Avaliação da combustibilidade de carvões em simulador de PCI : evolução da metodologia de operação
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Data
2019Orientador
Co-orientador
Nível acadêmico
Mestrado
Tipo
Assunto
Resumo
A injeção de carvão pulverizado através das ventaneiras dos altos-fornos (processo comumente chamado de PCI) já é uma tecnologia consolidada que permite a redução no consumo de coque, contribui com um aumento da flexibilidade operacional e aumenta a produtividade do alto-forno. Na prática industrial é desejável operar sob elevadas taxas de injeção, entretanto, o aumento da taxa de injeção promove mudanças nas condições de operação do alto-forno. A manutenção da estabilidade operacional do alto- ...
A injeção de carvão pulverizado através das ventaneiras dos altos-fornos (processo comumente chamado de PCI) já é uma tecnologia consolidada que permite a redução no consumo de coque, contribui com um aumento da flexibilidade operacional e aumenta a produtividade do alto-forno. Na prática industrial é desejável operar sob elevadas taxas de injeção, entretanto, o aumento da taxa de injeção promove mudanças nas condições de operação do alto-forno. A manutenção da estabilidade operacional do alto-forno com o aumento da taxa de injeção vai depender da performance do carvão na combustão. Porém, em razão do sistema de injeção operar sob condições extremamente severas, a medição direta da combustibilidade no alto-forno é onerosa e tecnicamente complexa. Em razão das limitações das técnicas analíticas convencionais em não reproduzirem a complexidade do ambiente da zona de combustão, inúmeros centros de pesquisa investiram na construção de reatores capazes de submeter as partículas de carvões em condições próximas daquelas observadas durante o processo de injeção. O objetivo deste trabalho foi o aprimoramento da metodologia para avaliação da combustibilidade de carvões no Simulador de PCI do Laboratório de Siderurgia da UFRGS com base na análise do comportamento de carvões de diferentes ranks em termos do burnout e variação da pressão, a partir de ensaios de combustão sob diferentes concentrações de oxigênio e taxas de injeção. Nas condições de temperatura e pressão trabalhados, com base no registro da variação da pressão durante a combustão estimou-se que o tempo de residência das partículas de carvão na zona termicamente afetada do reator se estenda por pelo menos 650 ms antes dos resíduos sólidos da combustão serem retidos no filtro de coleta. Foi observado um aumento na combustibilidade com o aumento do teor de voláteis dos carvões. A resolução do reator permitiu a classificação dos carvões em termos da sua combustibilidade, mesmo para carvões de ranks similares. Nos testes com oxigênio puro foram observados burnouts médios mais altos, mesmo sob razões O/C similares às do ar, e a influência da taxa de injeção sobre a performance dos carvões foi relativamente menor. As diferenças nos comportamentos sob diferentes concentrações de oxigênio foram atribuídas ao perfil de temperatura do reator, ao tempo de residência das partículas e ao efeito da pressão parcial de oxigênio sobre os mecanismos de combustão. Nas atuais condições do reator em termos de design, temperatura e pressões de operação, as faixas de massa mais adequadas para a realização de testes em oxigênio puro são entre 750 e 1000 mg e em ar entre 250 e 500 mg. ...
Abstract
Pulverized coal injection (PCI) through blast furnace tuyere is a consolidated technology that reduce coke consumption, contributes to operational flexibility and increases blast furnace productivity. In industrial practice it is desirable to operate under high injection rates, however, the increased injection rate promotes changes in blast furnace operating conditions. Maintaining the operational stability of the blast furnace with increasing injection rate will depend on the combustion perfor ...
Pulverized coal injection (PCI) through blast furnace tuyere is a consolidated technology that reduce coke consumption, contributes to operational flexibility and increases blast furnace productivity. In industrial practice it is desirable to operate under high injection rates, however, the increased injection rate promotes changes in blast furnace operating conditions. Maintaining the operational stability of the blast furnace with increasing injection rate will depend on the combustion performance of coal after its injection into the raceway. However, due to the extremely severe conditions in the injection system, direct measurement of combustibility in blast furnace is costly and technically complex. Due to the limitations of conventional analytical techniques in reproducing the complexity of the raceway environment, numerous research centers have invested in the construction of equipment capable of subjecting coal particles under conditions close to those observed during the injection process. The objective of this work was the improvement of a methodology to evaluate coal combustibility in the PCI rig of the Iron and Steelmaking Laboratory based on the behavior analysis of coal of different ranks In terms of burnout and pressure variation from combustion tests under different oxygen concentrations and injection rates. Based on the pressure variation during combustion the residence time estimated for coal particles in the thermally affected zone of the reactor was at least 650 ms. An increase in coal combustibility was observed with increasing volatile matter content of coals. The reactor resolution allowed the classification of the coals in terms of their combustibility, even for coals of similar ranks. In oxygen environments higher average burnouts were observed, even under similar O/C ratio, and the influence of the injection rate on coal performance was relatively smaller compared to air tests. Differences in behavior under different oxygen concentrations were attributed to the reactor temperature profile, particle residence time and the effect of partial oxygen pressure on the combustion mechanisms. Under current reactor conditions in terms of design, temperature and operating pressures, the most suitable mass ranges for pure oxygen testing are between 750 and 1000 mg and for air between 250 and 500 mg. ...
Instituição
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais.
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