Emprego da minimização da energia de Gibbs para predizer a composição dos gases de exaustão oriundos de uma caldeira que utiliza como combustíveis subprodutos gerados na indústria siderúrgica

Nos processos para produção de aço em uma usina siderúrgica são produzidos gases que normalmente podem ser aproveitados como combustíveis pela própria planta. Os gases de alto forno, de coqueria, de aciaria e o alcatrão compõem frequentemente a mistura de combustíveis alimentados nas caldeiras de diversas usinas siderúrgicas. A combustão de diferentes misturas (mix) de combustíveis na caldeira pode gerar altos níveis de gases não oxidados, especialmente o CO. Altas concentrações destes gases acarretam problemas ambientais, o que não é desejado. Como tentativa de solução do problema, significativos níveis de excesso de ar são inseridos no sistema. Entretanto, o excesso de ar pode acarretar na redução da eficiência energética do processo e pode não solucionar o problema. Neste contexto, os objetivos deste trabalho são: (i) Testar diferentes composições para a alimentação de uma caldeira em operação em uma indústria siderurgia e calcular a composição da saída dos gases de exaustão; (ii) Investigar o efeito do aumento do excesso de ar na composição dos gases de exaustão e na eficiência energética do processo. Para isto é proposta a utilização da técnica de minimização da energia livre de Gibbs. Esta metodologia é frequentemente utilizada para se calcular a composição química de um sistema fechado em equilíbrio químico com uma ou mais fases. Portanto é possível afirmar que a energia livre de Gibbs é mínima quando o sistema atinge o estado de equilíbrio químico. Para a obtenção da composição química do sistema, um problema de otimização restrito deve ser resolvido. As variáveis a serem ajustadas representam a composição de equilíbrio do sistema. Assim, com o desenvolvimento deste estudo espera-se ser possível predizer quais a condições operacionais maximizam a eficiência energética do processo e minimizam a emissão de gases não oxidados.The development of the steel industry has increased energy demand, exerting strong influence on the use of energy resources. The utilization energetic is extremely important because it enables the steel industry greatly reduce their costs. In the steelmaking process, they are produced four by-products with high capacity for energy generation. The produced by-products are directed to thermoelectric plants and used as fuel for the generation of electricity. In this work it proposed a modeling for the prediction of the equilibrium concentration of the chemical species present in the furnace of a steel boiler installed in a thermoelectric plant. The employed technique consists of the minimization of the Gibbs energy of the reaction medium present in the furnace of steel boiler equipment on the thermoelectric central plant. The optimization problem was proposed, by defining thus the objective function and restrictions to be resolved employing the commercial software Matlab® . The solution of the optimization problem resultant provides the description of composition output of the exhaust gases. This work it was possible to evaluate the impact of changes in air feed flow rate and operating temperature of the composition of the exhaust gases. The applied methodology is able to reproduce satisfactorily the information provided by industry and obtained in the literature, that describe the combustion of the byproducts on the steel industry by-products.CAPE