二、流態(tài)化的典型形態(tài)

當氣體通過布風板自下而上地穿過固體顆粒隨意填充狀態(tài)的床層時，整體床層將隨氣流速度的不斷增大而呈現(xiàn)完全不同的狀態(tài)：床層將依次歷經(jīng)固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床，最終達到氣力輸送狀態(tài)。床層內(nèi)顆粒間的氣體流動狀態(tài)也由層流開始，逐步過渡到湍流。一般來講，從起始流化到氣力輸送，粗顆粒床的氣流速度將增大10 倍，細顆粒床的氣流速度將增大90 倍。
下面分別介紹上述流態(tài)化典型形態(tài)存在的條件及特征。
l ，固定床
當氣體通過布風板上的小孔進入由固體顆粒組成的床層并穿過顆粒間隙向上流動時，如果床層靜止于布風板上，這種床層稱為固定床。固定床的明顯特征是固體顆粒之間無相對運動。當氣體流經(jīng)固體顆粒時，它對顆粒有曳力，使得氣體通過床層時有壓力損失，通過固定床的氣體流速越高，壓力損失就越大。
在循環(huán)流化床返料機構的立管中，固體顆粒相對于壁面移動，顆粒之間無相對運動，這類固定床有時也稱為移動床。
2 ，鼓泡流化床

通過固定床的氣體流速增加，氣體壓降會連續(xù)地上升，直至懸浮氣速達到臨界流化速度為止。此時，固定床轉(zhuǎn)化為初始流態(tài)化狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，顆粒似乎是“無重量”，多余的氣體將以氣泡（氣泡實際上是一個含有很少顆�；驔]有顆粒的氣體空腔）的形式上行。由于床料內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，氣泡不斷上移，小氣泡聚集成較大氣泡穿過料層并破裂，這時氣固兩相有比較強烈的混合，與水被加熱沸騰時的情況相似，這種流化狀態(tài)稱為鼓泡流化床，也稱沸騰床，可以認為，此時氣體通過床層的壓力降近似等于床層的重量。3 ．湍流流化床
當通過鼓泡流化床的氣體流速增加到最小鼓泡速度以上時，氣泡作用加�。畾馀莸暮喜⒑头至迅鼮轭l繁．床層壓力波動的幅度增大，床層會膨脹。繼續(xù)不斷地增加氣速會最終使帳力波動幅度大大減小，但波動頻率非常高，床層膨脹形式產(chǎn)生變化，此時，氣泡相由于快速的合并和破裂而失去了確定形狀，甚至看不到氣泡，氣固混合更加劇烈，大量顆粒被拋入床層上方的自由空域。床層與自由空域仍有一個界面，雖然遠不如鼓泡床的清晰，但是床內(nèi)仍存在一個密相區(qū)和稀相區(qū)。下部密相區(qū)的床料濃度比上部稀相區(qū)的濃度大得多，床層呈現(xiàn)湍流流態(tài)化形態(tài)。
湍流流化床最顯著的直觀特征是“舌狀”氣流。其中相當分散的顆粒沿著床體呈“之”字形向上拋射，床面很有規(guī)律地周期性上下波動，造成虛假的氣栓流動現(xiàn)象。湍流流化床中的床層空隙率一般在。0.65-0.75 的范圍內(nèi)。
湍流流化床的運行風速高于細顆粒的終端速度，而低于粗顆粒的終端速度，運行時氣固接觸良好。循環(huán)流化床鍋爐下部密相區(qū)大多運行在湍流流態(tài)化狀態(tài)。
4 ，快速流化床
在湍流床狀態(tài)下繼續(xù)增大流化風速，顆粒夾帶量將隨之急劇增加。此時，如果沒有顆粒循環(huán)或較低位置的床料連續(xù)補給，床層顆粒將很快被吹空；當床料補給速率大于床內(nèi)顆粒的飛出速率時，床層呈現(xiàn)快速流態(tài)化形態(tài)。

