Fluidisatie is een methode om brandstof en lucht in een specifieke verhouding te mengen, teneinde verbranding te verkrijgen. Een gefluidiseerd bed kan worden gedefinieerd als het bed van vaste deeltjes dat zich gedraagt als een vloeistof. Het werkt op het principe dat wanneer gelijkmatig verdeelde lucht met lage snelheid naar boven wordt geblazen door een fijn verdeeld bed van vaste deeltjes, de deeltjes onverstoord blijven, maar als de luchtstroomsnelheid gestaag wordt verhoogd, wordt een stadium bereikt waarbij de individuele deeltjes in de luchtstroom worden opgehangen.
Als de luchtstroomsnelheid verder wordt verhoogd, wordt het bed zeer turbulent en vindt er snelle menging van deeltjes plaats die eruitziet als het vormen van bubbels in een kookvloeistof, en het proces van verbranding wordt dan gefluidiseerde bed verbranding genoemd.
De snelheid van de lucht, die fluidisatie veroorzaakt, hangt af van een aantal parameters, zoals:
Grootte van de brandstofdeeltjes.
Dichtheid van de lucht-brandstofmenging.
Daarom worden deze parameters goed in overweging genomen bij het manipuleren van de luchtstroomsnelheid voor de gewenste verbrandingsgraad. Bij gefluidiseerde bed verbranding zorgt snelle menging voor uniformiteit van temperatuur. Het belangrijkste voordeel van gefluidiseerde bed verbranding is dat gemeentelijke afval, slib van rioolwaterzuiveringsinstallaties, biomassa, landbouwafval en andere brandstoffen met een hoog vochtgehalte kunnen worden gebruikt voor warmteopwekking.
Een gefluidiseerde oven heeft een afgesloten ruimte met een basis met openingen om lucht toe te laten. Verpletterde steenkool, as en verpletterde dolomiet of kalksteen worden gemengd in de bedoven en hoge snelheids verbrandingslucht wordt vervolgens door het bed geblazen, binnendringend vanaf de bodem van de oven.
Met de gestage toename van de luchtsnelheid zal een stadium worden bereikt waarbij de drukdaling over het bed gelijk is aan het gewicht per eenheid doorsnede van het bed, en deze bepaalde kritische snelheid wordt de minimum fluidiserende snelheid genoemd.
Bij verdere toename van de luchtsnelheid zal het bed beginnen uit te dijen en extra lucht doorlaten in de vorm van bubbels. Wanneer de luchtsnelheid 3 tot 5 keer de kritische snelheid bereikt, lijkt het bed op een hevig kookende vloeistof. Een grafische weergave van gefluidiseerde bed verbranding is gegeven in de figuur hieronder:
De evaporatortubes van de ketel zijn direct ondergedompeld in het gefluidiseerde bed en de buizen, die in direct contact staan met de brandende steenkooldeeltjes, produceren zeer hoge warmteoverdrachtsraten. Hierdoor wordt de grootte van de eenheid sterk verminderd en wordt ook verbranding met zeer hoge efficiëntie geproduceerd.
Gefluidiseerde bed verbranding (FBC) kan in 2 varianten voorkomen, namelijk:
Verticale FBC: Deze worden meestal gebruikt in kleinere installaties en hebben de capaciteit om slechts maximaal 6 ton stoom per uur te produceren. Hun verticale vorm vermindert de algemene afmetingen van de stoomketel, en is uitermate efficiënt in installaties waar de ruimte beperkt is.
Horizontale FBC: Deze hebben bijna 10 keer de capaciteit in vergelijking met verticale FBC. Ze kunnen zo veel als 60 ton stoom per uur produceren en liggen horizontaal ten opzichte van de ketelbuizen. De hoge capaciteit van de horizontale FBC, gecombineerd met hun hoge efficiëntie, maakt ze een zeer gewenste keuze voor kolen gestookte thermische energiecentrales.
FBC wordt tegenwoordig uitgebreid gebruikt in alle grote energiecentrales over de hele wereld, vanwege de vele voordelen die het biedt boven de andere dominante methoden van verbranding. Enkele daarvan zijn:
Hoge thermische efficiëntie.
Gemakkelijk as verwijderingssysteem, om te worden overgebracht voor cementproductie.
Korte inrichtings- en installatieperiode.
Volledig geautomatiseerd en daardoor veilige bedrijfsvoering, zelfs bij extreme temperaturen.
Efficiënte werking bij temperaturen tot 150oC (d.w.z. ver beneden de smeltpuntstemperatuur van as).
Verlaagde steenkoolvermorzeling etc. (verpulverde steenkool is hier niet noodzakelijk).
Het systeem kan snel reageren op veranderingen in belastingsvraag, vanwege de snelle vestiging van thermisch evenwicht tussen lucht en brandstofdeeltjes in het bed.
