Título

Otimização Fluidodinâmica de Queimadores de Caldeiras Industriais para Ampliação da Capacidade Operacional com BFG

Fluid-dynamic optimization of industrial boiler burners for increasing operational capacity with blast furnace gas (BFG)

Autoria

REIS, LEONARDO CAMILO DOS; PEREIRA, CARLOS ALBERTO DIAS

REIS, LEONARDO CAMILO DOS

Eu sou esse autor

PEREIRA, CARLOS ALBERTO DIAS

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DOI

10.5151/2594-3626-43702

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Resumo

A otimização fluidodinâmica de queimadores é fundamental para o aumento da eficiência, estabilidade operacional e capacidade térmica de caldeiras em plantas siderúrgicas. Elevadas perdas de carga associadas à geometria original do queimador restringiam o escoamento de gás de alto-forno (BFG – Blast Furnace Gas), limitando seu consumo a 77,7% da vazão máxima de projeto. Neste trabalho, foram realizadas simulações tridimensionais de CFD (Computational Fluid Dynamics) para avaliar o impacto de modificações geométricas na região de admissão do BFG, visando reduzir as perdas de carga do combustível sem comprometer o escoamento do ar de combustão. Os resultados demonstraram que o aumento de 30 mm na seção de passagem do BFG reduziu a pressão requerida de 126 mmCA para 93 mmCA na condição de vazão máxima de projeto, mantendo praticamente inalterada a perda de carga do ar de combustão. A modificação proposta elevou a capacidade de consumo de BFG de 77,7% para 91,8% da vazão de projeto, proporcionando potencial aumento na produção de vapor e na geração de energia elétrica pelo turbogerador da Caldeira 130 t/h.

Fluid dynamic optimization of burners is essential for improving the efficiency, operational stability, and thermal capacity of boilers in steelmaking plants. High pressure losses associated with the original burner geometry restricted the blast furnace gas (BFG) flow, limiting its consumption to 77.7% of the maximum design flow rate. In this study, three-dimensional CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations were performed to evaluate the impact of geometric modifications in the BFG admission region, aiming to reduce fuel pressure losses without compromising the combustion air flow. The results demonstrated that increasing the BFG flow passage section by 30 mm reduced the required pressure from 126 mmWC to 93 mmWC under maximum design flow conditions, while maintaining virtually unchanged combustion air pressure losses. The proposed modification increased the BFG consumption capacity from 77.7% to 91.8% of the design flow rate, providing a potential increase in steam production and electric power generation by the 130 t/h boiler turbogenerator.

Palavras-chave

Simulação CFD, Queimadores, Gás de alto-forno, Caldeira, Eficiência energética

CFD simulation, Burners, Blast furnace gas (BFG), Boiler, Energy efficiency