Poważne zbrylanie się pyłu (jak pokazano na ilustracji), przedłużające się przestoje konserwacyjne oraz stagnacja zysków skłoniły jedną z firm hutniczych do poszukiwania lepszego rozwiązania dla swojego pieca tlenowego (BOF). Ze względu na niebezpieczne warunki pracy i ryzyko związane z badaniami fizycznymi firma zwróciła się do nas o pomoc w zakresie symulacji CFD w celu optymalizacji tego zastosowania.
Produkcja stali: podstawowe informacje
W procesie produkcji stali piec tlenowy (BOF) przetwarza stopione surówkę i złom na stal. Proces ten zazwyczaj obejmuje wiele etapów, ale rozpoczyna się od wprowadzenia złomu i stopionej surówki do wielkiego pieca. Proces ten generuje znaczne ilości popiołu, sadzy i innych zanieczyszczeń, które następnie trafiają do wieży chłodzenia wyparnego pieca BOF poprzez kanał wentylacyjny. W wieży chłodzenia wyparnego gaz wpływa do jej szczytu, gdzie jest szybko i intensywnie schładzany przez strumień wody.
Zanieczyszczony pył, porwany przez gaz, opada następnie na dno wieży, gdzie jest spalany. Jeśli jednak rozmieszczenie lanc rozpylających jest nieprawidłowe, jak miało to miejsce w przypadku tego klienta, dochodzi do poważnego zbrylania się pyłu. Oznacza to, że strumień wody, który zderza się z napływającym gazem, ale nie odparowuje, przykleja się do ścianek i gromadzi pył, jak pokazano poniżej. Czerwony obszar to woda, która nie odparowała i przykleiła się do ścianek, gromadząc pył.
Jeśli proces ten będzie trwał bez przerwy na oczyszczenie ścian wieży z pyłu, strumień wody będzie nadal gromadził się na lepkim pyle i przyciągał coraz więcej pyłu. Ostatecznie firma jest zmuszona do wstrzymania procesu w celu przeprowadzenia konserwacji. Ten przestój skutkuje problemami zdrowotnymi pracowników, utratą zysków i niezrównoważonymi praktykami biznesowymi.
Optymalizacja procesu z wykorzystaniem CFD
Naszym zadaniem było zaprojektowanie optymalnego układu dysz, tak aby strumień wody stykał się z gazem już przy wejściu do wieży i całkowicie wyparował, dzięki czemu pył opadałby na dno wieży, gdzie byłby odpowiednio spalany. Musieliśmy to osiągnąć, mając na uwadze minimalizację zwilżania ścian oraz ograniczenia czasowe i przestrzenne.
W tym procesie konwencjonalne projekty rozmieszczenia dysz przewidują umieszczenie sześciu wtryskiwaczy w równych odstępach wzdłuż okrągłej ściany wieży chłodniczej, dokładnie w miejscu, gdzie gaz wpływa do wieży. Zamiast kierować się konwencjonalnym myśleniem, które wyraźnie powodowało poważne problemy u naszego klienta, chcieliśmy znaleźć odpowiedzi na pytania takie jak: Jak powinniśmy rozmieścić dysze? Na jakiej głębokości należy je umieścić w przypadku tej konkretnej wieży? Czy istnieje optymalny kąt wtrysku i rozpylania?
Aby na nie odpowiedzieć, najpierw utworzyliśmy siatkę obliczeniową obejmującą całą wieżę, kanały wlotowe i wylotowe oraz lancy dyszowe. Umożliwiło to naszemu oprogramowaniu CFD przeprowadzenie zaawansowanych obliczeń mechaniki przepływu w małych, skończonych punktach w całym obszarze zastosowania. Następnie mogliśmy ocenić zarówno to, co działo się podczas bieżącego procesu, jak i projekt rozmieszczenia dysz, który zoptymalizowałby proces w wieży chłodniczej wyparnej.
Kiedy zwizualizowaliśmy strumień rozpylonej cieczy zabarwiony zgodnie z gradientami temperatury, co pokazano poniżej, stwierdziliśmy, że sześć lanc z dyszami rozmieszczonych w niewielkich odstępach bezpośrednio naprzeciwko wlotu gazu skutecznie odparowywało rozpyloną ciecz i zapobiegało zwilżaniu ścianek. Ponadto taki układ dysz znacznie ograniczył tworzenie się grudek pyłu w całej wieży.
Zwrot z inwestycji i ciągłe doskonalenie
Korzystając z tych wyników, firma odniosła korzyści w postaci skrócenia przestojów konserwacyjnych, zwiększenia wydajności oraz poprawy bezpieczeństwa pracowników. W środowiskach takich jak to, gdzie przeprowadzenie testów fizycznych jest niemożliwe, nasze usługi CFD oferują rozwiązanie, którego nie dorównuje żadne inne oprogramowanie do modelowania.
Piec tlenowy to tylko jedno z wielu miejsc, w których CFD okazało się pomocne dla tego klienta. Biorąc pod uwagę niebezpieczne warunki panujące w większości hut stali, wdrażamy rozwiązania testowe i CFD dla klientów w szerokim zakresie zastosowań hutniczych oraz na wszystkich etapach procesu produkcji stali.
Jeśli chcesz omówić ten temat bardziej szczegółowo, skontaktuj się z nami lub napisz do mnie bezpośrednio przez LinkedIn.
Aby zapoznać się z większą liczbą symulacji CFD, odwiedź nasz kanał na YouTube!