NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
Chapter 5 Fluidization
§ 1,Introduction
1,History
1921.12.16,Fritz Winkle observed the phenomena of
fluidization and developed the gasifigator.
1939,Warren Lewis and Edwin Gillil and discovered
the technique of catalytic cracking with fast fluidization.
1960’s Douglass Elliott began to use fluidized bed to
produce steam.
1982 Lurgi company set up first CFB 84MW
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
2,Comparison of Different Kinds of Boilers
特性 炉排燃烧 鼓泡床 循环床 煤粉炉
床高或燃料
燃烧区高度（ m) 0.2 1 - 2 15 - 40 27 - 45
截面风速（ m/s) 1.2 1.5 - 2.5 4-8 4 - 6
过量空气（ %） 20-30 20-25 10-20 15-30
截面热负荷
（ MW/m2) 0.5-1.5 0.5-1.5 3-5 4-6
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
特性 炉排燃烧 鼓泡床 循环床 煤粉炉
煤的粒度（ mm) 6-32 6以下 6以下 0.1以下
负荷调节比例 4,1 3,1 3-4,1
燃烧效率（ %） 85-90 90-96 95-99 99
Nox排放（ ppm) 400-600 300-400 50-200 400-600
炉内脱硫效率
（ %) 80-90 80-90 低
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
3,Characteristics of Fluidization Combustion
1) Wide fuel application;
2) High efficiency of desulphuration;
3) Low NOx emission;
4) Large charge regulation range
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
N a t i o n a l L a b, o f C o a l C o m b u s t io n,H U S T
W u h a n 4 3 0 0 7 4,P, R, C H I N A
E -m a i l, p cb n l cc @ h u st, edu,cn
N L C C
??????????·??????·?÷????
??????????·??????·?÷???? ??????????·??????·?÷????
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
§ 2,Hydrodynamics
1,Fluidization Region
1) Packed bed (fixed bed)
no relative move between particles
? ?
? ? p
fg
p d
U
d
U
L
P
?
?
?
?
?
?
?
? 2
322
2 1
75.11150 ?????
(5-1)
Where ? - spherisity of particles
= surface of sphere with same volume as
particle/real surface
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
2) Bubbling bed
? ?? ?gALPAF fp ??? ????? 1 (5-2)
From (5-1),(5-2)
? ?
? ?
2
3
1
5.0
2
2
1
,Re
Re
?
???
?
? pfpffmfp
mf
mf
gd
Ar
Ud
CArCC
?
??
???
(5-3)
For small particles,umb > umf
? ? ? ?3 4 7.006.0 /7 1 6.0e x p07.2 ?? fpmb dFu ? (5-4)
Where F is mass factor of particles with dp < 45?m
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
3) Spouted bed
condition,Dbmax > 0.6DB
minimum spout velocity Usl = Umf + 0.07(gD)0.5 (5-5)
4) Turbulent bed
Initial velocity of transition
17.00.3 ?? ppc dU ?
Terminal velocity of transition
77.00.7 ?? ppk dU ?
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
Note,In the above mentioned states,the particles move
within certain height above distributor.
5) Fast Fluidization (Circulating Fluidization)
uf - up > ut
Properties:
axis,S distribution
radii,core -annular flow
local,cluster
6) Fluidization Figure
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
§ 3 Particle Classification
?p-?f
dp
C A
B
D
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
四类颗粒的特点（ ?p = 2500kg/m3 为例）
类别 C A B D
沟流 严重 轻微 可忽略 可忽略
喷动 无 无 浅层床 明显
临界鼓泡速度 Umb 无气泡 >Umf = Umf = Umf
气泡形状 只有沟流 平底圆冠 圆形有凹陷 圆形
固体混合 很低 高 中等 低
气体返混 很低 高 中等 低
气栓流 扁平角状气栓 轴对称 近似轴对称 近似贴壁
粒度对流体 未知 明显 微小 未知
动力特性的
影响
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
§ Comparison of Main Properties of Gas-Solid Burning
Procedures
特征 固 定床 流化床 快速床 气力输送
锅炉中的应用 层燃 鼓泡床 循环床 悬浮燃烧
颗粒平均粒径 <300 0.03-3 0.05-0.5 0.02-0.08
（ mm)
燃烧室区域 1-3 0.5-3 3-12 15-30
风速 (m/s)
典型的 U/Ut 0.01 0.3 2 40
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
特征 固 定床 流化床 快速床 气力输送
气体运动方向 向上 向上 向上 向上
气体混合 接近塞状流 复杂两相流 弥散塞状流 接近塞状流
固体混合 可忽略 接近全混 接近全混 接近塞状流
空隙率 0.4-0.5 0.5-0.85 0.85-0.99 0.98-0.998
温度梯度 大 很小 小 显著
典型换热系数 50-150 200-550 100-250 50-100
W/(m2K)
磨损 小 中 中 较大
结焦特性 较大 中 无 无
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
Chapter 5 Fluidization
§ 1,Introduction
1,History
1921.12.16,Fritz Winkle observed the phenomena of
fluidization and developed the gasifigator.
