高炉喷吹煤粉技术受经济性、运行操作和环境受益的驱使,在高炉炼铁中广泛应用。煤粉喷吹过程中,煤粉颗粒与载气的两相流通过喷枪喷入到直吹管中经风口进入高炉,在风口的空穴内燃烧后进入周围的固定焦炭床。在高喷吹率条件下往往导致低燃尽率,未燃尽的炭渣集聚在回旋区的边缘,影响了焦炭床的渗透性和高炉的稳定性。一方面,在高炉风口和回旋区内提高喷煤燃尽率是增加煤粉喷吹量的一个必要条件；另一方面,一个合适的气体组分分布有利于高炉的稳定运行。在实际生产中,控制和优化炉况的主要措施是及时调节运行条件,因此,准确和可靠的分析煤粉在风口和回旋区内的流动和燃烧过程,是优化选择煤粉和鼓风参数必不可少的。本文针对这一复杂的流动和燃烧行为建立了三维数学模型,在借助喷煤燃烧平台试验数据进行验证的基础上,对喷煤燃烧过程和运行条件的影响进行了详尽分析。喷吹煤粉在高温鼓风的高加热速率作用下,挥发分很快析出燃烧,通过对不同粒径组煤粉颗粒燃烧过程发现,不管是煤粉挥发分的析出过程,还是燃烧过程,以及最终的燃尽率,都依赖于颗粒粒径。煤粉挥发分虽然对最终燃尽率的贡献值相同,但炭最终的燃尽水平是由颗粒直径决定的。本数学模型中,着重考虑了炭和水蒸气、炭和二氧化碳的异相反应,对于气体组分场的预测更加全面和可靠,包含了H2和CO的气体质量分数分布。增加鼓风温度,煤粉经历的预热时间更短,挥发分更早更快的析出,提高煤粉燃尽率。鼓风温度的升高对于上游区域煤粉燃尽率的影响更加明显,鼓风温度1200℃是燃尽率增加快慢的一个过渡点,是保证高炉喷煤燃尽率的一个基准温度。通过增大鼓风富氧率,不管是中心煤粉流还是周边区域的循环小颗粒,煤粉与氧气接触的几率都增大,是增大燃尽率和保持火焰面温度的有效手段。鼓风含水量对喷煤在直吹管和风口内的流动和燃烧过程影响不大,对靠近壁面循环区域的温度场影响不大,鼓风水分的增加促使中心轴线处主要燃烧区域温降下降明显,鼓风水分还通过与炭发生的吸热反应,消耗炉缸热量,影响气体组分场的分布。对于喷煤燃尽率而言,喷煤量影响最大,鼓风参数影响程度主次顺序依次为鼓风富氧量、鼓风温度和鼓风水分。模拟结果显示,要想明显提高煤粉的燃尽率,可以通过减小煤粉平均粒径、采用高挥发份煤粉和提高鼓风富氧率实现；提高鼓风温度可以增加煤粉燃尽率,但鼓风温度高于1200℃时,对于最终燃尽率的增加作用不明显。