Sistema de tratamento de fumos – CO2
Em poucas palavras
EOLIOS ingénierie colocou à disposição os seus conhecimentos para melhorar a rede de redireccionamento de gás de uma fábrica.
Sistema de tratamento de fumos - CO2
Ano
2024
Cliente
NC
Localização
França
Tipologia
Processo industrial
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Ficha técnica :
Projeto de reconfiguração de infra-estruturas: desenvolvimento de um sistema de tratamento de fumos à base de CO2
Nova rede de condutas para a captura de CO2: otimização das emissões dos fornos
No âmbito do desenvolvimento de um sistema de tratamento de fumos, com especial incidência no tratamento do dióxido de carbono (CO2), o projeto visa reconfigurar a infraestrutura existente. Isto implica a criação de uma nova rede para canalizar as emissões dos fornos para o sistema de captura de CO2.
Esta rede é constituída principalmente por um ventilador em linha, quatro registos para isolamento e regulação e uma chaminé de duplo fluxo equipada com condutas concêntricas. O objetivo deste documento é apresentar os resultados obtidos a partir das simulações efectuadas para os três modos de funcionamento estudados.
Problemas potenciais da extração de fumo: análise aprofundada
No nosso estudo, centramo-nos em vários aspectos fundamentais. Em primeiro lugar, estamos a analisar de perto os problemas que podem afetar a extração de gás.
Outro aspeto importante do nosso estudo é a identificação das zonas de risco de condensação ácida. A condensação ácida pode causar uma corrosão excessiva das tubagens e do equipamento, o que pode provocar danos graves e custos de reparação elevados. Ao analisarmos as condições de temperatura e humidade no sistema, podemos identificar as áreas de risco e fazer recomendações para minimizar os efeitos da corrosão.
Finalmente, o nosso estudo inclui também uma avaliação das perdas de pressão nas condutas. As perdas de carga são diminuições da pressão do fluido à medida que este passa pelos tubos. Estas perdas de pressão podem ter um impacto na eficiência global do sistema, conduzindo a custos de energia mais elevados e mesmo à ineficiência do sistema. Através da análise da conceção da rede e da utilização de modelos matemáticos avançados, podemos estimar estas perdas de carga e propor soluções para as reduzir.
Modelo 3D e elementos contextuais para simulação CFD
Problemas potenciais da extração de fumo: análise aprofundada
A conceção inicial do modelo 3D baseia-se nos documentos recebidos. Devido a certas limitações do software, a representação geométrica dos registos é simplificada, centrando-se exclusivamente nas lâminas pivotantes.
Condições exteriores
Foi necessário ter em conta várias condições externas:
- Condições para o estudo das zonas de condensação
- Condições de análise das correntes de ar térmico
Estamos a analisar três modos de funcionamento:
- modo básico (modo 1),
- uma variante do modo de base (1.1 x modo 1+),
- modo 1+ bypass total.
No modo básico, o fluxo é dirigido para a CCU com registos específicos fechados. A variante 1.1 x Modo 1+ direcciona parte do ca udal para a chaminé, mantendo uma ligação à CCU, enquanto que o Modo 1+ full bypass direcciona todo o caudal para a chaminé com os ajustes adequados do registo.
Simulação CFD: Configurações iniciais e melhoradas da rede de tratamento de fumos
Resultados com a configuração inicial
A secção seguinte apresenta os resultados das simulações, destacando vários aspectos como a pressão, a velocidade e a temperatura.
As perdas de carga são avaliadas através do cálculo da diferença de pressão média entre as secções de entrada e saída do modelo, fornecendo informações essenciais para quaisquer melhorias futuras.
Foram examinadas duas situações: a eficácia da extração de gás em condições de tiragem desfavoráveis (35°C, 1m/s) e o eventual risco de condensação e de condensação ácida em condições favoráveis (-10°C, 14,3 m/s).
Estudo dos desafios da extração de gás: identificação de zonas mortas, gestão da condensação e gestão da perda de pressão
A pressão diminui ligeiramente de montante para a saída da chaminé. No entanto, ocorre uma queda de pressão significativa num amortecedor devido à sua abertura limitada. O aumento da pressão à saída da chaminé deve-se à presença de um fluxo bidirecional, que perturba a extração dos gases e provoca um aumento da pressão.
A zona morta atinge uma temperatura mínima, enquanto a descida de temperatura em direção ao topo da chaminé indica que o ar está a entrar numa parte da chaminé.
O objetivo do estudo era identificar potenciais problemas que afectassem a extração de gás e a possibilidade de condensação ácida, avaliando simultaneamente as quedas de pressão. Foram examinados dois cenários: a eficácia da extração de gás em condições de tiragem desfavoráveis e o risco de condensação em condições favoráveis.
