Analiza wykorzystania gazu koksowniczego Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Marcin Liszka, Andrzej Ziębik Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska

Potencjalne możliwości wykorzystania gazu koksowniczego - produkcja: M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Potencjalne możliwości wykorzystania gazu koksowniczego - produkcja: elektryczności i ciepła surówki żelaza (wdmuchiwanie do wielkiego pieca) wodoru metanolu żelaza gąbczastego (DRI) Zazwyczaj niezbędna jest instalacja oczyszczania gazu ze smoły, siarki i amoniaku

Stan wiedzy o zastosowaniach gazu koksowniczego M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Przesłanki wyboru analizowanych opcji: - utrzymujące się wysokie zapotrzebowanie na stal i elektryczność - rosnące ceny zbytu tych produktów Stan wiedzy o zastosowaniach gazu koksowniczego w instalacjach redukcji bezpośredniej: US Patent 4,351,513 (1982) Direct Reduction of Iron Ore Using Coke Oven Gas US Patent 6,986,800 (2006) Method and apparatus for improved use of primary energy sources in integrated steel plants opracowania techniczno-naukowe, np.: P. Diemer i in.: Potentials for utilization of Coke Oven Gas in Integrated Iron and Steel Works (2004)

Wariant I (referencyjny) – produkcja elektryczności M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wariant I (referencyjny) – produkcja elektryczności surowce produkty ELEKTRYCZNOŚĆ NETTO ELEKTRYCZNOŚĆ DO KOKSOWNI ELEKTRYCZNOŚĆ DO WIELKIEGO PIECA

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Kryterium oceny i porównania wariantów - skumulowane zużycie energii pierwotnej do produkcji surówki Rachunek skumulowanego zużycia energii Proces „j” dla wariantu I:

Wariant II – produkcja elektryczności i DRI M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wariant II – produkcja elektryczności i DRI surowce produkty ELEKTRYCZNOŚĆ NETTO ELEKTRYCZNOŚĆ DO TOPIENIA DRI ELEKTRYCZNOŚĆ DO WIELKIEGO PIECA I KOKSOWNI

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Model symulacyjny Zespół wielkiego pieca i koksownia – modele wskaźnikowe oparte o wyniki wcześniejszych badań prowadzonych w ITC, dotyczących hutnictwa krajowego, np.: zużycie spieku w wielkim piecu: 1700 kgsp/Mgsur zużycie energii chemicznej węgla w koksowni: 40300 kJweg/kgk produkcja en. chem. gazu koksowniczego netto: 5130 kJgk/kgk Instalacja DR – modele wskaźnikowe zapotrzebowania na czynniki redukcyjne na podstawie danych literaturowych (US patent): dla H2: 0.0155 kmolH2/kgdri dla CO: 0.00967 kmolCO/kgdri Model fizykalny reformingu gazu koksowniczego oparty na założeniu równowagi termodynamicznej pomiędzy produktami procesu

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Model symulacyjny – cd Instalacja DR - wyznaczone parametry gazu reformowanego

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Model symulacyjny Elektrociepłownia – model fizykalny układu gazowo-parowego sporządzony w oparciu o symulator GateCycle. Przyjęte parametry w poszczególnych punktach układu wynikają z odrębnych studiów optymalizacyjnych, np.: temperatura spalin za komorą spalania: 1400oC liczba poziomów ciśnienia pary w kotle: 3 (15; 2.5; 0.15 MPa) temperatura pary świeżej/wtórnie przegrzanej: 550oC

Wyniki obliczeń – wpływ instalacji DR na produkcję elektryczności M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wyniki obliczeń – wpływ instalacji DR na produkcję elektryczności

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wyniki obliczeń – wskaźnik skumulowanego zużycia energii pierwotnej do produkcji surówki Założone wskaźniki skumulowanego zużycia energii pierwotnej dla surowców i elektryczności

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wyniki obliczeń – składowe wskaźnika skumulowanego zużycia energii pierwotnej do produkcji surówki

Wyniki obliczeń – analiza wrażliwości M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wyniki obliczeń – analiza wrażliwości

M. Liszka, A. Ziebik: Analiza wykorzystania gazu koksowniczego w układzie bezpośredniej redukcji rudy żelaza przy współwytwarzaniu elektryczności Koksownictwo 2008, Zakopane, 8-10 październik 2008 Wnioski Oba analizowane warianty odznaczają się niskim wskaźnikiem zużycia energii pierwotnej do produkcji surówki w porównaniu do wartości uzyskiwanych dla krajowego hutnictwa (ok. 20 GJ/Mg). Różnica ta wynika głównie z przyjęcia wysokosprawnego układu gazowo-parowego do utylizacji hutniczych paliw gazowych. Wykorzystanie gazu koksowniczego do bezpośredniej redukcji rudy żelaza powoduje niewielkie zwiększenie zużycia energii pierwotnej (o ok. 2.5%). Tendencja ta związana jest głównie z obniżeniem produkcji elektryczności w elektrociepłowni w wariancie II. Zanika ona wraz ze zwiększaniem sprawności wytwarzania elektryczności w elektrowni zastępowanej. Uzyskane wyniki analizy termodynamicznej nie przesądzają o wyborze jednego z analizowanych wariantów. Rozstrzygnięcie o zasadności zwiększenia produkcji surówki kosztem zmniejszenia produkcji elektryczności leży w zakresie analizy ekonomicznej.

Dziękuję za uwagę marcin.liszka@polsl.pl