Сильное отложение пыли (показано здесь), длительные простои в обслуживании и снижение прибыли заставили одну сталелитейную компанию искать лучшее решение для своей основной кислородной печи (ОКС). Из-за опасных условий и риска физических испытаний компания обратилась к нашим услугам по CFD для оптимизации применения.
Сталеплавильное производство: Основы
В процессе производства стали конвертерная печь перерабатывает расплавленный чугун и металлолом в сталь. Этот процесс обычно включает в себя несколько этапов, но начинается с того, что лом и расплавленный чугун поступают в доменную печь. В результате этого процесса образуется большое количество золы, сажи и других загрязняющих веществ, которые затем через воздуховод попадают в испарительную градирню конвертерного производства. В испарительной градирне газ поступает в вершину градирни, где он быстро и мощно охлаждается струей.
Загрязненная пыль, находящаяся в газе, попадает в основание градирни, где сжигается. Однако, если расположение распылительного копья несовершенно, как в случае с этим клиентом, происходит сильное сгущение пыли. Это означает, что брызги, которые сталкиваются с поступающим газом, но не испаряются, прилипают к стене и собирают пыль, как показано ниже. Красная область - это вода, которая не испарилась и прилипла к стенкам, собирая пыль.
Если этот процесс продолжается без остановки для очистки стенок башни от пыли, брызги продолжают собираться на прилипшей пыли и собирают все больше и больше пыли. В конце концов, компания вынуждена остановить процесс для проведения технического обслуживания. Этот простой приводит к проблемам со здоровьем работников, упущенной выгоде и нерациональному ведению бизнеса.
Оптимизация процесса с помощью CFD
Нашей задачей было разработать оптимальное расположение форсунок, чтобы аэрозоль встречалась с газом на входе в башню и полностью испарялась, а пыль падала на дно башни, где сжигалась соответствующим образом. Мы должны были сделать это с учетом минимизации смачивания стен и коротких временных и пространственных рамок.
В этом процессе обычные схемы расположения форсунок размещают шесть форсунок на равномерном расстоянии друг от друга вдоль круглой стенки градирни непосредственно в момент входа газа в градирню. Вместо того чтобы следовать традиционным представлениям, поскольку это явно создавало серьезные проблемы для нашего заказчика, мы хотели получить ответы на такие вопросы, как: Как должны располагаться форсунки? На какую глубину они должны быть установлены для данной конкретной колонны? Существует ли оптимальный угол впрыска и распыления?
Чтобы ответить на эти вопросы, мы сначала создали сетку для всей башни, входных и выходных каналов и форсунок. Это позволило нашему программному обеспечению CFD выполнить расширенные расчеты механики потока в небольших, конечных точках по всей конструкции. После этого мы могли оценить как происходящее во время текущего процесса, так и дизайн расположения форсунок, который позволил бы оптимизировать процесс испарительной градирни.
Когда мы визуализировали факел брызг, окрашенный градиентами температуры, как показано ниже, мы обнаружили, что шесть форсунок, расположенных с небольшими интервалами прямо напротив входа газа, эффективно испаряют брызги и предотвращают смачивание стенок. Кроме того, такое расположение форсунок значительно уменьшило образование комков пыли во всей башне.
Окупаемость инвестиций и постоянное совершенствование
Используя полученные результаты, эта компания получила выгоду от сокращения времени простоя в обслуживании, повышения урожайности и безопасности сотрудников. В таких условиях, когда физические испытания невозможны, наши услуги CFD предлагают решение, не имеющее аналогов в других программах моделирования.
Основная кислородная печь - это лишь одно из мест, где CFD оказалось полезным для этого клиента. Учитывая опасные условия большинства сталелитейных заводов, мы проводим испытания и внедряем CFD-решения для клиентов в широком диапазоне областей применения стали и на всех этапах сталеплавильного процесса.
Если вы хотите обсудить эту тему более подробно, пожалуйста, свяжитесь с нами или свяжитесь со мной напрямую через LinkedIn.
Для получения дополнительной информации о CFD моделировании посетите нашу страницу на YouTube!