بخشی از مقاله
خلاصه
شبیهسازی فرآیندهای صنعتی کمک شایانی به مدیریت مصرف انرژی میکند. یکی از فرآیندهای صنعتی مهم، فرآیند پخت آهک در کوره دوار است. کوره دوار از سه قسمت پیشگرمکن، قسمت دوار و کولر تشکیل شده است. شبیه سازی کوره دوار آهک همراه با پیشگرمکن و کولر در کارهای قبلی بهندرت انجام شده است. در این مقاله، کوره دوار آهک به همراه پیشگرمکن و کولر به صورت همزمان حل شده است.
آزمایشاتی جهت تعیین میزان وابستگی سرعت واکنش به قطر متوسط ذرات و دمای مواد طراحی شده است مدل اصلاح شده ای برای سرعت واکنش به دست آمده است. همچنین با استفاده از آزمایش ترموگراویمتری دمای کلسیناسیون برای دو نوع سنگ آهک محاسبه شده است.
نتایج شبیهسازی کلیسانسیون با نتایج تجربی تطابق خوبی داشته است. نتایج نشان داد با افزایش قطر ذرات، واکنش در کوره کمتر انجام شده و دمای مواد در خروجی کوره زیاد میباشد. همچنین به دلیل دمای زیاد مواد با قطر متوسط بالا، میزان واکنش درون کولر بیشتر میباشد. افزایش زمان ماند مواد در کوره دوار باعث افزایش کلسیناسیون و کاهش دمای مواد در خروجی کوره دوار میشود. افزایش ضخامت یا کاهش رسانایی عایق، تلفات حرارتی از دیواره را کاهش داده و دمای گاز در طول کوره کمتر افت می کند. با افزایش تشعشع رسیده به بستر واکنش نهایی بیشتر خواهد شد
.1 مقدمه
با شبیهسازی رفتار ترموشیمیایی کورههای صنعتی میتوان تاثیر پارامترهای مختلف را روی کارکرد آن تعیین کرد. شناسایی نقش این پارامترها و ترتیب اهمیت آنها به مدیریت انرژی و سوخت کمک میکند.[11-1] مقالات متعددی در زمینهی شبیه سازی و مدلسازی کوره دوار انجام شده است.[20- 12] در کارهای قبلی ، کوره دوار عمدتا به صورت مجزا شبیه سازی یا مدلسازی شده و تجهیزات بالادستی و پایین دستی در فرآیند پخت آهک در نظر گرفته نشدهاست. در تعداد کمی از مقالات، تجهیزات بالادستی و پایین دستی مورد بررسی قرار گرفته شدهاست. که در ادامه توضیح داده میشود.
انجین1 و همکاران در سال [21] 2005 ممیزی انرژی بر روی کوره دوار سیمان با استفاده از نتایج تجربی انجام دادند. آنها سه جزء کوره دوار، پیشگرمکن و کولر را بهصورت مجزا مورد تحلیل قرار دادند. موجمدار2 و همکاران در سال [22] 2007 یک مدل یکپارچه کوره دوار آهک شامل کوره دوار، آهککن 3، پیشگرمکن و کولر ارائه دادند و نرمافزار RoCKS را برای شبیهسازی کوره دوار سیمان توسعه دادند. آنها مقایسهای با نتایج تجربی ارائه نکردند. سوگوت در سال [10]2010 آنالیز اگزرژی روی خط تولید سیمان اتجام داد.
برای کلسیناسیون سنگ آهک عمدتا از سه مدل ریاضی استفاده می شود که عبارتند از: مدل کاهش هسته ترکیب نشده[23]، مدل پیشرفت یکنواخت[24] و مدل ذرات دانهای کروی.[25] سیلککس4 و همکارانش در سال [26] 1989 مدلی نیمه تجربی برای فرایند کلسیناسیون ارائه کردهاند که بر مبنای واکنش شیمیایی استوار است. که با استفاده از پارامتر اثر نفوذپذیری حفرات بسط داده میشود. یکی از مدل های ارائه شده برای سرعت واکنش، مدلی است که در سال 2005 توسط جرجالیس[18] ارائه شده است.
در این مقاله با استفاده از آزمایشات انجام شده بر روی دو نوع سنگ آهک، این مدل اصلاح شده و با استفاده از آزمایش ترموگراویمتری دمای کلسیناسیون برای این دو نوع سنگ آهک محاسبه شده است. همچنین سه جزء کوره دوار، پیشگرمکن و کولر که در فرآیند پخت آهک دخیل هستند، مورد تحلیل قرار گرفته شده است. در قسمت 2 به توصیف مسئله پرداخته شده، در قسمت 3 معادلات حاکم بر شبیه سازی و الگوریتم حل تشریح میگردد. آزمایشات انجام شده در قسمت 4 ارائه شده و رابطهای برای محاسبهی سرعت واکنش بهدست آمده است. در نهایت در قسمت نتایج به بررسی تاثیر پارامترهایی از قبیل قطر متوسط ذرات، زمان ماند کوره و ضخامت و رسانایی عایق کوره پرداخته میشود.
-2 توصیف مسئله
شکل 1 نمای شماتیک از فرآیند پخت آهک را نشان میدهد. این کوره شامل سه قسمت پیشگرمکن ، کوره دوار و کولر است. - مشخصات کارکردی مبنا برای این کوره در جدول 1 ارائه شده است -
