高炉煤气作为高炉冶炼的能源副产品,因其低热值和低利用率等特点使得高炉煤气的循环利用成为高炉节能降耗的突破点。高炉喷吹煤粉是现代高炉为了调节高炉炉况所采用的重要手段,如果将高炉煤气通过气体分离膜进行筛分处理,获得可燃成分较高的气体,并使其作为煤粉喷吹的载气进入高炉,就能实现高炉煤气的二次利用。数值模拟是研究高炉内部反应常用的方法,通过数值模拟可对高炉煤气的二次利用进行理论研究。本文选择经过氧化石墨烯/碳纳米管分子筛膜筛分后的高炉煤气作为高炉煤粉喷吹（PCI）的载气和碳基燃料,通过构建高炉炉腹模型,建立高炉煤粉喷吹的数学模型,使用Fluent软件对经过膜分离的高炉煤气在高炉冶炼中的二次利用进行了数值模拟,并利用实验数据对模型进行了验证。研究结果表明:将经膜分离的高炉煤气作为煤粉载气用于高炉喷吹时,气-固相流动分为高速气体喷吹和低速气体再循环,炉内气体的流速明显增大,提供较大的动能,这有利于吹透死料堆;并且相比单独喷吹煤粉和普通高炉煤气为煤粉载气喷吹,经膜分离的高炉煤气作为煤粉载气形成的高温区更靠近高炉中心,煤粉颗粒的运动轨迹更靠近死料区;筛分后的高炉煤气对煤粉燃烧的促进作用更加显著,煤粉的热解反应提前,同时可提供部分高炉冶炼所需要的能源消耗,在回旋区煤粉的燃尽速率呈现“双峰”现象。筛分后的高炉煤气为载气时,三种煤粉都形成更靠近高炉中心区域的高温区,温度都有了较大提升。A煤粉达到的温度相对较高,C煤粉的高温区域有沿死料区边界向滴落区上移的趋势。筛分后的高炉煤气为载气时,燃烧反应均开始于吹管,吹管内产生的高温可能会加速吹管的烧损。在不同煤粉时气相组分含量的变化类似,变化量受煤粉种类的影响,当有煤气参与时,加剧了这种变化。此外富氧率的增加使高炉内部的温度增加,相比单独喷吹煤粉,筛分后高炉煤气作为煤粉载气时,富氧率对温度提升的影响较小,但增加富氧率时回旋区中O₂含量降低的趋势有所提前,同时耗氧增加,促进了煤粉残炭的燃烧。对于较低的富氧率下,CO₂含量的增速减缓的趋势更加明显。这说明富氧率对筛分后高炉煤气燃烧的影响较小,对煤粉燃烧性能的影响提前。筛分后的高炉煤气作为煤粉载气时,在回旋区内不同煤粉粒径下的温度提升都较为平缓,较小粒径的煤粉达到的温度略高。在吹管内距喷枪出口0.1m至回旋区前端,粒径较大时CO₂含量较高,在回旋区CO₂含量随煤粉粒径的增加而降低。由此可见,对于经膜分离的高炉煤气作为煤粉载气喷吹时,可提供高炉冶炼所需的部分能量,促进煤粉燃烧,实现高炉煤气的二次利用。