Os resultados destacam três questões principais:
- Uma zona inativa notável no primeiro bypass em modo de bypass total,
- Uma zona inativa prolongada quando um determinado comando é aberto, favorecendo a condensação e provocando quedas de pressão,
- Uma zona onde aparece condensação na chaminé com um fluxo duplo.
Apesar destes desafios, dimensionámos o isolamento das condutas, que parece ter um bom desempenho global, com apenas uma ligeira perda de calor. As zonas inactivas com possíveis defeitos foram objeto de um tratamento específico.
Resultados com a configuração melhorada
Resultados com melhor configuração
Esta secção resume as simulações das modificações geométricas, incluindo o ajuste do Y do primeiro bypass, a adição de um amortecedor de isolamento e a redução da altura da chaminé central. Condições extremas foram utilizados para avaliar as perdas de pressão e a condensação de ácido nas condutas.
A distribuição de pressão mostra uma semelhança acentuada com a configuração geométrica de base. Isto explica-se pela persistência de um fluxo bidirecional na saída da chaminé, embora de menor importância.
A figura acima mostra que persiste um fluxo bidirecional na parte superior da chaminé.
A ilustração mostra como a velocidade é distribuída a montante do ventilador. Esta distribuição não constitui um problema, uma vez que a secção transversal reduzida no amortecedor de isolamento impede a criação de uma zona inativa a baixa velocidade e, em vez disso, gera uma zona a alta velocidade.
O objetivo desta secção era avaliar três optimizações específicas: ajustar o Y do primeiro bypass, adicionar um amortecedor de isolamento perto do segundo bypass e reduzir a altura da chaminé central.
A primeira otimização consistiu em modificar o Y do primeiro bypass para melhorar o fluxo e reduzir as zonas mortas. As simulações mostraram o desaparecimento de zonas de baixa temperatura e uma redução das perdas de carga.
A segunda otimização adicionou um amortecedor de isolamento perto do segundo bypass, eliminando uma grande zona morta.
A terceira otimização reduziu a altura da chaminé central, mostrando uma melhoria significativa, especialmente no pior cenário.
Estudos CFD: compreender e otimizar a dinâmica dos fluidos em chaminés industriais
Compreender a dinâmica dos fluidos associada às chaminés industriais é essencial para garantir que estas funcionam com uma eficiência óptima. Como especialistas em simulação CFD (Computational Fluid Dynamics), somos especializados na realização destes estudos cruciais.
A nossa experiência permite-nos efetuar uma série de análises para chaminés industriais, incluindo :
- Avaliação das correntes de ar térmico
- Análise das perdas de carga
- Gerir a erosão causada por poeiras nos gases de combustão
- Análise da dispersão atmosférica em conformidade com as normas de qualidade do ar
- Avaliar a estabilidade estrutural face aos custos externos
- Análise do ponto de orvalho para evitar a condensação e as suas consequências nefastas.
Resumo em vídeo do estudo
O projeto visa reconfigurar a infraestrutura existente desenvolver um sistema de tratamento de fumos centrado na redução das emissões de dióxido de carbono (CO2).
Para tal, é necessária a implementação de um nova rede de condutas para captar e encaminhar as emissões dos fornos para o sistema de captação de CO2.
A rede é constituída por um fã online com amortecedores para isolamento e regulação bem como uma chaminé de fluxo duplo com condutas concêntricas.
O estudo centra-se em vários aspectos importantes.
Em primeiro lugar, examina a problemas susceptíveis de afetar a extração de gás Estas incluem áreas com risco de condensação ácida, que pode levar à corrosão excessiva de tubagens e equipamento.
Ao analisar a temperatura e humidade Faz recomendações para minimizar os efeitos da corrosão.
O estudo inclui também uma avaliação das perdas de pressão nas condutas, o que pode afetar a eficiência global do sistema e conduzir a custos de energia mais elevados.
São utilizados modelos matemáticos avançados para estimar estas perdas de pressão e propor soluções para as reduzir.
As simulações efectuadas para os diferentes modos de funcionamento mostram uma uma queda de pressão significativa nos registos a fluxo bidirecional que perturba a extração de gás e zonas inactivas que favorecem a condensação .
Cependant, des melhorias geométricas como o ajuste do Y do primeiro bypass, a adição de um registo de isolamento e a redução da altura da chaminé reduziram estes problemas.
Em conclusão, o projeto de reconfiguração da infraestrutura para desenvolver um sistema de tratamento de fumos à base de CO2 exige ajustamentos geométricos e optimizações para melhorar a extração de gás, reduzir as quedas de pressão e minimizar o risco de condensação.
