Consequence of natural gas injection in blast furnace: a critical appraisal using a thermodynamic and evolutionary computation approach

ABSTRACT

The data generated from a model-based simulator are used in this study for evolutionary multi-objective Optimisation, correlating input parameters like natural gas and pulverised coal injection with coke rate, carbon rate and fuel cost. Evolutionary optimisers are used to minimise coke input and total fuel cost and corresponding CO₂ emissions were analysed. Co-injection of gas with coal in a blast furnace generally lowers furnace CO₂ emissions by increasing hydrogen in the input fuel. This study reveals that major emission reduction possibilities at the lowest optimised coke rate and total fuel cost do not exist when coal and gas co-injection is attempted. A tri-objective Optimisation study was also conducted for simultaneous minimisation of coke rate, carbon rate and fuel cost with co-injection of gas and coal and several trends emerged. Although significant reductions of coke rate and fuel costs were predicted, no marked reduction of carbon rate, hence emissions, was foreseen.

RÉSUMÉ

Les données engendrées par un simulateur basé sur un modèle sont utilisées dans cette étude pour une evolutionary optimisation multi-objectifs; la corrélation des paramètres d’entrée comme l’injection de gaz naturel et de charbon pulvérisé avec le taux de coke, le taux de carbone et le coût du combustible. Les optimiseurs évolutifs sont utilisés pour minimiser l’apport de coke et l’on a analysé le coût total du combustible et les émissions correspondantes de CO₂. La co-injection de gaz avec du charbon dans un haut-fourneau abaisse généralement les émissions de CO₂ du four en augmentant l’hydrogène dans le combustible d’apport. Cette étude révèle que les possibilités de réduction majeure des émissions au taux de coke optimisé le plus bas et de coût total du combustible n’existent pas lorsqu’on tente la co-injection de charbon et de gaz. On a également effectué une étude d’optimisation à trois objectifs pour la minimisation simultanée du taux de coke, du taux de carbone et du coût du combustible avec la co-injection de gaz et de charbon et plusieurs tendances ont émergé. Bien que des réductions importantes du taux de coke et des coûts de combustible aient été prévues, aucune réduction marquée du taux de carbone, et donc des émissions, n’était prévue.

KEYWORDS:

• Blast furnace
• simulation
• fuel cost
• natural gas
• top gas
• coke rate
• Optimisation
• evolutionary algorithm

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).