数值模拟ψ（CO）：ψ（H_(2)）对直接还原竖炉反应过程的影响

作者：田旭; 周恒^*; 黄健; 蔡皓宇; 寇明银; ***

来源：钢铁, 2023, 1-9.

DOI：10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230212

• 富氢直接还原竖炉
• ψ(CO):ψ(H_(2))
• 反应过程
• 数值模拟
• 煤气利用率

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ψ(CO)：ψ(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ψ(CO)：ψ(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ψ(CO)：ψ(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。

• 单位
  自动化学院; 北京建龙重工集团有限公司; 北京科技大学