Exergo-Ecological Assessment Of Auxiliary Fuel Injection Into Blast-Furnace

• Autorzy: Stanek W. , Szega M. , Blacha L. , Niesler M. , Gawron M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0196

Warianty tytułu

PL

Ocena egzergo-ekologiczna wdmuchiwania paliw zastępczych do wielkiego pieca

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Metallurgy represents complex technological chain supplied with different kinds of primary resources. Iron metallurgy based on blast-furnace process, dominates in world steel production. Metallurgical coke is the basic fuel in this case. Its production is connected with several environmental disadvantageous impacts. One of them is the extended production chain from primary energy to final energy. The reduction of coke consumption in the process can be achieved e.g. by injection of auxiliary fuels or increasing the thermal parameters in the process. In present injection of pulverised coal dominates while recirculation of top-gas seems to be future technology. However, the latter one requires the CO₂ removal that additionally extended the production chain. The evaluation of resources management in complex energy-technological systems required application of advanced method based on thermodynamics. In the paper the system exergo-ecological assessment of pulverised coal injection into blast-furnace and top-gas recirculation has been applied. As a comparative criterion the thermo-ecological cost has been proposed.

PL

Metalurgia reprezentuje złożony łańcuch technologiczny zasilany różnymi rodzajami zasobów pierwotnych. Proces wielkopiecowy jest dominującą technologią w światowej metalurgii żelaza. Podstawowym paliwem w tym przypadku jest koks metalurgiczny. Produkcja koksu jest związana jednak z szeregiem niekorzystnych oddziaływań środowiskowych. Jednym z nich jest wydłużony łańcuch przemian od pozyskania zasobów energii pierwotnej do wytworzenia koksu. Redukcję zużycia koksu w wielkim piecu można osiągnąć przez wdmuchiwanie paliw zastępczych lub przez zwiększanie parametrów termicznych dmuchu wielkopiecowego. Obecnie w nowoczesnym procesie wielkopiecowym dominuje wdmuchiwanie pyłu węgla kamiennego. Jako technologię przyszłościową zaś wymienia się recyrkulację gazu wielkopiecowego do strefy dysz wielkiego pieca. Recyrkulacja gazu wymaga jednak zastosowania usuwania CO₂, co wiąże się z dodatkowymi nakładami energii. Ocena efektywności gospodarki zasobami w złożonych systemach energo-technologicznych wymaga zastosowania zaawansowanych metod opartych o prawa termodynamiki. W pracy zaprezentowano systemową egzergo-ekologiczną ocenę wdmuchiwania pyłu węglowego oraz recyrkulacji gazu gardzielowego do wielkiego pieca. Jako kryterium porównawcze zastosowano wskaźnik kosztu termo-ekologicznego.

Słowa kluczowe

EN

Blast-Furnace (BF); Pulverised Coal Injection (PCI); Top-Gas Recirculation (TGR); Thermo-Ecological Cost (TEC)

PL

wielki piec; wdmuchiwanie pyłu węglowego; recyrkulacja gazu wielkopiecowego; koszt termoekologiczny

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 711--719
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Stanek W.

• Silesian University of Technology, Institute of Thermal Technology, Gliwice, Poland

autor

Szega M.

• Silesian University of Technology, Institute of Thermal Technology, Gliwice, Poland

autor

Blacha L.

• Silesian University of Technology, Institute of Metals Technology, Katowice, Poland

autor

Niesler M.

• Institute for Ferrous Metallurgy, Department of Primary Processes, Gliwice, Poland

autor

Gawron M.

• Arcelormittal Poland S.A.

Bibliografia

• [1] http://www.worldsteel.org/statistics. Last assessed September 2014.
• [2] G. Hanniker, J.C. Davidson, Toward 300 kg/thm coke rate with granular coal injection, Ironmaking Conference Proceedings 50, 503-516 (1991).
• [3] J.C. Agarwal, F.C. Brown, D.L. Chin, The role of oxygen-plus-fuel injection in increasing of the productivity of the blast furnace, Proceedings of Ironmaking Conference 51, 139-147 (1992).
• [4] R.F. Hall, D.E. Heinz, K.S. Nanavati, Blast furnace operation with high oxygen and fuel injection rates, Iron and Steel Maker, August 18 (8), 35-39 (1991).
• [5] J. Szargut, Exergy Analysis, Technical and Ecological Applications. WIT-press, Southampton, (2005).
• [6] A. Domínguez, L. Czarnowska, A. Valero, W. Stanek, A. Valero, Thermo-ecological and exergy replacement costs of nickel processing, Energy (2014).
• [7] A. Ziębik, W. Stanek, Energy and exergy system analysis of thermal improvements of blast-furnace plants, International Journal of Energy Research 30, 101-114 (2006).
• [8] A. Ziębik, W. Stanek, Influence of blast-furnace process thermal parameters on energy and exergy characteristics and exergy losses, International Journal of Energy Research 30, 203-219 (2006).
• [9] J. Szargut, A. Ziębik, The influence of the blast parameters and of the injection of auxiliary fuels and hot reducing gas on the energy characteristics of a blast furnace plant (in Polish), Ossolineum, (1983).
• [10] J. Szargut, Analysis of cumulative exergy consumption, Energy Research 4, 541-547 (1987).
• [11] A. Valero, Exergy accounting: capabilities and drawbacks, Energy 31, 164-80 (2006).
• [12] J. Szargut, A. Ziębik, W. Stanek, Depletion of the non-renewable natural exergy resources as a measure of the ecological cost, Energy Conversion and Management 43, 1149-1163 (2002).
• [13] J. Szargut, W. Stanek, Fuel part and mineral part of the thermoecological cost, International Journal of Thermodynamics 15 (4), 187-190 (2012).
• [14] A. Ziębik, M. Szega, Zone-balance method of predicting the energy characteristics of a blast-furnace plant, Bull. Pol. Acad. Sci. Techn. 42 (4), 521-539 (1994).
• [15] W. Stanek, H. Rusinowski, Identification of the energy characteristics of a cowper stove with the application of neural modelling, Energy Conversion and Management 48, 2810-2817 (2007).
• [16] W. Stanek, Examples of application of exegy analysis for the evaluation of ecological effects in thermal processes, International Journal of Thermodynamics 15 (1), 11-16 (2012).
• [17] M. Niesler, New attitude to blast-furnace process in ulcos project, Prace IMZ3 (2009) (in Polish).
• [18] http://www.ulcos.org/en/.
• [19] ULCOS, the European initiative for CO2-lean steelmaking. Newsletter from MEFOS – Metallurgical Research Institute AB, Luleå, Sweden, December (2006).
• [20] J. Kotowicz, K. Janusz, Ways to reduce CO2 emissions from energetic processes (Sposoby redukcji emisji CO2 z procesów energetycznych). Rynek Energii 1, (2007) (in Polish).
• [21] A. Valero, E. Botero, An assessment of the earth’s clean fossil exergy capital based on exergy abatement cost., Proc. Conf. ECOS’2002, Berlin (2002).
• [22] W. Stanek, Method of evaluation of ecological effects in thermal processes with the application of exergy analysis, Silesian University of Technology Press, (2009) (in Polish).
• [23] W. Stanek, L. Blacha, M. Szega, Thermo-ecological cost (TEC) evaluation of metallurgical processes, Metalurgija 54 (1), 270-272 (2015).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.