1939,Warren Lewis and Edwin Gillil and discovered
the technique of catalytic cracking with fast fluidization.
1960’s Douglass Elliott began to use fluidized bed to
produce steam.
1982 Lurgi company set up first CFB 84MW
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
2,Comparison of Different Kinds of Boilers
特性 炉排燃烧 鼓泡床 循环床 煤粉炉
床高或燃料
燃烧区高度（ m) 0.2 1 - 2 15 - 40 27 - 45
截面风速（ m/s) 1.2 1.5 - 2.5 4-8 4 - 6
过量空气（ %） 20-30 20-25 10-20 15-30
截面热负荷
（ MW/m2) 0.5-1.5 0.5-1.5 3-5 4-6
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
特性 炉排燃烧 鼓泡床 循环床 煤粉炉
煤的粒度（ mm) 6-32 6以下 6以下 0.1以下
负荷调节比例 4,1 3,1 3-4,1
燃烧效率（ %） 85-90 90-96 95-99 99
Nox排放（ ppm) 400-600 300-400 50-200 400-600
炉内脱硫效率
（ %) 80-90 80-90 低
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
3,Characteristics of Fluidization Combustion
1) Wide fuel application;
2) High efficiency of desulphuration;
3) Low NOx emission;
4) Large charge regulation range
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
N a t i o n a l L a b, o f C o a l C o m b u s t io n,H U S T
W u h a n 4 3 0 0 7 4,P, R, C H I N A
E -m a i l, p cb n l cc @ h u st, edu,cn
N L C C
??????????·??????·?÷????
??????????·??????·?÷???? ??????????·??????·?÷????
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
§ 2,Hydrodynamics
1,Fluidization Region
1) Packed bed (fixed bed)
no relative move between particles
? ?
? ? p
fg
p d
U
d
U
L
P
?
?
?
?
?
?
?
? 2
322
2 1
75.11150 ?????
(5-1)
Where ? - spherisity of particles
= surface of sphere with same volume as
particle/real surface
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
2) Bubbling bed
? ?? ?gALPAF fp ??? ????? 1 (5-2)
From (5-1),(5-2)
? ?
? ?
2
3
1
5.0
2
2
1
,Re
Re
?
???
?
? pfpffmfp
mf
mf
gd
Ar
Ud
CArCC
?
??
???
(5-3)
For small particles,umb > umf
? ? ? ?3 4 7.006.0 /7 1 6.0e x p07.2 ?? fpmb dFu ? (5-4)
Where F is mass factor of particles with dp < 45?m
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
3) Spouted bed
condition,Dbmax > 0.6DB
minimum spout velocity Usl = Umf + 0.07(gD)0.5 (5-5)
4) Turbulent bed
Initial velocity of transition
17.00.3 ?? ppc dU ?
Terminal velocity of transition
77.00.7 ?? ppk dU ?
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
Note,In the above mentioned states,the particles move
within certain height above distributor.
5) Fast Fluidization (Circulating Fluidization)
uf - up > ut
Properties:
axis,S distribution
radii,core -annular flow
local,cluster
6) Fluidization Figure
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
§ 3 Particle Classification
?p-?f
dp
C A
B
D
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
四类颗粒的特点（ ?p = 2500kg/m3 为例）
类别 C A B D
沟流 严重 轻微 可忽略 可忽略
喷动 无 无 浅层床 明显
临界鼓泡速度 Umb 无气泡 >Umf = Umf = Umf
气泡形状 只有沟流 平底圆冠 圆形有凹陷 圆形
固体混合 很低 高 中等 低
气体返混 很低 高 中等 低
气栓流 扁平角状气栓 轴对称 近似轴对称 近似贴壁
粒度对流体 未知 明显 微小 未知
动力特性的
影响
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
§ Comparison of Main Properties of Gas-Solid Burning
Procedures
特征 固 定床 流化床 快速床 气力输送
锅炉中的应用 层燃 鼓泡床 循环床 悬浮燃烧
颗粒平均粒径 <300 0.03-3 0.05-0.5 0.02-0.08
（ mm)
燃烧室区域 1-3 0.5-3 3-12 15-30
风速 (m/s)
典型的 U/Ut 0.01 0.3 2 40
NL
CC
National Lab,of Coal Combustion,HUST
Wuhan 430074,P,R,CHINA
E-mail,pcbnlcc@hust.edu.cn
特征 固 定床 流化床 快速床 气力输送
气体运动方向 向上 向上 向上 向上
气体混合 接近塞状流 复杂两相流 弥散塞状流 接近塞状流
固体混合 可忽略 接近全混 接近全混 接近塞状流
空隙率 0.4-0.5 0.5-0.85 0.85-0.99 0.98-0.998
温度梯度 大 很小 小 显著
典型换热系数 50-150 200-550 100-250 50-100
W/(m2K)
磨损 小 中 中 较大
结焦特性 较大 中 无 无
