Dobór komina przemysłowego — piec aluminiowy.

Dobór kominów przemysłowych w ramach modernizacji pieca

Znaczenie odprowadzania spalin: środowisko, bezpieczeństwo i komfort operatorów

Odprowadzanie spalin ma znaczenie krytyczne dla środowiska, bezpieczeństwa i komfortu operatorów. Dobór komina jest uregulowany przepisami. Komin działa jak odciąg dymu, tworząc podciśnieniu, aby wyciągnąć dym z komory spalania. Wyrzuca dym, unosząc go, aby sprzyjać jego rozproszeniu i zmniejszyć oddziaływanie na środowisko.

Nie ma obowiązku prawnego, ale norma zaleca sprawdzenie co dwa lata. Kominy są narażone na wysokie temperatury i atak kwasów, co wymaga regularnego nadzoru.

Główne przepisy to Kodeks środowiska i rozporządzenie z 2 lutego 1998 r.. Normy takie jak NF EN 13084-1, EN 1990, EN ISO 14122-1 oraz karty techniczne spalania podają wytyczne dotyczące doboru, bezpieczeństwa, zgodności i zarządzania oddziaływaniem na środowisko związanym z odprowadzaniem spalin.

Rozbudowa zdolności produkcji wlewków: montaż nowego pieca i dodatkowy wyciąg spalin

W ramach projektu zwiększenia zdolności produkcji wlewków rozważa się montaż nowego pieca (nr 8) obok pieca istniejącego (nr 7). Piec ten będzie miał pojemność 65 ton i będzie służył do topienia metali w stanie stałym oraz do podtrzymywania metalu w stanie ciekłym przed spustem na linię produkcji wlewków. Oba piece pracują w tandemie, aby zapewnić ciągłość produkcji. Rozbudowa ta będzie wymagać dodatkowego wyciągu spalin do istniejącego komina.

Obiekt Aluminium Dunkierka, wybudowany w 1991 r., obejmował początkowo 6 pieców aluminiowych, 3 jednostki odlewania płyt i 1 linię produkcji wlewków. W 2004 r. zamontowano siódmy piec, a w 2015 r. dodano drugą linię produkcji wlewków. W 2022 r. pierwsza linia produkcji wlewków została rozebrana. W hali odlewni piece stoją w jednym rzędzie na całej długości, z wywietrznikami do wyciągu powietrza i żaluzjami do doprowadzenia powietrza świeżego.

Dobór dla pieców do topienia aluminium: czynniki kluczowe

Dobór komina przemysłowego dla pieców do topienia aluminium zależy od kilku czynników, w szczególności:

• Strumień gazów: należy obliczyć strumień gazów wytwarzany przez piece do topienia w zależności od ich zdolności topienia i rodzaju użytego paliwa. Strumień ten wyznaczy wielkość komina niezbędną do skutecznego odprowadzania.
• Temperatura pracy: piece do topienia aluminium pracują na ogół w wysokich temperaturach. Ważne jest, aby komin był dobrany tak, by wytrzymywał te temperatury bez odkształceń i uszkodzeń.
• Skład dymu: dym powstający w czasie topienia może zawierać związki szkodliwe (cząstki aluminium, gazy toksyczne, produkty niepełnego spalania). Komin trzeba dobrać zgodnie z tym składem, aby zapewnić właściwe odprowadzanie i zapobiec szkodliwemu oddziaływaniu na środowisko.

Wysokość komina jest wyznaczana na podstawie poziomu emisji zanieczyszczeń i obecności przeszkód mogących utrudnić rozproszenie gazów. Nie może być mniejsza niż 10 metrów. Wartość tę ustala się zgodnie z artykułami 53 do 56 rozporządzenia z 2 lutego 1998 r. albo obliczana na podstawie wyników analizy warunków rozproszenia gazów dopasowanej do obiektu.

Audyt na obiekcie

Kamera termowizyjna

CFD służy do odwzorowania i analizy zachowania płynów (powietrze, woda, gazy…) wewnątrz pieca, aby zrozumieć zjawiska wymiany ciepła, prędkości przepływu i mieszania. Termowizja z kolei pozwala zobrazować zmiany temperatury za pomocą kamer podczerwieni, które zamieniają różnice temperatury na obrazy termiczne. Obrazy te dają cenne informacje o strefach gorących, zimnych i o różnicach temperatury w piecu przemysłowym.

Dzięki łącznemu zastosowaniu termowizji i CFD inżynierowie mogą podjąć działania naprawcze, aby poprawić efektywność energetyczną pieca, zoptymalizować procesy produkcji, obniżyć koszty eksploatacji i zmaksymalizować parametry całości. Termowizja daje dane w czasie rzeczywistym, w sposób nieinwazyjny, o temperaturach wewnątrz pieca, co ułatwia wykrycie możliwych problemów (nadmierne punkty przegrzania, strefy niedostatecznego chłodzenia).

