·238· 北京科技大学学报 2006年第3期 在一个化学反应中，当反应达到平衡时，生成 的颗粒半径对反应过程的影响如图3所示 物的浓度乘积除以反应物的浓度乘积所得参数为 Ca0颗粒喷入 该化学反应的平衡常数.在这里，生成物和反应 铁水切 向流入 物的浓度是指参与到化学反应中的浓度4].所 以，该反应的化学反应平衡常数为： (CaS)P8.5 K=(Cao)[S] (4) 铁水+硫 CaO颗粒脱硫反应的速率，即脱硫剂颗粒中 CaO含量的变化率为： d(CaOMco= 图2涡流式反应器简图 dt Fig.2 Schematic diagram of a swirling reactor Ahm-gAreact((CaO)[S]-(CaO)o[S]o) (5) 1.0 城 计算条件：[=0.01% 又(CaO)[s]= sP吧，有： .8 Km0.05 0.7 Kim-=1.0 kg.m-s- d(CaO)Mco= R=10 um dt 令 0.5 R=50μm (Cas)(cao)ts]) 0.4 khm一gA renet Kre R=100μm 02 所以， 10 50 100150200250 d(C(C(CO)(S])= 时间5 dt Kmg 图3颗粒尺寸对脱琥过程的彩响 km4πr(CaS)P Fig.3 Effect of particle size on CaO desulfurization K 2-(CaO[S]= 从图3可以看出，随着颗粒半径的增加，CaO （cas)pP6-Lc0Isl 脱硫反应速率变慢.这一结论与生产实际相 3k hm g 符5，原因是反应的相对接触面积减小.但是，采 (6) Pcaor Kreg 用本文所取的参数，颗粒半径的增加并不影响脱 1.4模型应用 硫剂的利用率.如图中所示，当颗粒半径分别为 以某涡流式脱硫反应器为例，铁水切向流入 10,50,100μm时，化学反应均在颗粒中Ca0含量 反应器中，边旋转边向下流动，形成旋涡流动，固 约为16%时几乎停止.另一方面，考虑到Ca0密 体CaO颗粒从中心喷入，被旋涡中心的卷吸，与 度与铁水密度相差较大，喷入铁水中的CaO颗粒 铁水一起向下流动（见图2），根据工程实际情况 会迅速上浮，与铁水接触时间较短.因此，为了达 取CaO颗粒密度为3000kg·m3,颗粒平均粒径 到好的脱硫效果，脱硫剂颗粒应尽量细化，在能保 为100um,在旋流的作用下，颗粒迅速与铁水混 证脱硫剂颗粒在铁水中停留时间的情况下，增大 合，其CaO颗粒的脱硫过程可利用上述模型来进 脱硫剂颗粒尺寸，仍能达到良好的脱硫效果〔6]， 行详细研究，假设所处网格中的铁水含硫量保持 (2)传质系数的影响，本文取传质系数 0.01%不变（实际过程中，该含量是一个变化值， khmg分别为0.1,0.5,1.0kg°m2s进行了对 具体值由CFD软件来提供).计算中反应温度为 比计算，计算结果如图4所示.计算中其他参数， 1450℃，根据文献[1]，可认为km+g为常数，且在 如铁水初始含硫量、化学反应平衡常数、CaO颗粒 0.1~1.0kgm2s1之间取值，化学反应平衡常 半径等均不变， 数K=0.05 比较图4中的三条反应曲线可以得到，随着 应用所建立的CaO颗粒在铁水中的脱硫模 传质系数的增大，CaO脱硫反应速率加快，这一 型，改变CaO颗粒大小、传质系数、铁水初始含硫 结果显然是合理的，原因是传质系数的增加使反 量进行了对比计算，所得结果如下 应物相互接触所需要的时间缩短.文献[3]表明， (1)脱硫剂颗粒尺寸的影响.在铁水初始含 传质系数，可通过反应器的设计、通入惰性气体搅 硫量、化学反应平衡常数、传质系数不变时，不同 拌以及改变颗粒的孔隙率而改变.