Construção de um Simulador da zona de combustão do Alto-Forno para a avaliação de combustíveis sólidos e gasosos

Construção de um Simulador da zona de

combustão do Alto-Forno para a avaliação de

combustíveis sólidos e gasosos

Introdução

• Esquema de um alto-forno (AF) típico – combustíveis

PCI

Introdução

• A PCI é uma técnica amplamente utilizada nos altos-fornos (AFs):

 Reduz o consume de coque nos AFs;

 Aumenta a produtividade;

 Taxas praticadas: 150 – 220 kg/tgusa.

• Problemas associados a altas taxas de PCI:

 Deterioração da permeabilidade da carga;

 Operação instável do AF;

Introdução

• Processo de combustão do CP: → Aquecimento

→ pirólise

→ ignição e combustão dos voláteis

→ combustão parcial do char residual por O₂

→ gaseificação do char residual

Introdução

• Condições de desvolatilização e combustão do CP injetado no AF:

 Pressão ~ 450 kPa;

 Atmosfera de ar enriquecido com O2 (~ 1-5%);

 Temperatura ~ 2200 °C;

 Taxa de aquecimento ~ 105 _{a 10}6 _°C/s;

 Tempo de residência ~ 10 - 40 ms.

• Austrália - Broken Hill Proprietary Company (BHP) em conjunto com a BlueScope Steel e BHP Billiton e a Universidade de Newcastle; • Japão - Nippon Steel Corporation;

• Inglaterra – Wire Mesh;

• Canadá - Canadian Centre for Mineral and Energy Technology (CANMET) Energy

Research Laboratories;

• Espanha - DTF – Drop Tube Furnace (INCAR – Oviedo-ESP);

• Alemanha - Simulador da zona de combustão do AF da RWTH-IEHK; • Brasil: UFOP, Usiminas (Ipatinga-MG) e CSN (Volta Redonda-RJ).

Estado da Arte

simulação da injeção de carvão nos AFs

Esquema DTF

Estado da Arte

simulação da injeção de carvão nos AFs

Estado da Arte

simulação da injeção de carvão nos AFs

Desenho esquemático Simulador Aachen

Estado da Arte

simulação da injeção de carvão nos AFs

Lança de injeção

Zona de

combustão

Area 2

Area 1 Area 3 Area 4

Ventaneira A re a 1 Nitrogênio Area 2

Alta pressão (4 bar)

Coletor de gases -M2 M4 F M3 K3 I V K1 M1 E K2 P1 P2 (1,8 bar) O₂ T M5 T Analisador de gases A re a 3 A re a 4 E: Entrada de amostra

F: Coletor de residuo de amostra

I: Forno de indução(1700 °C) V:Forno de pré aquecimento(1100 °C) K: Resfriamento M: Válvula magnética P: Medidor de pressao T: Termopar

A equação: O/C  taxa de injeção:

KM = WM x (18,56 + 0,05549 x WF)+ 89,07 x 02Z

(0,8326 x C x O/C – 0,625 x O) x RE KM - taxa de injeção (kg t-1 ferro-gusa); WM - taxa de sopro (190000ms3 h-1); WF- umidade do sopro (8g ms-3);

02Z - fluxo de oxigênio (4000 ms3 h-1);

C - teor de carbono do carvão (wt% daf); O - teor de oxigênio do carvão (wt% daf); RE - produção de ferro-gusa (180 t h-1).

Estado da Arte

simulação da injeção de carvão nos AFs

Planejamento

 Avaliação dos modelos de simuladores existentes;

 Determinação do tipo de simulador desejado:

◊ configuração: horizontal x vertical;

◊ ensaio: discreto (one shot) x contínuo;

◊ acoplamento aço – alumina – aço;

◊ porta-amostras;

◊ instrumentação;

◊ atmosfera: O₂ x gás natural x misturas gasosas;

◊ amostras: CP x misturas carbonosas;

◊ outros detalhes técnicos.

 Previsão e aquisição dos equipamentos e instrumentos utilizados;

 Construção do equipamento.

Simulador Lasid-UFRGS - Operação

Purga, amostragem, pressurização, one shot e resfriamento do char

Cronograma

Design do Simulador I (one shot)

Compras de Equipamentos

Construção da estrutura do Simulador

Instalação dos equipamentos, instrumentação e calibração

Determinação O/C à Taxa PCI;

Estudo da cinética das reações no simulador

Simulador I – Simulações de combustão com combustíveis sólidos

Simulador I – Combustíveis sólidos + gasosos

Design do Simulador II ( one shot + contínuo)

Atualização dos sistemas de amostragem e controle de gases (II)

Agradecimentos



À Rede Carvão

Agradecimentos

Muito obrigado!