天然气和煤粉注入过程中，载气特性对流动动力学及燃烧效率影响的数值分析

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Numerical analysis of carrier gas characteristic effects on flow dynamics and combustion efficiency in natural gas and pulverized coal injection

研究高炉中天然气与粉煤混合喷射，发现载气特性（流量、组成、温度）显著影响燃烧效率。氮气载气流量减半时 Tuyere温度升高但燃尽率下降；空气载气使燃尽率提升2.69%。优化温度需平衡挥发物释放与热效率，推荐373K

　　

摘要

将天然气和粉煤混合注入高炉是一种在全球碳减排倡议背景下具有前景的技术方法。载气和煤通过煤枪的空气入口进入高炉，载气的特性会影响空气入口处的流动情况以及煤的燃烧效率，因此研究高炉下部载气特性的变化非常重要。通过数值模拟，分析了载气特性（注入量、成分和温度）对俄罗斯高炉风口通道中天然气（NG）和粉煤混合燃烧的影响。当使用氮气（N₂）作为载气时，载气注入量从4000立方米/小时降低到2000立方米/小时，平均风口温度升高（从1947.42 K升至1963.30 K），一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的摩尔分数增加，粉煤的烧尽率降低。提高载气温度有助于改善粉煤的烧尽效果。载气温度每升高20 K，通道内的平均温度就会升高20.6 K，这有助于挥发物的释放和燃烧；然而，载气温度从373 K升高到393 K仅导致烧尽率变化了1.16%。考虑到粉煤的传输特性，建议将载气温度保持在约373 K以获得最佳性能。值得注意的是，当使用空气作为载气时，粉煤的烧尽率比使用氮气时增加了2.69%。