Sistema de tratamiento de humos – CO2
En pocas palabras
EOLIOS ingénierie aportó su experiencia para mejorar la red de redirección de gas de una planta.
Sistema de tratamiento de humos - CO2
Año
2024
Cliente
NC
Ubicación
Francia
Tipología
Proceso industrial
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Descripción del proyecto
Como parte del desarrollo de un sistema de tratamiento de humos, con especial atención al tratamiento del dióxido de carbono (CO2), el proyecto pretende reconfigurar la infraestructura existente. Se trata de crear una nueva red para canalizar las emisiones de los hornos hacia el sistema de captura de CO2.
Esta red consta principalmente de un ventilador en línea, cuatro compuertas de aislamiento y regulación y una chimenea de doble flujo equipada con conductos concéntricos. El objetivo de este documento es presentar los resultados obtenidos a partir de las simulaciones realizadas para los tres modos de funcionamiento estudiados.
En nuestro estudio, nos centramos en varios aspectos clave. En primer lugar, estamos estudiando detenidamente los problemas que podrían afectar a la extracción de gas.
Otro aspecto importante de nuestro estudio es la identificación de las zonas con riesgo de condensación ácida. La condensación ácida puede causar una corrosión excesiva de tuberías y equipos, lo que puede provocar daños importantes y elevados costes de reparación. Analizando las condiciones de temperatura y humedad del sistema, podemos identificar las zonas de riesgo y hacer recomendaciones para minimizar los efectos de la corrosión.
Por último, nuestro estudio también incluye una evaluación de las pérdidas de presión en los conductos. Las pérdidas de carga son disminuciones de la presión del fluido a medida que circula por las tuberías. Estas pérdidas de presión pueden repercutir en la eficiencia global del sistema, lo que se traduce en mayores costes energéticos e incluso en la ineficacia del sistema. Analizando el diseño de la red y utilizando modelos matemáticos avanzados, podemos estimar estas pérdidas de carga y proponer soluciones para reducirlas.
Modelo 3D y elementos contextuales para la simulación CFD
El diseño inicial del modelo 3D se basa en los documentos recibidos. Debido a ciertas limitaciones del software, la representación geométrica de los registros se simplifica, centrándose exclusivamente en las palas pivotantes.
Condiciones exteriores
Había que tener en cuenta varias condiciones externas:
- Condiciones para el estudio de las zonas de condensación,
- Condiciones de análisis del tiro térmico.
Los diferentes modos de funcionamiento de los conductos
Estamos considerando tres modos de funcionamiento:
- modo básico (modo 1), una variante del modo básico (1,1 x modo 1+),
- modo 1+ bypass completo. En modo básico, el flujo se dirige a la CCU con registros específicos cerrados.
- La variante 1.1 x Modo 1+ dirige parte del caudal a la chimenea manteniendo una conexión con la CCU, mientras que el Modo 1+ bypass completo dirige todo el caudal a la chimenea con los ajustes adecuados de la compuerta.
Resultados con la configuración inicial
A continuación se presentan los resultados de las simulaciones, destacando diversos aspectos como la presión, la velocidad y la temperatura.
Las pérdidas de carga se evalúan calculando la diferencia de presión media entre las secciones de entrada y salida del modelo, lo que proporciona información esencial para cualquier mejora futura.
Se examinaron dos situaciones: la eficacia de la extracción de gas en condiciones de tiro desfavorables (35°C, 1m/s) y el posible riesgo de condensación y condensación ácida en condiciones favorables ( -10°C, 14,3 m/s).
La presión disminuye ligeramente desde aguas arriba hasta la salida de la chimenea. Sin embargo, en una compuerta se produce una importante caída de presión debido a su apertura limitada. El aumento de presión en la salida de la chimenea se debe a la presencia de un flujo bidireccional, que interrumpe la extracción de gases y provoca un aumento de presión.
La zona muerta alcanza una temperatura mínima, mientras que el descenso de la temperatura hacia la parte superior de la chimenea indica que el aire está entrando en parte de la chimenea.
El objetivo del estudio era identificar los problemas potenciales que afectan a la extracción de gas y la posibilidad de condensación ácida, al tiempo que se evaluaban las caídas de presión. Se examinaron dos hipótesis: la eficacia de la extracción de gas en condiciones de tiro desfavorables y el riesgo de condensación en condiciones favorables.
Los resultados ponen de relieve tres cuestiones principales:
- Una zona inactiva notable en la primera derivación en modo de derivación completa,
- Una zona inactiva prolongada cuando se abre un control específico, lo que favorece la condensación y provoca caídas de presión,
- Zona en la que aparece condensación en la chimenea con doble flujo.
A pesar de estas dificultades, hemos dimensionado el aislamiento de los conductos, que parece funcionar bien en general, con sólo ligeras pérdidas de calor. Las zonas inactivas con posibles defectos se han tratado específicamente.
Resultados con la configuración mejorada
Esta sección resume las simulaciones de las modificaciones geométricas, incluido el ajuste de la Y de la primera derivación, la adición de una compuerta de aislamiento y la reducción de la altura de la chimenea central. Condiciones extremas se utilizaron para evaluar las pérdidas de presión y la condensación ácida en los conductos
La distribución de la presión muestra una marcada similitud con la configuración geométrica básica. Esto puede explicarse por la persistencia de un flujo bidireccional a la salida de la chimenea, aunque de menor importancia.
La figura anterior muestra que en la parte superior de la chimenea persiste un flujo bidireccional.
La ilustración muestra cómo se distribuye la velocidad aguas arriba del ventilador. Esta distribución no es un problema, ya que la sección transversal reducida en el amortiguador de aislamiento impide la creación de una zona inactiva a baja velocidad y, en cambio, genera una zona a alta velocidad.
El objetivo de esta sección era evaluar tres optimizaciones concretas: ajustar el Y de la primera derivación, añadir una compuerta de aislamiento cerca de la segunda derivación y reducir la altura de la chimenea central.
La primera optimización consistió en modificar la Y de la primera derivación para mejorar el caudal y reducir las zonas muertas. Las simulaciones mostraron la desaparición de las zonas de baja temperatura y una reducción de las pérdidas de carga.
La segunda optimización añadió un amortiguador de aislamiento cerca de la segunda derivación, eliminando una gran zona muerta.
La tercera optimización redujo la altura de la chimenea central, mostrando una mejora significativa, especialmente en el peor de los casos.
Conclusión
Comprender la dinámica de fluidos asociada a las chimeneas industriales es esencial para garantizar que funcionan con una eficiencia óptima. Como expertos en simulación CFD (dinámica de fluidos computacional), estamos especializados en la realización de estos estudios cruciales.
Nuestra experiencia nos permite realizar diversos análisis de chimeneas industriales, como :
- Evaluación del tiro térmico
- Análisis de las pérdidas de presión
- Gestión de la erosión causada por el polvo en los gases de combustión
- Análisis de la dispersión atmosférica de acuerdo con las normas de calidad del aire
- Evaluar la estabilidad estructural frente a los costes externos
- Análisis del punto de rocío para evitar la condensación y sus consecuencias perjudiciales.
