Modelagem de um termoacumulador para reaproveitamento dos gases de exaustão em uma usina siderúrgica

Abstract

Steelmaking is an energy-intensive industrial sector, characterized by the reduction of iron ore, melting of raw materials, and refining of liquid steel. During steel production, large volumes of exhaust gases are released, representing a significant potential for heat recovery in steelmaking processes and minimizing greenhouse gas emissions into the atmosphere. The present work aims to evaluate and optimize the behavior of a thermal accumulator based on a PCM material (Phase Change Material) for heat recovering use of the exhaust gases of an electric arc furnace (EAF) in a Steel Plant in the region of Vale do Paraiba, using ANSYS Fluent software. A comparative analysis was carried out between thermal accumulation arrangements from crossed flow in aligned and alternate cylinders encapsulated with a commercial PCM, to damp the transient effect of the exhaust gases and use them in a bottoming cogeneration plant. The results show that the aligned modeling is an option to damp the off gases’ temperature, resulting in 3,90 MW of electric power.

A siderurgia é um setor industrial caracterizado pelo uso intensivo de energia em processos de redução de minério de ferro, fusão de matérias-primas e refino de aço líquido. Durante a produção do aço, grandes volumes de gases de exaustão são liberados, de modo a representar expressivo potencial para recuperação de calor em processos siderúrgicos e minimização de emissões de gases do efeito estufa na atmosfera. O presente trabalho tem como objetivo avaliar e otimizar o comportamento térmico de um termoacumulador baseado em material do tipo PCM (Phase Change Material) para aproveitamento energético dos gases de exaustão de um forno elétrico a arco (FEA) em uma Usina Siderúrgica da região do Vale do Paraíba, com o auxílio do software ANSYS Fluent. Foi realizada uma análise comparativa entre arranjos de termoacumulação a partir de escoamento cruzado em cilindros alinhados e alternados encapsulados com um PCM comercial, de modo a amortecer o efeito transiente dos gases de exaustão e utilizá-los em um ciclo bottoming de cogeração. Os resultados obtidos indicaram que a modelagem em arranjo alinhado é uma opção para amortecimento da temperatura dos gases, de modo a gerar 3,90 MW de potência elétrica.