實際置換比是指按高爐冶煉過程中實際取代的焦炭量計算比值。置換比是指高爐噴吹燃料時，每公斤燃料取代焦炭的公斤數。按噴吹燃料中C、H元素含量，並分析其在高爐內參加還原過程應代替的焦炭量計算的稱為理論置換比。
基本介紹
- 中文名：實際置換比
- 外文名：Actual displacement ratio
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 範圍：能源
- 釋義：冶煉時實際取代的焦炭量計算比值
簡介,影響置換比的因素,煤氣溫度對置換比的影響,焦爐煤氣成分對置換比的影響,噴吹焦爐煤氣時煤氣利用率對置換比的影響,焦炭中固定碳含量對置換比的影響,
簡介
實際置換比是指按高爐冶煉過程中實際取代的焦炭量計算比值。置換比是指高爐噴吹燃料時，每公斤燃料取代焦炭的公斤數。按噴吹燃料中C、H元素含量，並分析其在高爐內參加還原過程應代替的焦炭量計算的稱為理論置換比。噴吹各種燃料的置換比，與該種燃料中C、H元素含量及該燃料在風口高溫區分解吸熱量多少有關。另外與各廠所使用的焦炭質量，尤其是焦炭灰分有關。
影響置換比的因素
如何提高置換比，是高爐噴吹焦爐煤氣工藝研究的焦點問題。通過對置換比影響因素進行分析，可幫助鋼鐵企業找出提高置換比的突破口。由置換比的公式分析可知，置換比主要與焦爐煤氣的成分、爐頂煤氣溫度、噴吹焦爐煤氣時煤氣的利用率（CO、H2）和焦炭中固定碳的質量分數等因素有關。
有關置換比的兩點說明：
1）焦爐煤氣的成分取決於煉焦配煤情況、煉焦工藝制度及碳化室密封情況。
CO、CO2和N2含量較低，波動較小，這裡認為這些成分固定，體積分數分別為7%、2%和3%。焦爐煤氣成分僅與CH4和H2有關，兩者體積之和為88%。
2）焦炭中含有少量的水分和揮發分，為方便計算，假設水分和揮發分之和為3%，固定碳和灰分之和為97%。
煤氣溫度對置換比的影響
在不同條件下，爐頂煤氣溫度基本對置換比無明顯影響。計算表明，爐頂煤氣溫度每提高10℃，置換比降低約0.0006。這是因為爐頂煤氣溫度僅與煤氣所帶走的熱量QGasCoke和QGasCOG有關，在爐頂煤氣溫度變化範圍內，其值變化均在10的數量級，而焦炭和焦爐煤氣在高爐中所釋放的熱量QCoke和QCOG均在104 數量級。爐頂煤氣溫度對置換比基本上沒有影響。
由於爐頂煤氣溫度對置換比的影響基本可忽略不計，在計算時，若無法獲得準確的爐頂煤氣溫度，可代入典型高爐的爐頂煤氣溫度進行計算。下面的討論中，爐頂煤氣溫度取200℃。
焦爐煤氣成分對置換比的影響
焦爐煤氣中CH4的體積分數每升高一個百分點，置換比升高0.0075左右。焦爐煤氣在風口前不完全燃燒放熱，且1m的CH4生成1m的CO和2m的H2，比等體積的H2放熱要多，因此QNetCOG增加，置換比增大。
由此可見，焦爐煤氣中CH4所占的比例越大，置換比越高。但對於鋼鐵企業而言，焦炭的質量要遠遠比焦爐煤氣的成分重要，因此通過改變煉焦配煤或煉焦工藝來提高焦爐煤氣中CH4並非合理之舉。但鋼鐵企業可以考慮加強碳化室的密封，儘量減少空氣或燃燒室煙氣的漏入，從而增大CH4所占的比例是可行的途徑。
噴吹焦爐煤氣時煤氣利用率對置換比的影響
CO的利用率每升高一個百分點，置換比升高0.0069左右。這是因為提高CO的利用率，H2的利用率會隨之提高。這就意味著更多的CO和H2轉化為CO2和H2O，焦爐煤氣在高爐中所釋放的熱量QNetCOG增加，置換比增大。
CO和H2的利用率之間存在著一定的關係。此公式是在高爐H2的含量較低的情況下得出的，但隨著焦爐煤氣噴吹量的增加，爐腹煤氣的H2的含量增加，H2的利用率和CO利用率之間的關係還有待研究。因此，討論置換比和H2的利用率的關係是很有必要的，假定CO固定為48%。在CO的利用率不變的情況下，H2的利用率提高一個百分點，置換比提高約0.0092。結果表明，H2的利用率對置換比的影響非常大。
有研究表明，由於水煤氣置換反應的存在，使H2有促進CO還原的作用，相當於是CO還原反應的催化劑。因此，如何科學調節高爐內煤氣流的分布，充分利用焦爐煤氣中富含的H2，提高高爐的煤氣利用率，從而提高置換比，值得鋼鐵企業和科研單位深入研究。
焦炭中固定碳含量對置換比的影響
焦爐煤氣所置換的焦炭中固定碳含量越高，置換比越低。計算表明，固定碳含量每升高一個百分點，置換比下降0.0066左右。這是因為焦炭中固定碳含量越高，焦炭中固定碳在高爐中所釋放的熱量越高，而灰分所形成的爐渣帶走的熱量越少，置換比減小。
置換比與所替代的焦炭中固定碳含量有很大的關係，因此，在各個企業比較置換比時，應給出所替代焦炭中的固定碳含量。否則，置換比的數值將失去其意義。
