理论分析和工程实践表明,实现循环流化床(CFB)锅炉超低排放基础仍是炉内的气固两相流动,其中一个关键举措是降低床料的平均粒度。超低排放CFB锅炉中的气固流动具有小(颗粒循环流率)G_s和小平均粒径的特征,其流动特性有别于常规的CFB锅炉,也不同于常规的CFB化工反应器,需要特别加以研究。本文建立二维CFB冷态实验系统,考察对应于超低排放CFB锅炉细床料和小G_s条件下炉内的颗粒运动、沿床高的压降分布和固体浓度分布,以及操作参数对气固流动特性影响,利用颗粒浓度测量仪测量了不同操作参数下的轴、径向固含率以及颗粒团生成频率和时间分率等,并与使用常规CFB床料的流动特性进行对比,综合分析床料粒径变化对CFB锅炉流动特性的影响。对比实验发现,超低排放CFB所用的细床料的流化特性偏向Geldart A类颗粒,与常规CFB所用的粗床料偏向B类颗粒相异。在相同的操作条件下细床料对应的气固流动结构均匀性较强,密相区膨胀更明显,大气泡行为基本消失,压力波动更平稳;床上部的压降增大。CFB锅炉采用细床料可以达到提高稀相区床密度又降低流化风速的双重效果,从而有利于实现超低排放的目标。CFB锅炉条件下的固体循环流率对表观风速比对床存量更敏感,使用细床料后在较小的表观风速和床存量条件下就能达到较大的固体循环流率,其中在本实验2.0 m/s的风速下,采用细床料的稀相区床层密度为采用粗床料的床层密度的3-6倍。故采用细床料可大大增强炉内的气固混合和锅炉热负荷快速调节能力,但另一方面也会加大流动状态的控制难度。轴向固含率总体呈现下部区域浓、上部区域稀的指数型分布。细床料和粗床料在风速变化下轴向固含率的分布不尽相同。在低风速下,两种床料均在下部聚集大量颗粒,上部颗粒较少,曲线有明显的转折,随着风速的提高,细床料的曲线走势更加平稳,细床料在本实验设置的高工况下颗粒轴向分布已经没有较大差异,粗床料随着风速增大,轴向分布虽逐渐均匀,但曲线仍有明显的转折,密相区和稀相区有较明显的分界。两种床料的径向分布均为中心稀边壁浓的趋势。在较低的高度,粗床料径向分布更加不均匀。在中间高度,细床料径向不均匀性更强。在提升管上部,两种床料径向分布的不均匀性都在增加。在提升管顶部,两种床料的径向分布都比较均匀。两种床料的颗粒团生成频率在轴向上随着高度增加而出现下降,随着风速的提高而提高。细床料在风速较低时增长幅度已经较大,然后各高度保持相对平稳的增长速度,而粗床料在低风速时变化相对较小,随着风速进一步提高,颗粒团生成频率有明显增长。两种床料的颗粒团时间分率随风速提升均呈下降趋势。在风速的变化过程中,细床料比粗床料更具有颗粒聚团的趋势。在本实验工况中,风速较低时细床料颗粒聚团频率比粗床料高100%-150%,在高风速下也高出20%-40%。在提升管的顶端,细床料随风速增大,颗粒团的时间分率随风速增大仍为下降的趋势,粗床料的总体趋势比较平稳。保持提升管静止床料量基本一致的情况下,此高度的固含率并不能完全决定颗粒团的生成频率。细床料颗粒团生成频率明显大于粗床料,细床料具有更明显的颗粒成团、易聚集的特性。在风速增大的过程中,两种床料颗粒团的时间分率基本均呈下降状态,细床料时间分率的数值大于对应工况粗床料的数值,随风速的变化,细床料的颗粒团时间分率较稳定。