高条件下压力随流速的变化

Ｆｉｇ．４

Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｄｈｅｉｇｈｔｓ

ｏｎ

ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ

在床层很低的时候，测得的压差变化不明显，范围很小，采用床层大于０．８Ｄ以上的床层，现象利于观察，测得临界流化速度基本上相同，因此床层高度对临界流化速度影响很小，为了保证床层良好的稳定性，一般采用１．２

Ｄ～２．０

Ｄ范围内的床层。

从图４可以看出，床层太低或太高都不太好，床层太低流速容易穿透，流化情况也不易观察，床层太高，吹出木屑量大而且耗费能量，床层也不稳定。因此本实验选用Ｈ＝１．６Ｄ的床层高度。２．４不同粒径对临界流化速度的影响

在开孔率为２％、３％和４％的分布板上，测量不同颗粒粒径ｄ≤０．２８

０．６３ｍｍ、ｄＩ＞０．６３

ｍｍ、０．２８ｍｍ＜ｄ＜

ｍｍ的条件下对临界流化速度的影响，见图５。

ｍｍ临界流化速度非常接近。

从图５可以看出，随着粒径的增大，临界流化速度也相应的增加。在４％开孔率的分布板上，ｄ＜

０．２８

ｍｍ和０．２８

ｍｍ＜ｄ＜０．６３

而在粒径ｄ≤０．２８ｍｍ的范围时，由图４（ａ）可见达到临界流化速度之前有一个拐点，是因为ｄ≤

０．２８

ｍｍ的木屑非常细小，当流速不断增加，压力逐渐增大，在木屑的边上有绒毛，颗粒聚集成大的颗对于木屑来说，颗粒只能在一定范围内来确定其临界流化速度，属于宽筛分的床层，对宽筛分床层，

粒，形成了团聚现象，当流速继续增大时，压力会降低团聚破碎形成细小的颗粒的解聚现象。

其压降一流速特性曲线没有明显的转折点，而是存在一个由固定床到流化床的过渡区。气速逐渐增大时，细颗粒先于粗颗粒流化，并在粗颗粒形成的空隙中起润滑作用使大颗粒松动。气速大到一定程度后，大颗粒也依次被流化，使床层压降逐渐增加。直至大颗粒被完全流化，床层压降才不再随气速的增

５２

林产化学与工业

第２７卷

大而增加。

皂Ｒ邕

Ｏ０．２０．４０．６０．８ＯＯ．２０．４０．６０．８００．２０．４Ｏ．６０．８

流速／（ｍ・ｓ－１）

流速／（ｍ・ｓ一１１

流速／（ｍ・ｓ一１）

一。一ｄ≤０．２８ｍｍ；一口一０．２８ｍｍ＜ｄ＜０．６３ｍｍ；一△一ｄ≥０．６３ｍｍ

开孔率ｏｐｅｎｉｎｇｒａｔｅ：ａ．２％；ｂ．３％；ｃ．４％

图５不同粒径对流化速度的影响

Ｆｉｇ．５

Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓ

ｏｎ

ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ

３结论

３．１随着分布板开孑Ｌ率的增大，通过分布板的最大流量逐渐变大，分布板的阻力也越来越小。分布板的阻力随着流速的增加而逐渐增大。分布板压降和流速成二次函数关系。３．２不同开孔率的分布板的情况下，临界流化速度变化不大。

３．３不同床层高度的情况下，相同粒径的临界流化速度基本相同，床层高度对临界流化速度影响不大。

３．４在ｄ≤０．２８

ｍｍ、０．２８ｍｍ＜ｄ＜０．６３ｍｍ、ｄ／＞０．６３

ｍｍ粒径的情况下，随着粒径的增大，临界流化

速度也相应的增加。

参考文献

［１］金涌，祝京旭，汪展文，等．流态化工程原理［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００１．

［２］蒋剑春，应浩，戴伟娣，等．生物质流态化催化技术工程化研究［Ｊ］．太阳能学报，２００４，２５（５）：６７８—６８４．［３］蒋剑春，张进平，金淳，等．内循环锥形流化床秸秆富氧化技术研究［Ｊ］．林产化学与工业，２００２，２２（１）：２５—２９．［４］郭庆杰，张锴，张济宇，等．生物质和惰性颗粒两组分混合物的最小流化速度［Ｊ］．煤炭转化，１９９９，２２（１）：９２—９６．［５］陈冠益，方梦祥，骆仲泱，等．稻壳与石英砂及煤粒流化与混合特性研究［Ｊ］．热能动力工程，１９９８，１３（７７）：３２１—３２４［６］韩振波，鲍亦龄，吴文渊，等．生物质与媒体混合系统的临界流化速度［Ｊ］．节能技术，１９９５（６）：１０—１２．

冷态鼓泡流化床中木屑流化速度的研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘宝亮， 蒋剑春， 岳金方， 蔡明远， LIU Bao-liang， JIANG Jian-chun， YUE Jin-fang ， CAI Ming-yuan

