石灰窑管路烟气空气换向阀流动特性模拟分析

张大飞，高 伟

（南京净环热冶金工程有限公司，江苏 南京 210016）

在石灰窑项目设计过程中，对于气体管路设计时，对于各种非标阀门的流动特性没有直接的校验数据进行查询，需要通过模拟的手段对一些非标设备分析，获得一些基本数据，让设计人员在设计时有一定的技术数据支持，本文就对空气管路中的烟气空气换向阀进行模拟分析。

根据设备部门提供的设备图纸，提供UG软件建立三维模型，ICEM进行网格划分，FLUENT软件进行分析模拟。获得不同工况下的数据资料。

1 结构与工作条件

1.1 烟气换向阀的工作方式

烟气在换向阀管路中的流动方式如图1所示。当换向阀阀盖处在左端时，石灰窑内烟气从换向阀下端入口流入，从上端出口排出；当阀盖处于上端时，助燃空气从换向阀左端入口流入，从下端入口进入窑体。

图1 换向阀内气体流动方式

1.2 烟气的成分

根据石灰窑烟气成分表查表可得，如表1所示。

表1 烟气成分

烟气在50℃时的热物性参数如表2所示。

表2 烟气在50℃时的热物性参数

1.3 烟气换向阀的结构

换向阀的三维结构如图2所示。当换向阀内流体为烟气时，其内部结构与阀盖位置如图3所示。

图2 换向阀外观图

图3 烟气流动时的换向阀结构图

1.4 算模型与边界条件的设定

流量设定工作压力为0.25MPa，如表3所示。

表3 进气流量设置

计算网格与报告3中的相同。在边界条件设置中，将material中流体air的热物性参数改为表3中的值，来模拟烟气的流动情况。进口为质量流量入口，出口为压力出口，其余面均设置为绝热、无滑移壁面；流体域为空气，不可压缩，常物性。整个流动状态处于湍流状态，湍流模型选择k-ε模型。

2 计算结果及流动特性分析

烟气流动的模拟计算结果与直通流动的空气计算结果对比如表4所示。

表4 烟气换向阀流动模拟计算结果

可以看出，烟气的流动损失略大于空气，压差曲线如图4所示。

图4 压差曲线

3 结论

通过对空气换向阀与烟气换向阀的数值模拟对比，可以得出。

（1）通过该阀时，空气及烟气的压力损失值都很小，最大流量下15Pa。在管路设计中可忽略该部分的阻力损失。

（2）由于烟气的粘度大于空气的粘度，因此流动损失相比空气略有提升。