因此，可以通北 京 科 技 大 学 学 报 年第 期 在一个化学反应 中 ， 当反应达到平衡时 ， 生成 物的浓度乘积 除以反应物的浓度乘积所得参数为 该化学 反 应 的平衡常数 在这 里 ， 生成 物和 反 应 物的浓 度 是 指 参 与到 化 学 反 应 中 的浓 度’ 所 以 ， 该反应 的化学反应平衡常数为 的颗粒半径对反应过程 的影 响如 图 所示 铁水切 颗粒喷人 向流 鸳 铁水 硫 颗粒脱硫 反 应 的速 率 ， 即脱硫剂颗 粒 中 含量的变化率为 这瓮卿 。 一 ， 一 。 。 图 涡流式反应器简图 苦‘ 八妇 八讨八“ 乙奋呼，，‘印咤，︸了 济嘛于契曝令覃牟长名粼卞彩 又 鸳 哩 计算条件 卜。 犬碗 刀 、 编 一 沂 · 一， 一 ， 镌升 。 鸳一 「〕 所 旦 以 ‘瓮 一 粽 嘴 黔 书 红 尸切 兀 肠 背 雌 哪 尸鸳 雌 时间 图 顺粒尺寸对脱硫过程的影响 犯 ， 一 「」 模型应用 以某涡流式脱硫 反 应 器 为例 ， 铁 水切 向流入 反应器 中 ， 边旋转 边 向下流 动 ， 形 成旋 涡流 动 ， 固 体 颗粒从 中心 喷入 ， 被旋涡 中心 的卷 吸 ， 与 铁水一起 向下 流 动 见 图 ， 根据 工 程 实 际情 况 取 颗粒 密度为 ’ 一 ， 颗粒平均粒径 为 “ ， 在 旋 流 的作用 下 ， 颗 粒 迅 速 与铁 水 混 合 ， 其 颗粒 的脱硫过程 可利用上 述 模型 来进 行详细研 究 假设所处 网格 中的铁水含硫量保持 不变 实际过 程 中 ， 该含量是 一 个变 化值 ， 具体值 由 软件来提供 计算中反应 温度为 ℃ ， 根据文献 ， 可认为 一 为常数 ， 且在 一 · 一 “ · 一 ’之 间取值 ， 化学反 应平衡常 数 二 一 「 应 用 所建立 的 颗 粒 在铁 水 中的脱硫 模 型 ， 改变 颗粒大小 、 传质系数 、 铁水初始含硫 量进行 了对 比计算 ， 所得结果如下 脱硫剂颗粒尺 寸 的影 响 在铁水初 始 含 硫量 、 化 学反 应平衡常数 、 传质 系数不变 时 ， 不 同 从 图 可 以看出 ， 随着颗 粒 半径 的增 加 ， 脱硫 反 应 速 率 变 慢 这 一 结 论 与 生 产 实 际 相 符 ， 原 因是反应 的相对接触面积减小 但是 ， 采 用本文所取 的参数 ， 颗粒 半径 的增 加 并 不影 响脱 硫剂 的 利用 率 如 图 中所 示 ， 当颗 粒 半径分 别 为 ， ， 拜 时 ， 化学反应均 在颗粒 中 含 量 约为 时几乎停止 另一方面 ， 考虑 到 密 度与铁水密度相差较大 ， 喷入铁 水 中的 颗 粒 会迅速上 浮 ， 与铁水接触时 间较短 因此 ， 为 了达 到好 的脱硫效果 ， 脱硫剂颗粒应尽量细化 ， 在能保 证脱硫剂颗粒 在铁 水 中停 留时 间的情况 下 ， 增 大 脱硫剂颗粒尺寸 ， 仍能达到 良好 的脱硫效果 传 质 系 数 的 影 响 本 文 取 传 质 系 数 、 一 分别为 ， ， · 一 · ，一 ‘进行 了对 比计算 ， 计算结果如 图 所示 计算中其他参数 ， 如铁水初始含硫量 、 化学反应平衡常数 、 颗粒 半径等均 不变 比较图 中的三条反 应 曲线可 以得 到 ， 随着 传质 系数的增大 ， 脱硫反 应速 率加快 这 一 结果显然是合理 的 ， 原 因是 传质系 数的增 加使反 应物相互接触所需要 的时间缩 短 文献 〔 表 明 ， 传质系数 ， 可通过反应器 的设计 、 通入惰性气体搅 拌 以及 改变颗 粒 的孔 隙率 而 改变 因此 ， 可 以通