Ernstige stofklontering (zoals hier te zien) en langere onderhoudsonderbrekingen deden een staalbedrijf op zoek gaan naar een betere oplossing voor hun basic oxygen furnace (BOF). Vanwege de gevaarlijke omstandigheden en het risico van fysieke testen, zocht het bedrijf onze CFD-diensten om de toepassing te optimaliseren.
Staalproductie: De grondbeginselen
In het staalproductieproces raffineert een BOF gesmolten ruwijzer en schroot tot staal. Dit proces omvat gewoonlijk meerdere fasen, maar begint met schroot en gesmolten ruwijzer dat een hoogoven ingaat. Bij dit proces komen aanzienlijke hoeveelheden as, roet en andere verontreinigende stoffen vrij, die dan via een kanaal in de koeltoren van de BOF terechtkomen. In de koeltoren komt het gas in de top van de toren, waar het snel en krachtig door een nevel wordt afgekoeld.
De in het gas meegevoerde verontreinigde stoffen vallen dan naar de basis van de toren, waar het verbrand wordt. Als de sproeilans echter niet goed ontworpen is, zoals bij deze klant het geval was, dan ontstaan er ernstige stofklonteringen. Dit betekent dat de nevel die tegen het binnenkomende gas botst, maar niet verdampt, aan de wand blijft kleven en stof verzamelt, zoals hieronder te zien is. Het rode gebied is water dat niet verdampt is en aan de wanden vastgekleefd zit om stof te verzamelen.
Als dit proces doorgaat zonder het stof van de torenwanden te verwijderen, blijft er nevel op het kleverige stof komen en verzamelt zich steeds meer stof. Uiteindelijk is het bedrijf genoodzaakt het proces te stoppen voor onderhoud.
Het proces optimaliseren met CFD
Onze taak was een optimale sproeieropstelling te ontwerpen, zodat de nevel het gas bij de ingang van de toren zou ontmoeten en volledig zou verdampen, zodat het stof naar de bodem van de toren zou vallen, waar het op de juiste manier verbrand zou worden. We moesten dit doen met een zo gering mogelijke bevochtiging van de wanden in een zo kort mogelijke tijdspanne.
Gewoonlijk plaatst men voor dit soort proces zes injectoren op gelijke afstanden van elkaar langs de cirkelvormige wand van de koeltoren, exact op de plaats waar het gas de toren binnenkomt. In plaats van de conventionele denkwijze te volgen, aangezien dit onze klant duidelijk ernstige problemen opleverde, wilden wij antwoorden op vragen als: Hoe moeten wij de sproeiers plaatsen? Op welke diepte moeten ze voor deze specifieke toren worden ingebracht? Is er een optimale injectie- en sproeihoek?
Om deze vragen te beantwoorden, hebben wij eerst de hele toren, de in- en uitgangskanalen, en de injectoren gemeshed. Daardoor kon onze CFD software geavanceerde stromingsmechanische berekeningen uitvoeren op kleine, eindige punten in de hele toepassing. Wij konden dan zowel beoordelen wat er tijdens het huidige proces gebeurde, als het ontwerp van de sproeier-layout optimaliseren.
Wanneer we de nevelpluim visualiseerden, zoals hieronder te zien is, ontdekten we dat zes dicht tegenover elkaar geplaatste injectoren de nevel op doeltreffende wijze verdampten en bevochtiging van de wanden voorkwamen. Bovendien verminderde deze sproeieropstelling het klonteren van stof doorheen de koeltoren.
ROI en voortdurende verbetering
Met de resultaten profiteerde dit bedrijf van minder onderhoudsonderbrekingen, een hogere opbrengst en meer veiligheid voor de werknemers. In omgevingen zoals deze, waar fysieke tests onmogelijk zijn, bieden onze CFD-diensten een oplossing die door andere modelleringssoftware niet geëvenaard wordt.
De basic oxygen furnace is slechts één van de plaatsen waar CFD nuttig bleek voor deze klant. Gezien de gevaarlijke omgevingen van de meeste staalfabrieken, bieden wij test- en CFD oplossingen aan voor klanten in een breed scala van staaltoepassingen en gedurende het hele staalproductieproces.
Als u dieper op dit onderwerp wilt ingaan, neem dan contact met ons op of maak rechtstreeks contact met mij via LinkedIn.
Voor meer CFD simulaties kunt u terecht op onze YouTube pagina!