بخشی از مقاله
چکیده :
در این مطالعه تلاش بر آن است که شبیه سازی قابل قبولی از رفتار کوره در سیستم پخت سیمان بدست آوریم که با استفاده از CFD اطلاعات دقیق در مورد یک فرآیند فیزیکیغالباَ توسط اندازه گیری عملی به دست می آید. اما در بیشتر حالت ها انجام چنین آزمایش هایی به علت بزرگ بودن اندازه های دستگاه، بسیار گران و اغلب غیر ممکن است .یک پیشگویی تئوری حداکثر استفاده را از نتایج مدل ریاضی خواهد برد و در مقایسه با آن نتایج تجربی را مورد استفاده کمتری قرار می دهد. مهمترین امتیاز یک پیشگویی محاسباتی هزینه پایین آن است. با داشتن اطلاعات، پدیده های انتقال به دلیل جابجایی مواد و بررسی انتفال حرارت به عنوان بخش اصلی در فرآیند پخت حائز اهمیت است که شامل انتقال حرارت داخل کوره وانتقال حرارت از پوسته کوره به خارج است.
کلمات کلیدی: کوره دوار سیمان ، انتقال حرارت ، مدل سازی ، سیمان
-1مقدمه
اگر کمی با دقت بنگریم اهمیت انتقال حرارت وجریان سیال در زندگی ما و بسیاری از کاربردهای عملی بطور قابل توجهی مشاهده می شود. با توجه به اهمیت کوره دوار در صنعت تولید سیمان و با توجه به ماهیت پیچیده کوره های دوار و پارامترهای متعدد موثر بر کیفیت کار آن امر تحقیق و پژوهش بر روی آن بسیار لازم و ضروری است. قلب واحد تولید سیمان، کوره های دوار است که در آن کلینکر تولید می شود. برای یک کوره دوار سیمان، نگهداری و بهره برداری مداوم از آن بسیار حیاتی است. پس با در دست داشتن یک مدل جامع از فرآیند می توان عملکرد بهتری از کوره را ایجاد نمود، همچنین از مدل سازی می توان جهت آموزش اپراتور برحسب تجربه اپراتورهای خبره در این صنعت، بهره گرفت. فرایند پخت در کوره دوار سیمان کاملا غیر خطی می باشد که با توجه به حجم وسیع محاسبات استفاده از نرم افزار در حل معادلات امری اجتناب ناپذیر است. در روند تولید کلینکر در سیستم پخت، مواد خام ابتدا وارد سیکلون های پیش گرمکن می شود مطابق شکل - - 1 و پس از عبور در سیکلون ها کلسینه شده و با دمای 900°C وارد کوره می شود. در ابتدای کوره کلسینه می شوند و سپس تشکیل فاز های سیمان آغاز می شود که به ترتیب فاز C4AF-C3A-C2S-C3S تشکیل شده و پس از تثبیت فاز C3S وارد خنک کن می شود.
-2مدل سازی
کوره دوار سیمان شامل یک استوانه توخالی افقی با شیب مناسب جهت مشعل می باشد تا قادر به گسیل دادن فاز جامد به سمت مشعل باشد. کوره مورد مطالعه دارای طول 64 m و قطر 4.2 m است. طول کوره قویا وابسته به زمان لازم برای رسیدن مواد به دمای کلینکر شدن است که این دما در حدود1800°C می باشد. در برخی ازکوره ها از سیکلون های پیشگرمکن دار استفاده می شود که به صورت قابل توجهی مواد ورودی به کوره کلسینه می شود و از طول کوره می کاهد. خوراک ورودی به داخل کوره عمدتا شامل سنگ آهک - - limestone و خاک رس - - caly که این مواد کاملا آسیاب شده و با درصدهای مختلف در سالن خاک و سیلوهای مواد خام با هم مخلوط می شوند که پس از ورود به کوره در مجاورت حرارت تبدیل به اکسید های Cao،Sio2، Al2o3، Fe2o3 میشوند. در سیستم پخت سیمان از حرارت دهی توسط گازهای داغ، واکنشهای سیمان در طول کوره رخ می دهد که در نهایت منجر به تشکیل فازهای سیمان می شوند - C3S،C2S،C3A،[1]. - C 4AF
-3فرضیات مدل سازی
•قطر داخلی و خارجی کوره ثابت می باشد.
•جامداتی که توسط گاز حمل می شود صریحا در مدل قرار ندارند.
•در معادلات سرعت غلظت اجزا قلیل - Trace - شرکت ندارند.
•گرمای ویژه و تبخیر و واکنش مستقل از دما و موقعیت می باشند.
•هدایت حرارتی در گاز و جامد ناچیز محسوب می شود و در ضمن هدایت در جهت محوری در پوستهنیز نا چیز در نظر گرفته می شود. •ضریب انتقال حرارت جابجایی و تشعشعی مستقل از دما و موقعیت هستند.
•سرعت و جرم گاز وجامد در طول کوره ثابت فرض می شود.
•با استفاده از مدل یک بعدی، برای دقت مناسب تر کاهش خطای محاسباتی معادلات دیفرانسیل بیان می شود و نسبت به شعاع و زاویه کوره میانگین در نظر گرفته می شود.
