Ernstige stofklontering (hier afgebeeld), langdurige stilstand voor onderhoud en winststagnatie waren voor een staalbedrijf aanleiding om op zoek te gaan naar een betere oplossing voor hun zuurstofoven (BOF). Vanwege de gevaarlijke omstandigheden en de risico’s van fysieke tests schakelde het bedrijf onze CFD-diensten in om de toepassing te optimaliseren.
Staalproductie: de basisprincipes
In het staalproductieproces verwerkt een BOF gesmolten ruwijzer en schroot tot staal. Dit proces bestaat doorgaans uit meerdere fasen, maar begint met het toevoeren van schroot en gesmolten ruwijzer aan een hoogoven. Dit proces genereert aanzienlijke hoeveelheden as, roet en andere verontreinigende stoffen, die vervolgens via een kanaal de verdampingskoeltoren van de BOF binnenstromen. In de verdampingskoeltoren komt het gas de top van de toren binnen, waar het snel en krachtig wordt gekoeld door een sproeinevel.
Het vervuilde stof dat in het gas is meegevoerd, zakt vervolgens naar de voet van de toren, waar het wordt verbrand. Als de opstelling van de sproeilansen echter gebrekkig is, zoals bij deze klant het geval was, ontstaat er ernstige stofklontering. Dit betekent dat de nevel die in botsing komt met het binnenstromende gas, maar niet verdampt, aan de wand blijft kleven en stof verzamelt, zoals hieronder te zien is. Het rode gebied bestaat uit water dat niet is verdampt en aan de wanden is blijven kleven, waardoor stof zich ophoopt.
Als dit proces doorgaat zonder dat er wordt gestopt om het stof van de torenwanden te verwijderen, blijft er sproeivloeistof op het kleverige stof achter, waardoor er steeds meer stof wordt aangetrokken. Uiteindelijk wordt het bedrijf gedwongen het proces stil te leggen voor onderhoud. Deze stilstand leidt tot gezondheidsproblemen bij werknemers, winstderving en onhoudbare bedrijfsvoering.
Het proces optimaliseren met behulp van CFD
Onze taak was het ontwerpen van een optimale sproeieropstelling, zodat de nevel het gas bij de ingang van de toren zou raken en volledig zou verdampen, waardoor het stof naar de bodem van de toren zou vallen waar het op de juiste wijze zou worden verbrand. We moesten dit doen met het oog op het minimaliseren van wandbevochtiging en rekening houdend met beperkte tijd- en ruimtedomeinen.
Bij dit proces worden bij conventionele sproeieropstellingen zes injectoren op gelijke afstanden langs de cirkelvormige wand van de koeltoren geplaatst, precies op het punt waar het gas de toren binnenkomt. In plaats van de conventionele aanpak te volgen – aangezien deze onze klant duidelijk ernstige problemen bezorgde – wilden we antwoorden op vragen als: Hoe moeten we de sproeiers opstellen? Op welke diepte moeten ze voor deze specifieke toren worden geplaatst? Is er een optimale injectie- en sproeihoek?
Om deze vragen te beantwoorden, hebben we eerst de gehele koeltoren, de in- en uitlaatkanalen en de sproeilansen in een rekenrooster ingedeeld. Hierdoor kon onze CFD-software geavanceerde stromingsmechanische berekeningen uitvoeren op kleine, eindige punten in de gehele toepassing. Vervolgens konden we zowel beoordelen wat er tijdens het huidige proces gebeurde, als het ontwerp van de sproeieropstelling die het proces van de verdampingskoeltoren zou optimaliseren.
Toen we de sproeipluim visualiseerden, ingekleurd op basis van temperatuurgradiënten (zie hieronder), ontdekten we dat zes sproeilansen die op korte afstanden direct tegenover de gasinlaat waren geplaatst, de nevel effectief verdampten en voorkwamen dat de wanden nat werden. Bovendien zorgde deze sproeieropstelling voor een aanzienlijke vermindering van stofklontering in de hele toren.
Rendement op investering en continue verbetering
Dankzij deze resultaten profiteerde dit bedrijf van minder stilstand door onderhoud, een hogere opbrengst en meer veiligheid voor de medewerkers. In omgevingen als deze, waar fysieke tests onmogelijk zijn, bieden onze CFD-diensten een oplossing die door geen enkele andere modelleringssoftware wordt geëvenaard.
De basiszuurstofoven is slechts één van de locaties waar CFD voor deze klant nuttig bleek te zijn. Gezien de gevaarlijke omgevingen in de meeste staalfabrieken, implementeren wij test- en CFD-oplossingen voor klanten in een breed scala aan staaltoepassingen en gedurende het gehele staalproductieproces.
Als u dit onderwerp graag uitgebreider wilt bespreken, neem dan contact met ons op of neem rechtstreeks contact met mij op via LinkedIn.
Bezoek onze YouTube-pagina voor meer CFD-simulaties!