Avaliação da combustibilidade de carvões em simulador de PCI : evolução da metodologia de operação

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Fragoso, Hector Alejandro Picarte
• Orientador(a): Osorio, Eduardo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Carvão pulverizado; Alto-forno; Combustão
• Palavras-chave em Inglês: Pulverized coal injection; Blast furnace; Physical simulation; Coal combustion
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/212383

A injeção de carvão pulverizado através das ventaneiras dos altos-fornos (processo comumente chamado de PCI) já é uma tecnologia consolidada que permite a redução no consumo de coque, contribui com um aumento da flexibilidade operacional e aumenta a produtividade do alto-forno. Na prática industrial é desejável operar sob elevadas taxas de injeção, entretanto, o aumento da taxa de injeção promove mudanças nas condições de operação do alto-forno. A manutenção da estabilidade operacional do alto-forno com o aumento da taxa de injeção vai depender da performance do carvão na combustão. Porém, em razão do sistema de injeção operar sob condições extremamente severas, a medição direta da combustibilidade no alto-forno é onerosa e tecnicamente complexa. Em razão das limitações das técnicas analíticas convencionais em não reproduzirem a complexidade do ambiente da zona de combustão, inúmeros centros de pesquisa investiram na construção de reatores capazes de submeter as partículas de carvões em condições próximas daquelas observadas durante o processo de injeção. O objetivo deste trabalho foi o aprimoramento da metodologia para avaliação da combustibilidade de carvões no Simulador de PCI do Laboratório de Siderurgia da UFRGS com base na análise do comportamento de carvões de diferentes ranks em termos do burnout e variação da pressão, a partir de ensaios de combustão sob diferentes concentrações de oxigênio e taxas de injeção. Nas condições de temperatura e pressão trabalhados, com base no registro da variação da pressão durante a combustão estimou-se que o tempo de residência das partículas de carvão na zona termicamente afetada do reator se estenda por pelo menos 650 ms antes dos resíduos sólidos da combustão serem retidos no filtro de coleta. Foi observado um aumento na combustibilidade com o aumento do teor de voláteis dos carvões. A resolução do reator permitiu a classificação dos carvões em termos da sua combustibilidade, mesmo para carvões de ranks similares. Nos testes com oxigênio puro foram observados burnouts médios mais altos, mesmo sob razões O/C similares às do ar, e a influência da taxa de injeção sobre a performance dos carvões foi relativamente menor. As diferenças nos comportamentos sob diferentes concentrações de oxigênio foram atribuídas ao perfil de temperatura do reator, ao tempo de residência das partículas e ao efeito da pressão parcial de oxigênio sobre os mecanismos de combustão. Nas atuais condições do reator em termos de design, temperatura e pressões de operação, as faixas de massa mais adequadas para a realização de testes em oxigênio puro são entre 750 e 1000 mg e em ar entre 250 e 500 mg.