以煤氣化系統中的粉煤調節閥為研究對象，采用CFD數值模擬方法對閥門內部的氣固兩相流動進行了數值模擬研究，得到了粉煤流量隨閥門開度的變化情況及內流場特性。分析了粉煤輸送過程中隨著閥門開度增大，介質出口附近存在粉煤堆積的現象。給出了閥門節流元件結構改進，增大閥門的可調比，以減少流體卡塞滿足大流量工況的使用需求。

1、概述

　　高壓粉煤流量調節閥( 簡稱粉煤調節閥) 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，用于調節進入氣化爐粉煤流量、精確控制氣化爐內氧- 煤比的關鍵設備，其性能優劣直接關系到氣化爐能否實現安全、長期穩定運行。粉煤調節閥輸送的介質是以高壓氮氣或二氧化碳為載體，具有一定硬度的固體粉煤顆粒，為氣- 固兩相控制系統。在系統的調節過程中，高濃度粉煤介質的濃度隨工況發生變化，致使介質流動不穩定，甚至會堵塞閥門。粉煤顆粒的高速運動對閥門造成很大的沖蝕，容易造成粉煤流量不穩定，甚至會使粉煤調節失效，所以，粉煤調節閥具有耐高壓、耐沖擊、耐磨損及流量調節穩定等綜合性能。

2、粉煤調節閥的結構原理

　　粉煤調節閥主要由閥體、閥座、閥桿及閥頭組成( 圖1) 。閥頭上面開有朝向出口的n 形窗口，閥桿與閥頭通過螺栓連接成一體。工作時，執行器帶動閥桿上下運動，改變n 形窗口與出口的過流面積，從而控制閥門的開閉，n 形窗口與出口相接的地方形成節流口。

3、結果分析

　　選取粉煤調節閥(2.5in. ，600psi) 進行數值分析。計算所用邊界條件及介質物性與在線使用工況近似一致。計算模型選用歐拉模型，介質為粉煤和二氧化碳，其中粉煤體積分數占30%，粉煤顆粒的平均粒徑50μm。

　　通過模擬得到了粉煤流量隨開度的變化情況(圖2) ，在60% 開度之前，流量隨閥門開度的增大明顯增加，60%開度以后隨開度的增大流量增加不明顯。通過體積分數云圖(圖3) 可以發現，在較大開度下節流窗口上方發生了壅塞，已經不利于粉煤的輸送。通過速度矢量圖( 圖4) 也可以看到，在節流口后方有明顯的渦流，同樣不利于粉煤的輸送而且會造成能量損失。因此可以考慮對節流元件進行結構改進，最終減少壅塞，增大閥門的可調比，滿足大流量工況的使用需求。

圖1 粉煤調節閥

圖2 粉煤調節閥(2.5in. ，600psi) 流量特性曲線

圖3 粉煤調節閥(2.5in. ，600psi) 粉煤體積分數云圖

圖4 粉煤調節閥(2.5in. ，600psi) 出口粉煤速度矢量圖

4、結語

　　CFD方法在粉煤調節閥上的應用是氣固兩相流研究的突破，也是對粉煤密相輸送的探索，現階段的研究得到了產品的流量特性曲線和內流場特性，對于已有產品的改進和新產品的研制可以起到指導作用。