Silne osadzanie się pyłu (pokazane tutaj), wydłużone przestoje konserwacyjne i stagnacja zysków spowodowały, że pewna firma z branży stalowej zaczęła szukać lepszego rozwiązania dla swojego podstawowego pieca tlenowego (BOF). Ze względu na niebezpieczne warunki i ryzyko związane z testami fizycznymi, firma zwróciła się do nas z prośbą o usługi CFD w celu optymalizacji aplikacji.
Produkcja stali: Podstawy
W procesie produkcji stali, piec BOF rafinuje roztopioną surówkę i złom w stal. Proces ten zazwyczaj obejmuje wiele etapów, ale zaczyna się od złomu i stopionej surówki wprowadzanych do wielkiego pieca. Proces ten generuje znaczną ilość popiołu, sadzy i innych zanieczyszczeń, które następnie dostają się przez kanał do chłodni wyparnej BOF. W chłodni wyparnej, gaz wchodzi do wierzchołka wieży, gdzie jest szybko i potężnie chłodzony przez natrysk.
Zanieczyszczony pył, uwięziony w gazie, opada następnie do podstawy wieży, gdzie jest spalany. Jeśli jednak układ lancy natryskowej jest wadliwy, jak to miało miejsce w przypadku tego klienta, dochodzi do poważnego zbrylania się pyłu. Oznacza to, że aerozol, który zderza się z napływającym gazem, ale nie odparowuje, przywiera do ściany i zbiera pył, jak pokazano poniżej. Czerwony obszar to woda, która nie odparowała i przywarła do ścian, zbierając kurz.
Jeśli proces ten jest kontynuowany bez zatrzymywania się w celu usunięcia pyłu ze ścian wieży, aerozol nadal zbiera się na lepkim pyle i gromadzi coraz więcej pyłu. W końcu firma jest zmuszona do zatrzymania procesu w celu przeprowadzenia konserwacji. Takie przestoje powodują problemy zdrowotne pracowników, utratę zysków i niezrównoważone praktyki biznesowe.
Optymalizacja procesu za pomocą CFD
Naszym zadaniem było zaprojektowanie optymalnego rozmieszczenia dysz, tak aby rozpylany gaz spotykał się z gazem na wejściu do wieży i całkowicie odparowywał, a pył opadał na dno wieży, gdzie był odpowiednio spalany. Musieliśmy to zrobić mając na uwadze minimalizację zwilżania ścian oraz krótki czas i przestrzeń.
W tym procesie, konwencjonalne projekty rozmieszczenia dysz umieszczają sześć wtryskiwaczy w równych odstępach wzdłuż okrągłej ściany wieży chłodniczej, tuż przy wejściu gazu do wieży. Zamiast podążać za konwencjonalnym myśleniem, ponieważ to wyraźnie powodowało poważne problemy u naszego klienta, chcieliśmy uzyskać odpowiedzi na pytania takie jak: Jak powinniśmy rozplanować dysze? Na jakiej głębokości powinny być umieszczone dla tej konkretnej wieży? Czy istnieje optymalny kąt wtrysku i rozpylania?
Aby odpowiedzieć na te pytania, najpierw stworzyliśmy siatkę dla całej wieży, kanałów wlotowych i wylotowych oraz lanc dysz. Pozwoliło to naszemu oprogramowaniu CFD na wykonanie zaawansowanych obliczeń mechaniki przepływu w małych, skończonych punktach całej aplikacji. Mogliśmy wtedy ocenić zarówno to, co działo się podczas bieżącego procesu, jak i projekt rozmieszczenia dysz, który zoptymalizowałby proces chłodzenia wyparnego.
Gdy zwizualizowaliśmy pióropusz natrysku zabarwiony gradientami temperatury, pokazany poniżej, stwierdziliśmy, że sześć lanc dysz umieszczonych w niewielkich odstępach bezpośrednio naprzeciwko wlotu gazu skutecznie odparowuje natrysk i zapobiega zwilżaniu ścian. Ponadto, takie rozmieszczenie dysz znacznie zmniejszyło osadzanie się pyłu w całej wieży.
ROI i ciągłe doskonalenie
Dzięki uzyskanym wynikom firma odniosła korzyści w postaci skrócenia czasu przestojów konserwacyjnych, zwiększenia wydajności i poprawy bezpieczeństwa pracowników. W środowiskach takich jak to, gdzie testy fizyczne są niemożliwe, nasze usługi CFD oferują rozwiązanie nieporównywalne z innymi programami do modelowania.
Podstawowy piec tlenowy jest tylko jednym z miejsc, gdzie CFD okazało się pomocne dla tego klienta. Biorąc pod uwagę niebezpieczne środowisko panujące w większości hut stali, wdrażamy rozwiązania z zakresu testowania i CFD dla klientów w szerokim zakresie zastosowań w przemyśle stalowym oraz w całym procesie produkcji stali.
Jeśli chcesz omówić ten temat bardziej szczegółowo, skontaktuj się z nami lub połącz się ze mną bezpośrednio przez LinkedIn.
Aby zobaczyć więcej symulacji CFD odwiedź naszą stronę YouTube!