Modelado de procesos avanzado
Tanto las aplicaciones de control de la contaminación atmosférica como las de FUEL CHEM® incluyen la optimización de la inyección de la cantidad precisa del producto químico correcto bajo las condiciones adecuadas para alcanzar los niveles de rendimiento deseados. Las herramientas que utilizan los ingenieros para diseñar estos sistemas han evolucionado desde la primera vez que utilizamos un software de ingeniería computacional en 1987 hasta llegar a nuestro actual y elaborado paquete de aplicaciones de modelado de procesos en continuo desarrollo.
Las instalaciones de productos Fuel Tech cuentan con un modelo de proceso personalizado que las respaldan.
Se utiliza para simular las condiciones en las que funcionará nuestro producto. Un modelo CFD (dinámica de fluidos computacional) genera predicciones de temperaturas de funcionamiento, velocidades y otras variables mediante una réplica virtual de entradas operativas y de geometría del mundo real. Para las aplicaciones de NOxOUT® y TIFI® Targeted In-Furnace Injection™, se genera la geometría tridimensional de la cámara de combustión o la caldera. Los modelos ULTRA™ reflejan la geometría y la dinámica de la cámara de descomposición de urea y su conexión con la red de conductos del cliente. Los modelos de reducción catalítica selectiva avanzada NOxOUT CASCADE®, and ASCR™ se centran en la distribución del escape de amoníaco no reaccionado que ingresa al catalizador de reducción catalítica selectiva (SCR).
Después de generar el modelo base, se visualiza con un software de visualización de propiedad exclusiva de la empresa.
El software está diseñado para explicarle al ingeniero los comportamientos complejos típicos de los flujos de combustión. Los ingenieros de Fuel Tech pueden utilizar el software para analizar sus modelos desde cualquier perspectiva y volver a ellos durante el diseño del proceso. El software de visualización de Fuel Tech también se utiliza para que el cliente participe en la etapa de diseño y así poder aprovechar la competencia técnica de los expertos de su planta.
Modelado de cinética química
Las aplicaciones de reducción de óxido de nitrógeno (NOx) se analizan con un modelado detallado de cinética química (CKM). Este modelado prevé la reducción de NOx mediante la simulación de reacciones químicas importantes en los perfiles de temperatura del gas derivados de los modelos CFD, en presencia de una dosificación química anticipada y composiciones de gases de combustión clave. En cambio, las aplicaciones FUEL CHEM® se examinan para detectar los efectos de la composición de la ceniza basándose en análisis de muestras de cenizas. Por lo general, no es necesario realizar un análisis de CKM. En cualquiera de los casos, una vez que se comprenden totalmente las condiciones del proceso, se debe optimizar una estrategia de inyección de productos químicos.
Fuel Tech desarrolló sus propios modelos de atomización de productos químicos específicos para las condiciones de las calderas y los conductos. Estos modelos se validaron con caracterizaciones en laboratorio y desempeño en campo de nuestras atomizaciones durante 20 años de aplicaciones. Los modelos de atomización se combinaron con las velocidades y temperaturas de CFD previstos para predecir la evaporación de gotas y la posterior distribución de productos químicos. Los ingenieros de Fuel Tech usan un software de visualización para cambiar de orientación las atomizaciones de manera dinámica y calcular el efecto del desempeño deseado. La simulación CFD del modelo original con inyección por atomización proporciona una representación más precisa del desempeño de los productos químicos.
A continuación se describe una secuencia del modelado de procesos avanzado:
Un típico modelo CFD de caldera TIFI® o NOxOUT® predice las características del flujo de gas. |
Las superficies de temperatura se utilizan para identificar zonas importantes para la inyección de productos químicos. |
La disposición de los inyectores se examina en un entorno de visualización virtual. |
Se simulan las posibles soluciones de atomización con un modelado CFD adicional. |
Los planos de distribución de productos químicos se generan a partir del modelo CFD para predecir el desempeño. |
Modelado experimental
Nos especializamos en el modelado experimental (físico) de los equipos de control de la contaminación atmosférica. Se crearon modelos a escala de 1:4 a 1:8 para realizar pruebas en nuestro laboratorio de flujos de Carolina del Norte para las instalaciones de Europa, América del Norte y Asia. Nuestro objetivo continúa siendo brindar a nuestros clientes las soluciones más precisas e innovadoras.
Se utilizan técnicas innovadoras en el modelado de flujos a escala para mejorar el desempeño en equipos críticos de flujos. Nuestros modelos de flujos se construyen de manera rápida y precisa con un armazón de acero cortado por CNC (control numérico computarizado). El plástico transparente se examina con equipos de análisis de flujos de última tecnología.
Nuestros estudios de modelos experimentales y el modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD) permiten comprender mejor las situaciones del flujo actual y diseñar de manera efectiva los dispositivos correctores como álabes giratorios, filtros de ceniza, sistemas de inyección y mezcladores estáticos para cada proyecto exclusivo. Los procesos de optimización típicos reducen las pérdidas de presión del sistema, mejoran la temperatura, la velocidad, las especies de gases y las distribuciones de cenizas, y evitan las deposiciones de cenizas y polvo en conductos. Todo esto se traduce en ahorros para el cliente.
La combinación de técnicas de construcción exclusivas, tecnología de última generación y muchos años de experiencia permite que los estudios de modelos se realicen en la mitad del tiempo que tardan nuestros competidores. Así se les brinda a nuestros clientes la confianza y las garantías necesarias para continuar con la construcción o el refaccionamiento.