Audyt termiczny ma na celu wskazanie miejsc skupienia ciepła i sporządzenie mapy stref gorących i zimnych. Warto zauważyć, że podane temperatury mają dawać ogólne oszacowanie, a nie dokładny pomiar.

Próby dymowe

próby dymowe mają na celu zobrazowanie wentylacji wokół pieca 7. Próby te, podobnie jak obrazy termowizyjne, dostarczają danych uzupełniających do walidacji symulacji. Wobec obecności otworów, takich jak doprowadzenie powietrza i otwory boczne pieca, konieczne jest uwzględnienie kubatury wokół pieca i panujących w niej warunków przepływowych.

Zasada pracy pieca

Praca pieca dzieli się na kilka odrębnych faz: topienie, podtrzymywanie, nagrzewanie, otwieranie drzwi i inne czynności. Strumień gazów zmienia się w toku tych faz i zależy od liczby pracujących pieców. Rozważa się dołączenie pieca 8 w pracy naprzemiennej, aby osiągnąć strumienie gazów wymagane przepisami.

Symulacja CFD

Symulacja CFD w doborze kominów i kanałów przemysłowych

Jedną z podstawowych metod naszego podejścia jest symulacji CFD (Computational Fluid Dynamics). Ta zaawansowana technika pozwala analizować i modelować zachowanie płynów (gazy, ciecze, zawiesiny) za pomocą złożonych równań matematycznych rozwiązywanych komputerowo. Dostarczamy w ten sposób prognozy dokładne i szczegółowe dotyczące zjawisk cieplno-przepływowych, przepływu płynów, wymiany ciepła i strat ciśnienia.

W doborze komina dla pieca przemysłowego CFD jest szczególnie przydatna, aby zrozumieć i zoptymalizować proces spalania. Analizując właściwości płynu (temperatura, prędkość, ciśnienie) i jego oddziaływanie z poszczególnymi elementami komina, oceniamy straty ciśnienia, czyli ciśnienia tracone w czasie przepływu przez układ.

CFD pozwala ponadto przeanalizować wzrost ciśnienia wywołany ciąg termiczny grawitacyjnym w kominie, co jest niezbędne, aby zapewnić skuteczny wyciąg dymu, wykorzystując różnicę temperatur między wnętrzem a otoczeniem. Możemy w ten sposób zoptymalizować projekt dla maksymalnego ciągu przy minimalnych stratach ciśnienia. Analizujemy wreszcie erozję wywołaną pyłem w dymie: CFD przewiduje strefy wrażliwe na erozję, wskazuje mechanizmy zużycia i proponuje dopasowane rozwiązania ochronne (powłoki odporne, zmiany geometrii).

Model 3D

Konstrukcję dachu trzeba miejscowo wzmocnić, aby umożliwić przejście komina. Przewidziano wzmocnienie szczególne w postaci belki ukośnej, aby ułatwić to przejście. Wobec ograniczeń miejsca na dachu istnieje pięć możliwych wariantów położenia tego przejścia. Położenia 1 i 5 są preferowane z uwagi na ich dostępność i dogodność.

Dobór kanałów

Zoptymalizowaliśmy kolana i połączenia, aby poprawić sprawność przepływu. Nasze podejście polega na tym, aby ograniczyć każde kolano do najwyżej 3 elementów, co pozwala panować nad kosztami wykonania.

Wyniki symulacji CFD

Wykonaliśmy symulacje dwóch scenariuszy najbardziej wymagających: tryb topienia pieców 7 i 8 oraz tryb podtrzymywania pieców 7 i 8. Głównym celem była ocena prędkości wyrzutu i strumieni powietrza na wlotach powietrza położonych powyżej punktu pomiarowego.

Wymiary wlotom powietrza były podobne do wymiarów kominów pieców 1 do 6. W pierwszym kominie symulacje wykazały, że wloty powietrza miały ograniczony wpływ na przepływ, a strumienie wpływające były znacznie poniżej wyznaczonego celu; niemniej prędkości na wylocie pozostawały zgodne z celami. W przypadku drugim kominie, straty ciśnienia wywołane gwałtownymi kolanami w kanale pieca 8 wpłynęły niekorzystnie na ciąg, zmniejszając dopływ powietrza zewnętrznego, a w przypadku topienia pieców 7-8 odwracając kierunek przepływu. Różnica rozkładu temperatury między obu kominami pozostała jednak minimalna.