بخشی از مقاله
چکیده
شبیه سازی عددی در کلساینر نیاز به توجه دقیقی از فرآیند های فیزیکی از جمله جریان گاز، جریان مواد جامد و سوخت دارد. همه این فرآیند ها به صورت نزدیک به هم هستند و برقراری تعامل بین همه این مراحل و فرآیند ها باید به درستی و همچنین در جهت تولید و شبیه سازی واقعی در نظر گرفته شوند. در نظر گرفتن همه فرآیند های فیزیکی در یک مدل سبب می شود که رفتاری بسیار پیچیده از سیستم کلساینر شبیه سازی شود. این مدل سازی سیستم کلساینر تا حد زیادی، اطلاعات مربوط به تکلیس،ترکیب و همگن شدن مواد خروجی از کلساینر و همچنین تعامل بین منطقه احتراق و واکنش های ناشی از کلسینه شدن و شناسایی مناطق با درجه حرارت بالا و میزان تولید گاز های NOX را ارائه میدهد.
کلمات کلیدی:دینامیک سیالات محاسباتی ،کلساینر، تکلیس، سیمان
-1 مقدمه
سیمان عموماًاز چهار روش تر، نیمه تر، خشک و نیمه خشک تولید می شود که رایج ترین آنها سیمان نوع خشک می باشد که به دلیل تولید بالا و پایین بودن مصرف انرژی نسبت به روشهای دیگر از این روش استفاده می شود. در اینروش معمولاًاز پ یش گرم کن استفاده می شود پیش گرم کن ها انواع مختلفی دارند که رایج ترین آنها از نوع سیکلونی دارای دستگاه کلساینر هستند . مواد خامی که عمدتاً شامل مخلوط از پیش تعین شده - - CaCO3,SiO2 ,Fe2O3 ,Al2O3 می باشند این مواد پس از عبور از سنگ شکن وارد سالن خاک می شوند و پس از هموژن شدن به آسیاب مواد خام منتقل می شوند سپس بعد از آسیاب شدن مواد وارد مرحله پخت می شوند و به ترتیب از بین پیش گرم کن ،کلساینر ،کوره وخنک کن - مطابق شکل - 1 برای ساخت کلینکر سیمان می گذرند. در بخش پیش گرم کن خوراک خام تا دمای کلسیناسیون به وسیله گاز های گرم خروجی از کلساینر گرم می شوند، در کلساینر واکنش کلسیناسیون که اصلی ترین واکنش در پیش گرم کن است صورت می گیرد د.[1]
تکلیس مواد جامد توسط سیستم کلساینر انجام می گیرد . تکلیس فرآیندی است که در بسیاری از صنایع از جمله صنایع سیمان، آلومینیوم و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد . همچنین فرآیند تکلیس در کوره هایی با طرح های مختلفی از جمله کوره دوار و راکتورهایی همانند پیش گرم کن کارخانجات سیمان با درجه حرارت بالا صورت می گیرد. ایجاد یک شبیه سازی عددی در سیستم کلساینر بسیار پیچیده و دشوار است چرا که بسیاری از فرآیند های فیزیکی و شیمیایی به طور هم زمان و به صورت لحظه ای رخ می دهند از جمله جریان گاز، جریان مواد خام ورودی، سوخت و دیگر فرآیند های تکلیس که به صورت هم زمان اتفاق می افتند، لذا برای ارائه نتایج دقیق و معنی دار همه این فرآیند ها در یک مدل باید با هم به صورت یک پارچه و دقیق در نظر گرفته شوند. طراحی کلساینر در این مقاله به صورت معمولی نشان داده شده است که شامل بخش استوانه عمودی می باشدکه هوای مورد نیاز برای احتراق آن از قبل توسط کوره دوار پیش گرم شده است که این هوا از محور ورودی پایین کلساینر وارد سیستم می شود. کربنات کلسیم در اثر افزایش درجه حرارت در کلساینر به صورت زیر تجزیه می گردد.
-2 کلساینر
پری کلساینر محفظه ای است مجهز به مشعل که در آن ذرات جامد معلق درجریان گاز قبل از ورود به کوره تا حد زیادی تکلیس می شوند، به این ترتیب طول منطقه کلسیناسیون کوره بسیار کوتاه می شود. در طرح های جدید کلساینرها قادرند تا بیش از %90 مواد ورودی به کوره را کلسینه نمایند.کوره های مجهز به این نوع کلساینر ها به کوره های خشک کوتاه موسوم می باشند. گاز های خروجی از کوره وارد کلساینر شده و با ذرات جامد انتقال حرارت همسو انجام می دهند، ذرات جامد پس از کلسیناسیون وارد پایین ترین سیکلون و از آن جا وارد کوره می شوند. کلساینرها دارای طرح های متنوعی می باشند. در یکی از جدید ترین طرح ها ، ذرات جامد از دو مسیر وارد کلساینر می شوند، یکی از مسیر ها منتهی به بالای مشعل شده و %80 ذرات جامد از این مسیر وارد محفظه کلساینر می شوند.
در این طرح %60 از کل سوخت درون کلساینر و %40 دیگر در کوره مصرف می شود.[2]دستگاه تکلیس مابین کوره دوار و پائین ترین سیکلون پیش گرم کن قرار دارد. در این دستگاه حدود %90 از کربنات کلسیم موجود در مواد خام تجزیه شده و تبدیل به آهک می گردد. نتیجه این که بار حرارتی کوره کم می گرددمنطقه، کلیسناسیون کوره خیلی کم می شود و نهایتاً کوره با طول کمتر تولید بیشتری می کند، عمر آجر زیاد می شود، تشکیل کوتینگ بهتر و یکنواخت تر است، کوره یکنواخت تر کار می کند، توقفات کوره کاهش می یابد، بار حرارتی در منطقه پخت کم می شود، ظرفیت کوره بالا میرود و مصرف سوخت حدودKcal/kg 750 می شود.[3]
