移动床内气化反应特性的模拟

孔全磊，刘军祥,于庆波,段文军

(东北大学 冶金学院，沈阳 110819)

钢铁企业是我国的耗能大户，炼铁工序能耗约占钢铁企业总能耗的60%.高炉渣是高炉炼铁的主要副产物，高炉渣铁比约为300 kg/t.高炉熔渣排出温度在1 773 K左右，每吨高炉熔渣大约有1.8 GJ的热量，相当于57 kg标准煤的热值[1].目前高炉渣的余热回收方式主要分为物理法和化学法.对于化学法回收高炉渣余热，Li等[2]提出以高炉渣为热源进行煤气化的新型热回收系统，该回收系统由熔融气化炉、粒化装置、二次气化炉和余热锅炉组成.二次气化炉是以高炉渣颗粒为热源的移动床气化系统，该气化系统本质上是一个复杂的稠密气固反应两相流系统.

现阶段对稠密气固反应两相流的数值模拟方法主要有两种：一是双流体法(TFM)，二是计算流体力学与离散单元法相结合法(CFD-DEM).TFM是将固相看成连续相来进行处理，固相和气相是能共同存在且能相互渗透的连续介质，在欧拉框架下对固相进行求解[3].Yan等[4]采用TFM对双流化床气化进行了模拟研究，并根据实验数据对出口气体组分进行了很好的预测.CFD-DEM是基于欧拉-拉格朗日框架下的一种方法，在拉格朗日框架下对固相进行求解.与TFM相比，CFD-DEM能准确获取颗粒的物理信息，已经发展为一种常用的处理颗粒流的方法.Liu等[5]采用CFD-DEM研究了流化床反应器的焦炭燃烧，但是其床体内初始颗粒较少，反应过程中不添加颗粒.Ku等[6]采用CFD-DEM模拟流化床气化，并和实验进行了对比.本文采用……