Use of process models to estimate CO2 emission reduction for top gas recycle furnace

The blast furnaces contribute to a major part of the CO2 emissions in an integrated steel plant. A top gas recycle (TGR) furnace, which is essentially a modified blast furnace system, has been suggested by ULCOS for consideration of reduction of CO2 emission from a blast furnace type of point source. This furnace is operated with an oxygenated blast and the top gas is passed through vacuum pressure swing adsorption (VPSA) unit to reject the major amount of CO2 & the CO-rich gas is recycled back either through tuyere or, both tuyere and shaft. The predictions made pertain to assumed burden specifications which have been the subject of a recent publication. These describe how attainable carbon rates and CO2 emission can be predicted subject to constraints of Raceway Adiabatic Flame temperature and thermal reserve zone temperature. In this paper, an attempt has been made to construct Pareto Fronts for minimizing carbon rate and net CO2 emissions at given coal rate injection and recycle gas circulation through tuyeres only. The data was categorized by the net downstream energy available. The optimal carbon rates show a variation and need to be governed by choice of input operating conditions of the blast, recycle gas volume and temperature by the plant. It is brought out that when the available downstream energy is to be maximized, it may not be possible to attain the lowest CO2 emissions. An identical trend in productivity is also observed. For attaining high values of downstream energy, the productivity shows a decreasing trend with higher CO2 emissions.

---

Wielkie piece są głównym źródłem emisji C02 w zintegrowanych zakładach hutniczych. Przedmiotem pracy jest recycling gazu gardzielowego (ang. Top Gas Recycle - TGR) sugerowany przez UNCOS (ang. Ultra Low C02 Steelmaking), który w znaczny sposób modyfikuje proces wielkopiecowy i zmierza do ograniczenia emisji C02. W hutach o ultra niskiej emisji C02 ten piec został wybrany jako obiekt, w którym istnieją możliwości redukcji tej emisji. Gaz gardzielowy takiego pieca, pracującego z dmuchem zawierającym tlen, przechodzi przez niskociśnieniowe urządzenie adsorpcyjne (ang. Vacuum Pressure Swing Adsorption - VPSA) służące do obniżenia udziału C02 i tym samym wzbogacenia gazu w CO. Tak przygotowany gaz jest zawracany do dysz lub dysz i szybu wielkiego pieca. Dotychczasowe prace opisane w publikacjach odnoszą się do specyfikacji wsadu. Opisano w jaki sposób można przewidywać możliwe do osiągnięcia zużycia paliwa oraz emisję C02, uwzględniając ograniczenia temperatury płomienia i temperatury strefy rezerwy cieplno-chemicznej. W niniejszej pracy podjęto próbę zbudowania Frontu Pareto dla minimalizacji zużycia węgla i emisji C02 dla danej prędkości ilości wdmuchiwanego węgla i cyrkulacji gazu tylko przez dysze. Dane pogrupowano względem dostępnej pozostającej do dyspozycji energii. Optymalne zużycia węgla wykazują wahania i powinny być kontrolowane przez wybór wejściowych parametrów dmuchu oraz sterowanie ilością i temperaturą zawracanego gazu. W pracy pokazano, że kiedy dostarczana energia ma być maksymalizowana uzyskanie, minimum emisji CO2 może być możliwe. Podobny trend obserwujemy dla wydajności. Przy wysokich wartości podaży energii obserwujemy spadek wydajności przy wzroście emisji C02.