Precipitadores electrostáticos
Los precipitadores electrostáticos (ESP) utilizan la atracción electrostática para recolectar partículas de una corriente de flujo. En sí son bastante versátiles y pueden operarse con una eficacia de hasta el 99% en una amplia variedad de condiciones de funcionamiento. Sin embargo se deben tener en cuenta diversas variables de los ESP para obtener esa eficacia elevada. Específicamente, las distribuciones de temperatura, flujo y polvo deben ser uniformes en cada uno de los compartimientos formados por las placas del precipitador. También se deben tener en cuenta las deposiciones de polvo en la red de conductos y el reingreso por las tolvas.
Al combinar el modelado computacional con el experimental para predecir el comportamiento del fluido en instalaciones de ESP nuevas y existentes, se pueden detectar, analizar y prevenir esos problemas de flujo. Los dispositivos correctores del flujo se pueden diseñar, probar y optimizar para garantizar que las características del flujo cumplan con las normas de la industria, como la Norma Técnica EP-7 que establece el Instituto de Compañías de Aire Limpio (Institute of Clean Air Companies, ICAC).
Reactores catalíticos selectivos
Los reactores catalíticos selectivos utilizan un catalizador de cerámica para reaccionar NO2 y NO3 con amoníaco y producir N2 y H2O inofensivos. Las emisiones de NOx han sido identificadas como la principal fuente de esmog, ozono a nivel del suelo y lluvia ácida. La reducción de las emisiones de NOx beneficia tanto al medioambiente como a la salud de la población en general.
Los reactores catalíticos selectivos se modelan para garantizar que el catalizador sea eficaz y que su vida útil se prolongue tanto tiempo como sea posible. Para evitar que se produzca un escape de amoníaco (amoníaco sin reaccionar en el gas de combustión) y garantizar que se minimicen las emisiones de NOx se requiere una combinación adecuada de gas de combustión con un perfil de flujo y velocidad apropiado. Los ingenieros de Fuel Tech tienen mucha experiencia en la operación de SCR y en el diseño de sistemas de inyección de amoníaco. Además trabajan en estrecha colaboración con los principales fabricantes de catalizadores para encontrar la mejor solución de flujos posible.
Filtro de tela
Las cámaras de filtro de mangas de tela extraen las partículas de una corriente de aire mediante exclusión física. La distribución del flujo en los compartimientos de las cámaras de filtro de mangas y los perfiles de flujo apropiados en la parte inferior de las mangas son importantes para garantizar una eliminación del polvo más eficaz y prevenir el desgaste prematuro de la tela del filtro.
En el diseño de los dispositivos de optimización del flujo se deben tener en cuenta las deposiciones de polvo, la distribución del polvo en los compartimientos de las cámaras de filtro de mangas, el reingreso a la tolva y la protección de los filtros de tela. El modelado de las cámaras de filtro de mangas se puede utilizar para pronosticar y solucionar áreas problemáticas de desgaste y deposiciones de polvo en los sistemas de estas cámaras y reducir las pérdidas de presión generales. Fuel Tech diseña dispositivos correctores del flujo que cumplen con las normas de desempeño de la industria para las cámaras de filtro de mangas, como la Norma Técnica F-7 que establece el Instituto de Compañías de Aire Limpio (ICAC) para garantizar el óptimo desempeño de las cámaras de filtro de mangas.
Desulfuración de gases de combustión
La desulfuración de gases de combustión (FGD) por vía húmeda y seca elimina el SO2 del gas de combustión mediante la reacción del gas ácido SO2 con un reactivo alcalino para producir un derivado fácil de recolectar. Para que una FGD sea eficaz es fundamental que haya una excelente combinación entre la corriente de gas de combustión y el reactivo depurador así como un período de permanencia dentro del reactor. La colocación de la boquilla, los dispositivos de optimización del flujo y los mezcladores son algunas de las herramientas que se utilizan para corregir situaciones de flujo ineficientes en un sistema FGD.
Al utilizar el modelado experimental y CFD, se puede prevenir el rendimiento deficiente de FGD, y hasta mejorarlo si se resuelven otros problemas relacionados con los depuradores húmedos como por ejemplo:
- Extracción del líquido del conducto de entrada
- Desempeño del eliminador de condensaciones
- Pérdidas excesivas de presión
- Distribución del flujo de la entrada del ventilador
- Alcance del atomizador
- Recolección de líquidos
Virtual Vantage™
Fuel Tech utiliza el modelado CFD para simular la tecnología de sus productos básicos desde 1987. A partir de ese momento, nuestra principal iniciativa de desarrollo ha sido retirar la simulación avanzada de la mera investigación y aplicarla en el entorno de diseño diario.
En 1994, Fuel Tech colaboró con el Laboratorio Nacional Argonne para implementar las técnicas de realidad virtual y supercomputación para resolver problemas de ingeniería práctica. Fuel Tech aportó su experiencia en técnicas CFD y Argonne aplicó los últimos métodos computacionales y de visualización. El resultado fue la primera aplicación de Fuel Tech para el modelado y la visualización de la inyección por atomización dentro de un entorno de caldera.
Actualmente, Fuel Tech utiliza un software de visualización de propiedad exclusiva para mostrar los diseños de ingeniería de una manera sumergible e interactiva. Nuestros ingenieros reconocen la información incluida en sus conjuntos de datos de simulación de una forma más rápida y con mayor precisión.
Las sesiones de visualización grupales que se realizan en nuestro laboratorio de proyección de estereovisión en Warrenville, Illinois, hacen posible que se mejore la creatividad de diseño y favorece la gestión de riesgos. Nuestros diseñadores y el personal de ventas ahora pueden comunicar de manera visual sus descubrimientos a los clientes con más facilidad y generar una compresión más completa de nuestras recomendaciones. El compromiso y las opiniones de los clientes sobre lo que observan en el entorno virtual enriquecen el proceso de diseño y mejoran aún más la calidad.