快速流態(tài)化的主要特征是：床內(nèi)氣泡消失，無明顯密相界面；床內(nèi)顆粒濃度一般呈現(xiàn)上稀下濃的不均勻分布，但沿整個床截面顆粒濃度分布均勻；存在穎粒成團與顆粒返混現(xiàn)象；在床層底部壓力梯度比較高，在床的頂部比較低。
另外，在快速流化床中，固體顆粒的粒度較細，平均粒徑通常在100 產(chǎn)In 以下，在前述的顆粒分類中屬于A 類顆粒，而運行操作的氣流速度高，一般高于顆粒終端速度的15 倍，床層空隙率通常在0.75-0.95之間。
5 ，氣力輸送
 如果在快速流態(tài)化狀態(tài)下將流化風速繼續(xù)增大到一定值或減少床料補給量，床料顆粒會被夾帶離開，床內(nèi)顆粒濃度變稀，床層將過渡到氣力輸送狀態(tài)，即所謂的懸浮稀相流狀態(tài)。此時的流化風速稱為氣力輸送速度。對于大顆粒來說，氣力輸送速度一般等于顆粒終端速度；對于細顆粒群，氣力輸送速度遠高于顆粒終端速度．
研究表明，在上行的懸浮稀相流中，顆粒明顯地均勻向上運動并且不存在顆粒的下降流動，除在加速區(qū)外，床層的壓力梯度分布是均勻的。從快速流態(tài)化過渡到懸浮稀相流同時伴隨著空隙率的增加。通常認為從快速流態(tài)化過渡到懸浮稀相流的臨界空隙率為。．93 一。．98 。如將懸浮稀相流再分成密相氣力輸送和稀相氣力輸送，則快速流態(tài)化首先向前者過渡。此時，床內(nèi)顆粒濃度上下均一，單位高度床層壓降沿床層高度不變。稀相氣力輸送的風速高于密相氣力輸送的風速，其特征是增大風速，床層壓降上升。
由上述分析可知，鼓泡流態(tài)化可以維持在鼓泡流化床中，也可以維持在循環(huán)流化床中，但湍流流態(tài)化和快速流態(tài)化只能維持在循環(huán)流化床中。換言之，鼓泡床可以是循環(huán)流化床，也可以不是。但是，湍流床和快速床必須是循環(huán)流化床。
值得指出的是，在實際的流態(tài)化過程中，常會出現(xiàn)一些不正常的流化狀態(tài)，主要有以下幾種。
( l ）溝流。在料層中氣流分布或固體顆粒大小分布及空隙率等不均勻而造成床層阻力不均勻的情況下，由于阻力小處氣流速度較大，而阻力大處氣流速度較小，有時大量的空氣從阻力小的地方穿過料層，而其他部位仍處于固定床狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為溝流。例如，在流化床鍋爐冷態(tài)試驗和點火過程中，當一次風速朱達到臨界流化速度時，床內(nèi)易發(fā)生溝流。溝流不僅會降低固體顆粒的流化質(zhì)量，使料層容易產(chǎn)生結焦，而且影響爐內(nèi)傳熱和燃燒的穩(wěn)定性。
( 2 ）騰涌（節(jié)涌）．在由鼓泡流態(tài)化過渡到湍流流態(tài)化之前，流化空氣主要是以氣泡形式在料層中向上運動的。因此，料層中含有氣泡是正�，F(xiàn)象．但是氣泡過大或集中上涌，就屬不正常流化。如果料層中的氣泡聚集匯合并充滿床體截面的大部分時，床內(nèi)就會出現(xiàn)“稠密床料層”和攜有床料的“稀疏空氣層”相間地一起向上運動的情況，當達到某一高度后崩裂，固體顆粒噴涌而下，這種現(xiàn)象稱為騰涌（也稱為節(jié)涌），騰涌發(fā)生在鼓泡流態(tài)化與湍流流態(tài)化之間。爐內(nèi)發(fā)生騰涌時，床面以某種有規(guī)律的頻率上升、破裂，風壓劇烈波動，燃燒不穩(wěn)定，在床料斷層下部易引起結焦。