Título

ANÁLISE DE REDUÇÃO DE EMISSÃO DE NOX NA PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE MAGNÉSIO SINTERIZADO VIA SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FORNO VERTICAL TIPO “SHAFT”

ANALYSIS OF NOX EMISSIONS REDUCTION ON SINTERED MAGNESIUM OXIDE PRODUCTION BY NUMERICAL SIMULATION OF VERTICAL SHAFT KILN

Autoria

Souza, Joana Bretz de; Formiga, Thiago Silveira; Ribeiro, Jéssica de Oliveira Notório; Lütkenhaus, Manuel Gustavo

DOI

10.5151/2594-5327-22990

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Resumo

O trabalho apresenta a modelagem computacional de um forno vertical tipo “shaft” utilizado na produção de óxido de magnésio sinterizado, com o intuito de reduzir as emissões de NOx. Utilizou-se a ferramenta de fluidodinâmica computacional com interação mineral (MI-CFD) desenvolvida pela Cinar, possibilitando a avaliação da combustão, através da obtenção dos perfis internos de temperatura, concentração de oxigênio e mecanismos de geração de NOx. Foram considerados na simulação numérica os efeitos das reações químicas, da dinâmica das partículas e a interação dos gases com o leito de material sólido. A simulação do forno em suas condições operacionais típicas gerou resultados com boa correspondência (diferença de 9% para NOx) com as medições realizadas na unidade industrial e indicou o mecanismo térmico como principal gerador de NOx. Em seguida, foram realizadas simulações visando reduzir a região de altas temperaturas, testando diferentes vazões e locais de injeção de água no forno. Reduções de até 70% na emissão de NOx foram obtidas com a injeção de água abaixo do nível dos queimadores, indicando uma solução prática e de baixo custo.

 

The paper presents the computational modeling of shaft kiln used in the production of sintered magnesium oxide, with the aim of reducing NOx emissions. The MICFD (a tool of CFD with mineral interaction) developed by Cinar was applied, enabling the evaluation of combustion through the analysis of internal profiles of temperature, oxygen concentration and NOx generation mechanisms. This numerical simulation included the chemical reactions, effects of particle dynamics and interaction of gases with the bed of solid material. The simulation of the shaft kiln on its typical operating conditions yielded results with good match (difference of 9% for NOx) with the measurements carried out in the industrial unit and indicated the thermal NOx as the main mechanism for NOx generation. Then simulations were carried out to reduce the regions of high temperatures by testing different flow rates and locations of water injection. Reductions of up to 70% in NOx emissions were achieved with the injection of water below the burners’ level leading to a practical and low-cost solution.

Palavras-chave

Magnesita; Emissões; Forno vertical; Shaft kiln; Simulação numérica.

Deadburned magnesia; NOx emissions; Shaft kiln; Numerical simulation.