Yokogawa y Gerdau-Açominas desarrollaron, a 4 manos, una estrategia de operación automática de los quemadores tangenciales de las calderas de la central termoeléctrica de la Gerdau Açominas.

La estrategia propuesta busca regularizar la formación de vortex, con consecuentes ganancias en la eficiencia de la mezcla aire/combustible, en la uniformización del flujo de calor en las paredes del horno, en la reducción de emisiones contaminantes y en los desgastes de las paredes y estructura del horno. Hornos con quemadores tangenciales (TFF - Tangentially-Fired Furnaces) tienen normalmente la forma de polígonos con cuatro, seis, ocho o más lados. En estos hornos, el combustible y el aire admitidos entran a través de quemadores localizados en los bordes del horno. Debido a esta distribución de los quemadores, las llamas generadas van tangencialmente a un círculo imaginario en medio del horno.

Esta forma constructiva hace que las llamas tengan un movimiento rotativo en la forma de vortex (ciclón). Estos horno son apropiadas para que operen con diversos tipos de combustibles, incluyendo el carbón, el aceite y gases combustibles.Como mencionamos anteriormente, las calderas generan vapor utilizando los gases resultantes del proceso siderúrgico (GCO, GAF y GAC) y también aceite combustible. Para esto son dispuestos dos quemadores de cada combustible por lado de la caldera, resultando en 32 quemadores para los 4 combustibles en los 4 cantos de la caldera.

Como podemos percibir, este arreglo permite una infinidad de combinaciones de quemadores, las cuales resultarían en varias posibilidades de formación del vortex céntrica de la del horno. Las diversas combinaciones implican diferentes condiciones de cambio de calor y stress térmico de las paredes y estructura del horno.

La central termoeléctrica de la Gerdau Açominas es responsable por la producción de vapor, por la generación de energía eléctrica y por el envío de aire soplado para el Alto-Horno. Esta compuesta básicamente por los siguientes equipamientos: 3 calderas con capacidad de 140 ton/h cada una, 2 turbogeneradores con capacidad de 15 MW cada una, 1 turbogenerador con capacidad de 25 MW y 2 turbosopladores con capacidad de 5300 Nm3/min. Los gases generados en las plantas de Alto-Horno, Coquería y Acería y el aceite combustible 2A son quemados en las calderas para la generación de vapor. El vapor generado es utilizado para mover las turbinas de los generadores y La plataforma de control utilizada fue el Centum CS3000 y para la lógica de enclavamiento y seguridad fue utilizado el PLC de seguridad Prosafe-RS, certificado SIL 3. El algoritmo propuesto, por estar totalmente integrado al BMS (Burners Management System) fue implementado en el Prosafe-RS.

La implantación del algoritmo para secuenciamento del encendido/apagado de los quemadores y ecualización de la distribución de carga térmica en las calderas, tuvo reflejo inmediato en la operación del equipamiento, trayendo los siguientes beneficios: Reducción del número de intervenciones del operador, con la consiguiente reduccion de la probabilidad de error operacional, aumentando su disponibilidad para el acompañamiento del proceso productivo. Operación más suave del proceso, ya que siempre hay que esperar el tiempo de estabilización de la presión entre la apertura de quemadores. Anteriormente era común que el operador abriera o cerrara varios quemadores simultáneamente, a veces sólo por comodidad. En lo que concierne a la eficiencia de la caldera, aún no fue concluida la evaluación cuantitativa del nuevo modo de operación.

Los resultados cualitativos dan cuenta de las siguientes ganancias: Mejoría del contacto entre el combustible, aire y su interacción con las llamas en el interior de; horno, contribuyendo a una combustión completa y reducción de las quemas secundarias en la región de convección. Reducción del stress térmico de las paredes y de la estructura del horno, debido al flujo uniforme de calor. Reducción del slugging de las paredes del horno, con la consecuente reducción de la erosión debido al choque de los gases y supercalentamiento local. Reducción de las emisiones de NOx.

Esta asociación de éxito entre los profesionales de Yokogawa y Gerdau-Açominas resultó en un trabajo que será presentado en el congreso de la ABM (Asociación Brasileña de Metalurgia y Materiales).