数值模拟φ(CO)∶φ(H2)对直接还原竖炉反应过程的影响

摘要：

随着制氢技术的发展,气基直接还原竖炉使用绿色H2作为还原剂进行生产变得可行.在诸多非高炉炼铁技术中,富氢直接还原竖炉工艺有望解决传统高炉长流程工艺CO2排放高的问题.但富氢直接还原竖炉面临的共性问题是还原煤气中H2体积分数过高时还原吸热导致炉内热量不足,从而影响煤气利用率和金属化率.如何调整还原煤气φ(CO)∶φ(H2),使CO还原过程释放热量来弥补H2还原吸收的热量,并配合其他操作参数及炉型结构的优化,实现充分利用还原煤气中物理能与化学能,从而提高煤气利用率及金属化率,成为富氢直接还原竖炉亟需解决的问题.建立了富氢直接还原竖炉二维CFD数学模型,考察还原煤气中φ(CO)∶φ(H2)对竖炉内温度场、浓度场分布的影响规律.数学模型的正确性通过与实际工厂数据对比得以验证.模拟结果显示,当还原煤气中H2体积分数上升时,竖炉内温度整体持续下降.随着还原煤气中H2体积分数逐渐升高,H2利用系数逐渐下降、CO利用系数缓慢增长,煤气综合利用系数呈现先上升后下降的趋势,当H2体积分数为60％时,综合利用系数达到最高,为0.28.随着H2体积分数的升高,竖炉出口铁摩尔分数呈现先上升后下降的趋势,当H2体积分数为40％～50％时,铁摩尔分数最高可达95.67％.实际生产过程中,还原煤气中φ(CO)∶φ(H2)维持在40％:60％左右可获得较高的煤气利用率及产品金属化率.

关键词：富氢直接还原竖炉、φ(CO)∶φ(H2)、反应过程、数值模拟、煤气利用率

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分类号：TF531;TQ021.8;O643.1

资助基金：国家自然科学基金;北京科技大学青年教师学科交叉研究资助项目

在线出版日期：2024-01-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：34-40,57