Modelamento CFD tridimensional da combustão de finos de carvão vegetal e mineral sob condições de um alto-forno a coque

dc.creatorDiego Silva de Deus Vieira
dc.date.accessioned2021-11-16T17:39:34Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:00:28Z
dc.date.available2021-11-16T17:39:34Z
dc.date.issued2020-06-03
dc.description.abstractBlast furnace is the main metallurgical reactor used to produce hot metal. Due to the environmental pressures to reduce fossil fuels consumption and CO2 emissions, it is necessary to develop new technologies in the ironmaking process. However, since there are many technical difficulties to acquire data from inside the reactor, physical and mathematical models appear as very attractive alternatives in blast-furnace studies, especially in the combustion zone. Nowadays, there are a considerable number of computational models able to simulate pulverized coal combustion. Nevertheless, there are just a few works aiming to predict the combustion of charcoal. This work aims to analyze different forms of O2 enrichment (coaxial and conventional) and to investigate the combustion efficiency for mixtures formed by coals and charcoals injected in a blast furnace raceway. Through a 3D computational fluid-dynamic model developed and validated (through data in the literature) using the commercial software ANSYS-CFX, which is capable of simulating the combustion of different coals. Thus, as possible implications of this present study, greater energy efficiency for the injected fuels can be reached, as well as a consequent reduction in the consumption of coke and in the production costs. And also, due to the greater use of charcoal, which is a renewable raw material, reductions in CO2 emissions can be achieved. It was observed that O2 enrichment by the coaxial lance becomes detrimental to the coal combustibility beyond 3%, in which the flow in the lance is greater than 12Nm3 /h. As a result, it slows down the heating process of the particles. The importance of coal granulometry and volatile matter content in the combustion process became evident. Coals with smaller particle sizes and higher volatile matter contents tend to have higher combustibility indexes. From the simulations with coal and charcoal blends, it was observed that blends composed by 25% of charcoal present improvements in combustibility.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/38664
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia metalúrgica
dc.subjectMetalurgia extrativa
dc.subjectAltos-fornos
dc.subjectCombustão
dc.subjectFluidodinâmica computacional
dc.subject.otherCFD
dc.subject.otherPCI
dc.subject.otherAlto-forno
dc.subject.otherCombustão de carvão pulverizado
dc.subject.otherCombustão
dc.subject.otherBurnout
dc.subject.otherMistura de carvões
dc.subject.otherZona de combustão
dc.subject.otherFluidodinâmica computacional
dc.subject.otherBlends de carvões
dc.subject.otherLança coaxial
dc.titleModelamento CFD tridimensional da combustão de finos de carvão vegetal e mineral sob condições de um alto-forno a coque
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Leandro Rocha Lemos
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7606825560654664
local.contributor.referee1Roberto Parreiras Tavares
local.contributor.referee1Guilherme Liziero Ruggio da Silva
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4852824686237337
local.description.resumoO alto-forno é o principal reator metalúrgico utilizado para a produção do ferro-gusa. Com as crescentes pressões ambientais para redução de consumo de combustíveis fósseis e emissão de CO2, faz-se necessário inovações tecnológicas na siderurgia. Diante das dificuldades técnicas em se obter dados do interior desse reator, as modelagens física e matemática têm se tornado alternativas cada vez mais atrativas para o estudo dos altos-fornos, em especial na zona de combustão. Apesar do número considerável de modelos computacionais capazes de prever a combustão de carvão mineral pulverizado, ainda são escassos os trabalhos envolvendo a combustão de carvão vegetal. Esse trabalho tem como objetivos analisar diferentes formas de enriquecimento de O2 (coaxial e convencional) e investigar a eficiência de combustão para a injeção de misturas de carvão mineral e vegetal na zona de combustão de um alto-forno. Isso, a partir de um modelo fluidodinâmico computacional tridimensional desenvolvido e validado (através de dados presentes na literatura) por meio do software comercial ANSYS-CFX, e capaz de simular a combustão de diferentes carvões. Dessa forma, esse trabalho tem como possíveis implicações, uma maior eficiência energética dos carvões injetados, assim como uma consequente redução do consumo de coque e do custo de produção. E, também, devido ao maior uso de carvão vegetal, que é uma matéria-prima renovável, é visado reduções de emissões de CO2. Foi observado que o enriquecimento de O2 pela lança coaxial passa a ser prejudicial à combustibilidade do carvão a partir de 3%, em que a vazão na lança é superior a 12Nm3/h, pois retarda aquecimento das partículas. Ficou evidente a importância da granulometria e do teor de voláteis no processo de combustão dos carvões, pois carvões com menores granulometrias e maiores teores de voláteis tendem a apresentar índices de combustibilidade mais elevados. A partir de simulações com misturas de carvão mineral e vegetal, variando a proporção destes, observou-se que misturas formadas com 25% de carvão vegetal apresentam melhores valores de combustibilidade.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/ 0000-0001-9996-9433
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas

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