气固流态化指固体颗粒在流体的作用下呈现出流体相似的流动性能的现象。在不同的气速下,固体颗粒会呈现不同的流动特性。利用气固流态化可以增强固体颗粒表面传质过程并强化流动,因此流态化技术在化工、能源、冶金等行业得到广泛应用。
基本原理是燃料颗粒在流态化状态下进行燃烧。一般粗颗粒在燃烧室下部燃烧,细颗粒在燃烧室上部燃烧,被吹出燃烧室的细颗粒采用各种分离器收集下来以后,送回床内循环燃烧。如将石灰石等脱硫剂颗粒一起给入燃烧室,燃料燃烧所生成的SO2可以在燃烧过程中与脱硫剂反应而被固定。流化床燃烧技术是一种介于层燃和悬浮燃烧之间的燃烧方式,而流化床燃烧技术又可以分为鼓泡流化床燃烧技术和循环流化床燃烧技术。鼓泡流化床燃烧技术风速较低,在2米/秒左右,宽筛分颗粒大部分在燃烧装置底部燃烧放热。循环流化床燃烧方式风速较高,在5~6米/秒,宽筛分颗粒粗颗粒在燃烧装置底部燃烧,细颗粒被携带至装置上部燃烧甚至携带出装置,需要气固分离装置将这部分颗粒回收并送回装置内继续燃烧。
燃煤流化床锅炉是流化床燃烧技术最主要的工业应用。20世纪60年代,英国、美国和中国等国家都进行了煤的流化床燃烧技术的研究开发,并先后投入运行各自的流化床锅炉。流化床燃烧技术可以燃用各种燃料尤其是劣质燃料,具有低污染物排放特性,在随后的几十年得到迅速的发展。60~70年代,煤的鼓泡流化床燃烧技术得到快速发展和应用,世界各国都先后投入运行燃煤鼓泡流化床锅炉。随后由于鼓泡流化床技术所固有的埋管受热面磨损、燃烧效率偏低、结构庞大等问题,在70年代末,旨在解决鼓泡流化床技术所存在问题的循环流化床燃烧技术开始得到应用,并得到快速发展。在燃煤利用方面,鼓泡流化床燃烧技术已被更具优势的循环流化床燃烧技术所替代。