[en] ANALYSIS OF A SLAG HEAT RECOVERY PLANT BY MODELING A FIXED BED COUNTERCURRENT HEAT EXCHANGER

[pt] ANÁLISE DE UMA PLANTA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR DA ESCÓRIA ATRAVÉS DA MODELAGEM DE UM TROCADOR DE CALOR CONTRACORRENTE DE LEITO FIXO

[pt] VITOR BARROS BARBOSA

[pt] ACO

[pt] ESCOAMENTO CONTRACORRENTE

[pt] RUNGE-KUTTA

[pt] TROCADOR DE CALOR DE LEITO FIXO

[pt] ACIARIA

[pt] MODELAGEM MATEMATICA

[pt] ESCORIA

[pt] RECUPERACAO DE CALOR

[en] STEEL

[en] COUNTERCURRENT FLOW

[en] RUNGE KUTTA

[en] FIXED BED HEAT EXCHANGER

[en] STEELMAKING

[en] MATHEMATICAL MODELING

[en] SLAG

[en] HEAT RECOVERY

[pt] O aço é um insumo básico para o setor industrial de qualquer país. A produção do aço enfrenta hoje vários desafios, sendo dois deles a emissão de dióxido de carbono (CO2) e a geração de resíduos. Só em 2017, a emissão absoluta de CO2 foi 65.397 mil toneladas. Também em 2017, a quantidade de resíduos sólidos gerados atingiu o índice médio de 607 kg por tonelada de aço, dos quais 70 por cento foram escórias (alto-forno e aciaria). O desperdício desses resíduos se traduz em um problema econômico e ambiental, em particular no que se trata do resfriamento da escória. Atualmente, o resfriamento da escória na maioria das usinas é feito ao ar livre, ocupa muito espaço e depende de fatores como a temperatura ambiente. Assim, a energia interna contida nas escorias é desperdiçada para o meio ambiente em forma de calor. Ao redor do mundo, vários projetos vêm sido desenvolvidos para resolver os problemas citados. Em especial, projetos como o CORSE 50 no Japão e o RESLAG na Europa têm buscado utilizar o calor sensível recuperado da escória na separação de CO2, assim ajudando a diminuir a emissão de CO2, além de também tratar dos problemas envolvendo a escória que foram citados. Este trabalho tem como objetivo modelar um trocador de calor em contracorrente de leito fixo, similar ao utilizado no projeto do CORSE 50 utilizando uma abordagem unidimensional (1D) em regime permanente, usando o método de Runge-Kutta, analisar a quantidade de energia recuperada, os perfis de temperatura e comparar os resultados da modelagem com os dados experimentais do projeto. Para isso foi desenvolvido uma rotina no MatLab com duas possibilidades: propriedades termofísicas da escória e do ar constantes, e propriedades termofísicas da escória e do ar variando com a temperatura. A equação utilizada para descrever a temperatura se mostrou muito sensível com as condições de contorno, o que resultou na não convergência do modelo MatLab.

[en] Steel is a basic input for the industrial sector of any country. Steel production faces many challenges today, two of which are CO2 emissions and waste generation. In 2017 alone, the absolute emission of CO2 was 65,397 tons. In the same year, the amount of solid waste generated reached the average index of 607 kg per ton of steel, of which 70 percent were slag (Blast Furnace and Meltshop). The waste of these wastes translates into an economic and environmental problem. The reuse of these wastes faces some challenges, one of them being the slag cooling. Today, slag cooling is done outdoors in most plants, takes up a lot of space and depends on factors such as ambient temperature besides wasting energy to the environment in the form of heat. Projects around the world have been created to address these issues, such as CORSE 50 in Japan and RESLAG in Europe have sought to utilize the sensible heat recovered from slag in CO2 separation, thereby helping to reduce CO2 emissions. It also deals with the problems involving the slag that were mentioned. The objective of this work is to model a fixed bed countercurrent heat exchanger, like the one used in the CORSE 50 project using a one-dimensional (1D) steady state approach, using the Runge-Kutta method, to analyze the amount of energy recovered, the temperature profiles and to compare the modeling results with the experimental data of the project. For this, a routine was developed in MatLab with two possibilities: constant slag and air thermophysical properties, and slag and air thermophysical properties varying with temperature. The equation used to describe temperature was very sensitive to boundary conditions, which resulted in non-convergence of the MatLab model.

JOSE CARLOS D ABREU

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

2020-02-06

[pt] TEXTO

application/pdf

PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=46748@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=46748@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.46748