粉煤調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的分析

粉煤調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的分析以煤氣化系統(tǒng)中的粉煤調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象，采用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)閥門(mén)內(nèi)部的氣固兩相流動(dòng)開(kāi)展了數(shù)值模擬研究，得到了粉煤流量隨閥門(mén)開(kāi)度的變化情況及內(nèi)流場(chǎng)特性。分析了粉煤輸送過(guò)程中隨著閥門(mén)開(kāi)度增大，介質(zhì)出口附近存在粉煤堆積的現(xiàn)象。給出了閥門(mén)節(jié)流元件構(gòu)造改良，增大閥門(mén)的可調(diào)比，以減少流體卡塞滿足大流量工況的使用需求。1、概述

高壓粉煤流量調(diào)節(jié)閥(簡(jiǎn)稱粉煤調(diào)節(jié)閥)是Shell、GSP、HT-L煤氣化工藝裝置中，安裝在粉煤給料罐和氣化爐之間，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入氣化爐粉煤流量、準(zhǔn)確控制氣化爐內(nèi)氧-煤比的關(guān)鍵設(shè)備，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到氣化爐能否實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。粉煤調(diào)節(jié)閥輸送的介質(zhì)是以高壓氮?dú)饣蚨趸紴檩d體，具有一定硬度的固體粉煤顆粒，為氣-固兩相控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，高濃度粉煤介質(zhì)的濃度隨工況發(fā)生變化，致使介質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定，甚至?xí)氯y門(mén)。粉煤顆粒的高速運(yùn)動(dòng)對(duì)閥門(mén)造成很大的沖蝕，容易造成粉煤流量不穩(wěn)定，甚至?xí)狗勖赫{(diào)節(jié)失效，所以，粉煤調(diào)節(jié)閥具有耐高壓、耐沖擊、耐磨損及流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定等綜合性能。2、粉煤調(diào)節(jié)閥的構(gòu)造原理

粉煤調(diào)節(jié)閥主要由閥體、閥座、閥桿及閥頭組成(圖1)。閥頭上面開(kāi)有朝向出口的n形窗口，閥桿與閥頭通過(guò)螺栓連接成一體。工作時(shí)，執(zhí)行器帶動(dòng)閥桿上下運(yùn)動(dòng)，改變n形窗口與出口的過(guò)流面積，從而控制閥門(mén)的開(kāi)閉，n形窗口與出口相接的地方形成節(jié)流口。3、結(jié)果分析

選取粉煤調(diào)節(jié)閥(2.5in.，600psi)開(kāi)展數(shù)值分析。計(jì)算所用邊界條件及介質(zhì)物性與在線使用工況近似一致。計(jì)算模型選用歐拉模型，介質(zhì)為粉煤和二氧化碳，其中粉煤體積分?jǐn)?shù)占30%，粉煤顆粒的平均粒徑50μm。

通過(guò)模擬得到了粉煤流量隨開(kāi)度的變化情況(圖2)，在60%開(kāi)度之前，流量隨閥門(mén)開(kāi)度的增大明顯增加，60%開(kāi)度以后隨開(kāi)度的增大流量增加不明顯。通過(guò)體積分?jǐn)?shù)云圖(圖3)可以發(fā)現(xiàn)，在較大開(kāi)度下節(jié)流窗口上方發(fā)生了壅塞，已經(jīng)不利于粉煤的輸送。通過(guò)速度矢量圖(圖4)也可以看到，在節(jié)流口后方有明顯的渦流，同樣不利于粉煤的輸送而且會(huì)造成能量損失。因此可以考慮對(duì)節(jié)流元件開(kāi)展構(gòu)造改良，最終減少壅塞，增大閥門(mén)的可調(diào)比，滿足大流量工況的使用需求。

圖1粉煤調(diào)節(jié)閥

圖2粉煤調(diào)節(jié)閥(2.5in.，600psi)流量特性曲線

圖3粉煤調(diào)節(jié)閥(2.5in.，600psi)粉煤體積分?jǐn)?shù)云圖

圖4粉煤調(diào)節(jié)閥(2.5in.，600psi)出口粉煤速度矢量圖4、結(jié)語(yǔ)

CFD方法在粉煤調(diào)節(jié)閥上的應(yīng)用是氣固兩相流研究的突破，也是對(duì)粉煤密