Aproveitamento de energia térmica associada aos diferentes pontos do processo produtivo

Abstract

O presente relatório foi desenvolvido no âmbito do estágio final do Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro que foi realizado na empresa SN Maia-Siderurgia Nacional, empresa pertencente ao Grupo Megasa SA. Este estágio surge face à crescente preocupação por parte das empresas em tornar os seus processos de fabrico mais eficientes, de forma a reduzir os seus custos mas também torná-los menos poluentes. Sendo a SN Maia produtora de aço e tendo o seu processo de fabrico assente no uso de três fornos, um forno elétrico de fusão, um forno elétrico de afino e um forno a gás natural para o processo de laminagem, esta é enquadrada como uma indústria eletrointensiva e é também uma grande consumidora de gás natural. Assim, face aos altos níveis de temperatura de laboração do processo, existe um alto potencial de aproveitamento de calor residual e é preocupação da SN Maia procurar soluções técnicas que visem aproveitar este potencial. Neste relatório estuda-se a possibilidade de integração de um sistema a operar segundo o Ciclo Orgânico de Rankine, com a finalidade de produção de energia elétrica. Das fontes de calor residual, aquela que apresenta maior potencial é aquela que resulta dos gases de exaustão do forno de reaquecimento de biletes. Com base numa análise preliminar, verifica-se que um sistema ao utilizar o fluido n-Pentano no estado de vapor saturado a 19 bar, com um caudal de 10 kg/s apresenta bons indicadores técnicos e económicos. Com este sistema consegue-se produzir cerca de 5 145,2 MW h/ano. Estima-se um payback atualizado de 4,3 anos e valor atual líquido de 2 810 228 e . Este sistema é ainda responsável pela redução da produção de aproximadamente 2 500 t/ano de dióxido de carbono.

This report was made within the scope of the final internship of the Integrated Master in Mechanical Engineering of the University of Aveiro which was carried out in the company SN Maia-Siderurgia Nacional, a company belonging to the Group Megasa SA. This internship arises from the growing concern of companies in making their manufacturing processes more efficient, in order to reduce their costs but also make them less polluting. As SN Maia produces steel and its manufacturing process is based on the use of three furnaces, an electric melting furnace, an electric refining furnace and a natural gas furnace for the rolling process, it is classified as an electrointensive industry and is also a major consumer of natural gas. Therefore, given the high temperature levels of the process, there is a high potential for using waste heat, and SN Maia is concerned with seeking technical solutions to harness this potential. In this report we study the possibility of integrating a system operating according to the Rankine Organic Cycle, with the purpose of producing electrical energy. Of the residual heat sources, the one with the greatest potential is that resulting from the exhaust gases of the billet reheating furnace. Based on a preliminary analysis, it appears that a system using n-Pentane fluid in the saturated vapor state at 19 bar, with a flow rate of 10 kg/s presents good technical and economic indicators. With this system it is possible to produce about 5145.2 MW h/year. An updated payback of 4.3 years and net present value of 2 810 228 e is estimated. This system is also responsible for reducing the production of approximately 2,500 tn/year of carbon dioxide.