Avaliação exergética e otimização de uma unidade industrial utilizada para a produção de clínquer

Autor: Túlio Franco Anacleto
Přispěvatelé: Andréa Oliveira Souza da Costa, Esly Ferreira da Costa Júnior, Leandro Soares de Oliveira, Luiz Machado
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A produção de cimento é um processo de consumo energético intensivo. Tal processo é caracterizado por uma alta produção associada a uma alta demanda energética. Cerca de 90% da energia térmica total requerida é consumida na etapa de produção do clínquer, que é realizada na unidade de piro-processamento. Consequentemente, a demanda de combustível nesta etapa é considerável. Isso acarreta alguns obstáculos, como uma alta carga de emissões e um alto custo associado ao consumo de combustível. Devido a isso, algumas estratégias são adotadas na produção de clínquer a fim de minimizar o gasto de energia envolvido. Duas delas são a adição de um calcinador na etapa de pré-aquecimento e o uso de co-processamento. Para avaliar o desempenho deste processo de produção do clínquer, é frequente o uso da análise exergética, que permite calcular as perdas de calor e as perdas por irreversibilidades do processo. Dessa forma, baseado na análise exergética, o objetivo deste trabalho é realizar uma otimização a fim de se encontrar uma condição operacional ótima para a produção de clínquer. Nesta análise os efeitos do coprocessamento e da pré-calcinação são considerados. Para isso, foi construído um algoritmo capaz de predizer as vazões mássicas e composições das correntes de entrada para uma dada meta de produção de clínquer. Além disso, visto que a análise exergética ainda não apresenta uma metodologia consolidada na literatura, diferentes metodologias foram testadas para tal análise. Os resultados obtidos indicaram que a metodologia mais adequada para análise exergética consiste em considerar a contribuição completa da exergia química e em definir a eficiência exergética como a razão entre a exergia do produto desejado e a exergia fornecida ao processo. Por essa metodologia, a eficiência exergética da condição operacional padrão da unidade de piro-processamento foi de 29,4%. Por meio da otimização definiu-se que o processo ideal opera com o uso exclusivo de coque como combustível convencional e de pneu como combustível alternativo, com 25% de substituição térmica e com um direcionamento de 28% da carga térmica ao forno rotativo e o restante ao calcinador. Para a condição ideal, a eficiência exergética da unidade é de 30,8%. Foi simulado também um cenário com restrição de pneu. Neste caso, foram definidas duas condições ótimas de operação possíveis. The cement production is an energy intensive process. It is characterized by a high production associated to a high energy demand. In this process, about 90% of the total thermal energy required is consumed in the clinker production step, which is carried out in the pyro processing unit. Consequently, fuel demand for this step is considerable. This causes some issues, as high process emissions and high cost associated to the fuel supplyment. Due to this, some strategies are adopted in clinker production in order to minimize the energy spent. Two of them are the adition of a precalciner in the pre-heating stage and the use of co-processing. In order to evaluate the clinker production process performance, exergetic analysis is frequently used, since it allows calculate process heat losses and irreversibilities losses. Thus, based on the exergy analysis, the aim of the present work is to perform an optimization in order to determine an optimum operational condition for the clinker production. Co-processing and pre-calcination were taken into consideration in the analysis. For this, an algorithm to predict the inlet streams mass flows and compositions for a given clinker goal of production was developed. In addition, considering that the exergy analysis does not have a standard methodology defined in the literature, different methodologies were tried in the study. The obtained results indicated that the best methodology for the exergy analysis consists in to consider all the chemical exergy contribution and in to define the exergy efficiency as the ratio between the desired product exergy and the exergy given to the process. Considering this methodology, exergy efficiency for the standard operational condition of the pyro processing unit was 29.4%. The optimization pointed to that the ideal process runs with exclusive use of coke in the conventional fuel and exclusive use of tires in the alternative fuel, with 25% of thermal substitution and with 28% of the total thermal energy directed towards the rotary kiln and the last thermal energy directed towards the calciner. For the ideal condition, the unit exergy efficiency was 30.8%. It was also simulated a scenario with tire restriction. In this case, two possible optimum operational conditions were defined.
Databáze: OpenAIRE
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