Energy Balance and Coke Making: Environmental Implications and Solutions, Study notes of Materials Physics

Download Energy Balance and Coke Making: Environmental Implications and Solutions and more Study notes Materials Physics in PDF only on Docsity! Lecture 40: Thoughts on energy balance  Content  Preamble  What is to be done more beyond fuel saving  Key Words: Dry quenching technology, coke making, energy balance     Preamble   In the earlier lectures we have discussed the role of energy balance on fuel saving and hence on  conservation of natural resources. Energy balance is a very powerful tool to address the issues of saving  natural resources.  What can be done more beyond fuel savings? Let us think.  Facts about use of natural energy resources  Fossil fuel based energy availability is associated with   a) Discharge of CO  in the environment and other harmful gases like SO , NO  etc. 1 kg mole of  carbon discharges 1 kg mole of CO  in the environment. In other words 1 kg carbon produces     3.7 kg CO .  b) Large  amount  of  heat  is  carried  away  by  the  products  of  combustion.  In metal  extraction  processes at high  temperatures, products  like  liquid metal,  slag, gases and  coke  carry a  large  fraction  of  heat.  Sensible  heat  is  the  issue  of  concern.In  this  connection  it  is  important  to  understand  quality  of  heat.  Quality  of  heat  is  decided  by  the  temperature.  Higher  is  the  temperature of discharged product, higher is the quality of heat.  Sensible heat in products:     In thermo –mechanical processing, steel is heated to 1200 . Steel is rolled at this temperature and  then cooled by water. Large amounts of emissions are discharged.  In coke making coke is discharged at around 1200  and water cooled. Large amount of sensible heat is  lost and as well as emission arising from water contaminants are discharged into atmosphere.  Environmental pollution is a concern.  Sensible heat in waste gas may not be possible to use since waste gases contain fine solid particles.  However potential energy can be utilized.  Energy balance and environment cleanliness  Let me illustrate how energy balance can lead to environment cleanliness. Consider coke making  technology. The details are discussed in lecture 27.  As discussed  in  lecture 26, coke  is an  important  source of chemical and  thermal energy  in  integrated  steel  plants  producing  steel  from  iron  ore.  In  fact  1  ton  of  steel would  require  around  940  kg  coal  (Assuming coke consumption is 500 kg/ton of hot metal), thus 10,000 tons of steel would require 6600  tons of coke (assuming 0.75 ton of steel is produced from 1ton hot metal). For annual production of few  million  tons  of  steel,  Coke  requirement  would  be  very  high.  Let  us  consider  coke‐coke  conversion  materials and heat balance. Material balance has already been discussed in lecture 27.  Consider heat balance of a by‐product coke oven. The details  of heat balance calculations can be seen in  video lecture 40 on materials and heat balance. Heat balance is given for 1000kg coal.  Heat input 818  4 10 kcal Calorific value of coke oven gas 704 10   113 10 kg cal kg. mole⁄(It is assumed that 40% of coke oven gas of calorific value   is used to  produce heat in coke oven)  Heat out put   kcal  Calorific value of coke  5416x103  Calorific value of tar  351x103  Calorific value of coke oven gas   1053x103  Sensible heat in coke  305x103  Sensible heat in coke oven gas  174x103    Analysis of heat output  Calorific values of coke, tar and coke oven gas can be utilized by combustion. Sensible heat  in coke  is  notutilized since coke is wet quenched on wet quenching all sensible heat 305  coke  is  lost.  In addition  to  this  loss, air born  coked us emissions    coke are produced. Also huge  water  is  required  say  around  0.5 0.6 m /ton  coke.  The    in water  are  discharged  in  environment.  10 kcal 725 kg⁄ 50 kg ton⁄ contaminants Energy balance and technology development   The above analysis puts a pressure to develop a new technology which can capture and reuse the  sensible heat in coke. This new technology will also contribute simultaneously to the cleanliness of  environment.