中国林业科学研究院,林产化学工业研究所,国家林业局,林产化学工程重点开放性实验室,江苏,南京,210042

林产化学与工业

CHEMISTRY AND INDUSTRY OF FOREST PRODUCTS2007,27(3)10次

参考文献(6条)

1. 金涌;祝京旭;汪展文 流态化工程原理 2001

2. 蒋剑春,应浩,戴伟娣,张进平,刘石彩,高一苇,金淳 生物质流态化催化气化技术工程化研究[期刊论文]-太阳能学报 2004(5)

3. 蒋剑春,张进平,金淳,应浩,戴伟娣 内循环锥形流化床秸杆富氧气化技术研究[期刊论文]-林产化学与工业2002(1)

4. 郭庆杰;张锴;张济宇 生物质和惰性颗粒两组分混合物的最小流化速度 1999(01)5. 陈冠益;方梦祥;骆仲泱 稻壳与石英砂及煤粒流化与混合特性研究 1998(77)

6. 韩振波,鲍亦龄,吴文渊,王磊 生物质与媒体混合系统的临界流化速度[期刊论文]-节能技术 1995(6)

本文读者也读过(10条)

1. 张红军. 毛建设. 司俊龙. 王冠文 440 t/h循环流化床锅炉冷态空气动力场试验[期刊论文]-华中电力2004,17(1)2. 张春林. 袁贵成. 刘德昌. 张世红. 陈汉平 石油焦流化床燃烧过程中氮氧化物的排放研究[期刊论文]-电站系统工程2003,19(1)

3. 马志刚. 方梦祥. 王勤辉. 程乐鸣. 骆仲泱. 岑可法. MA Zhi-gang. FANG Meng-xiang. WANG Qin-hui. CHENG Le-ming. LUO Zhong-yang. CEN Ke-fa 矩形截面流化床内磨损特性的分析[期刊论文]-中国电机工程学报2007,27(23)4. 刘少文. 陈久岭. 曹磊. 柳泉润. 李永丹 鼓泡流化床中甲烷催化裂解制氢的实验研究[期刊论文]-天然气化工2004,29(2)

5. 王芳. 杨斌鑫. 冀诚俊. WANG Fang. YANG Bin-xin. JI Cheng-jun 鼓泡流化床中多组分颗粒分离的软球模拟[期刊论文]-太原科技大学学报2009,30(6)

6. 刘宝亮. 蒋剑春. 岳金方. LIU Bao-liang. JIANG Jian-chun. YUE Jin-fang 细颗粒木屑在鼓泡流化床中流化速度的研究[期刊论文]-可再生能源2007,25(4)

7. 王芳. 杨斌鑫. WANG Fang. YANG Bin-xin 不等粒径流化床中鼓泡行为的研究[期刊论文]-科学技术与工程2010,10(2)

8. 杨宽利. 王其成. 张锴. 戴伟娣. 蒋剑春. YANG Kuan-li. WANG Qi-cheng. ZHANG Kai. DAI Wei-di. JIANG Jian-chun 鼓泡流化床内颗粒速度分布的研究[期刊论文]-石油化工高等学校学报2008,21(3)

9. 兰静. LAN Jing 鼓泡流化床压力波动特性试验研究[期刊论文]-东北电力技术2006,27(7)

10. 熊川龙. 张力. 冉景煜. 张军. XIONG Chuan-long. ZHANG Li. RAN Jing-yu. ZHANG Jun 循环流化床内生活垃圾颗粒冷态分层特性分析[期刊论文]-重庆大学学报（自然科学版）2005,28(9)

引证文献(7条)

1. 朱予东,刘志强,孙学峰 锯末和稻秆流化特性的试验研究[期刊论文]-陕西电力 2009(10)

2. Jin Chen,Wen-li Shi,Jing Zhao,Wan-ming Lin,Ke Liu Cold-state spout-fluidizing characteristics of

high-carbon ferromanganese powders[期刊论文]-矿物冶金与材料学报 2011(06)

3. 李晓伟,刘建坤,王贵路,李明鹤,郑磊,叶仁文,张大雷 升温方式对中试鼓泡流化床气化过程的影响[期刊论文]-农业工程学报 2015(05)

4. 吴桂英,杜爱月,张锴,蒋剑春 生物质及其与惰性颗粒双组分体系的流化特性[期刊论文]-生物质化学工程2011(01)

5. 李三平,王述洋,孙雪,曹有为 新型内胆式双热型生物质热解反应器的设计[期刊论文]-林产化学与工业 2014(01)6. 李双江 流态化生物质燃烧冷热态实验研究[学位论文]硕士 20087. 刘志强 生物质和煤流化床共气化的试验研究[学位论文]硕士 2009

引用本文格式：刘宝亮. 蒋剑春. 岳金方. 蔡明远. LIU Bao-liang. JIANG Jian-chun. YUE Jin-fang. CAI Ming-yuan 冷态鼓泡流化床中木屑流化速度的研究[期刊论文]-林产化学与工业 2007(3)