بخشی از مقاله
چکیده
بیش از %40 از انرژی مصرفی در کارخانجات سیمان به منظور خردایش کلینکر سیمان توسط آسیاهای گلولهای مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که جداکنندههای هوایی به طور گسترده با آسیاها در مدار بسته به کار میروند، بهینه-سازی عملکرد آنها تاثیر مستقیم بر کارآیی مدارخردایش با جلوگیری از ورود ذرات ریز به آسیا و همچنین افزایش کیفیت محصول با ایجاد بلین مناسب و جلوگیری از ورود مواد ناخواسته به محصول خواهند داشت. بنابراین بررسی کارآیی جداکنندههای هوایی و بالا بردن راندمان آنها، به منظور استفاده بهینه از تجهیزات و انرژی از اهمیت بالایی برخوردار است.
تعیین بهترین مقادیر پارامترهای عملیاتی موثر بر عملکرد یک جداکننده، مستلزم به کارگیری روشهای شبیه-سازی و بهینهسازی عددی است. یکی از مدلهایی که در چند دهه اخیر به منظور مدلسازی منحنی کارآیی جداکننده-های هوایی مورد استفاده قرار گرفته است، مدل وایتن میباشد که اعتبار آن بر اساس مطالعات صورت گرفته توسط محققین بسیاری تایید شده است.
در تحقیق حاضر نرمافزاری توسعه داده شده است که قابلیت شبیهسازی انواع جداکنندههای هوایی را از طریق منحنی بازدهی دارا میباشد . اساس این نرمافزار را تابع وایتن تشکیل میدهد که به منظور استفاده، نیازمند کالیبراسیون مدل بر اساس دادههای واقعی میباشد که بدین منظور از ابزار بهینهساز الگوریتم ژنتیک و در محیط نرمافزار متلب استفاده گردید.
-1 مقدمه
فرآیند تولید سیمان تقریبا 2 درصد از انرژی مصرفی دنیا را به خود اختصاص میدهد و حدود 40 درصد از این میزان انرژی برای آسیا کردن کلینکر سیمان مصرف میشود. تقاضای رو به افزایش برای محصولات ریز دانهتر سیمان و تشدید قوانین بینالمللی برای کاهش مصرف انرژی، نیاز به بهینهسازی مدارهای آسیاکنی را تقویت کرده است .[1] از این رو، بهینه سازی مصرف انرژی در این بخش ها با در نظر گرفتن بازدهی یک درصد از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد.
جداکننده های هوایی در مدارهای بسته آسیاکنی کاربرد زیادی داشته و توزیع اندازه ذرات محصول سیمان و در نتیجه کیفیت آن شدیدآ تابع چگونگی عملکرد این تجهیزات می باشد .بنابراین، افزایش بهره وری ناشی از بهینهسازی عملکرد این دستگاهها منجر به کاهش مصرف انرژی، افزایش ظرفیت مدار و کیفیت محصول نهایی سیمان میگردد. به همین دلیل جداکنندههای هوایی پویا با راندمان بالا جایگزین جداکنندههای هوایی ایستا با کارآیی پایینتر شده است.
به طور کلی هدف از یک جداکننده هوایی، جدایش ذرات ریز مطلوب از ذرات درشت بوده که ذرات ریز به عنوان محصول نهایی از مدار خارج شده و ذرات درشت به منظور خردایش بیشتر وارد آسیاب می گردد. چنانچه جداکننده از کارائی مطلوبی برخوردار نباشد باعث جدایش نامناسب ذرات شده که نتیجه آن ورود ذرات ریز به مسیر برگشتی به آسیاب و یا ورود ذرات درشت به محصول نهایی می باشد. بنابراین هدف از کنترل عملکرد سپراتور فقط بررسی کیفیت محصول نهایی - بلین مورد نیاز - نیست .
به عنوان نمونه، بالا بودن نرمه در بار برگشتی از جداکننده هوایی علاوه برکاهش راندمان جداکننده ، باعث کاهش ظرفیت نیز می شود . بار برگشتی از جداکننده که حاوی درصد بالایی نرمه می باشد، پس از وارد شدن به خانه اول آسیا در اثر جریان شدید هوایی که داخل آسیا دمیده می شود، از طریق دیافراگم مکیده شده و وارد خانه دوم آسیا می شود. این فرآیند دو عیب عمده را به همراه خواهد داشت، اول اینکه به دلیل غالب بودن ضربه و وجود گلوله های بسیار درشت در خانه اول، توزیع دانه بندی ریز بار برگشتی، باعث اتلاف انرژی بالا یی می شود.
دوم اینکه، پس از مکیده شدن مواد و پر کردن خانه دوم آسیا، توازن سطح مواد در دو اناقچه به هم میخورد و این کار باعث خواهد شد نتوان ظرفیت آسیا را افزایش داد و یا حداقل تثبیت کرد. در نتیجه به اجبار دبی ورودی پایین آورده می شود و از این رو ظرفیت کاهش مییابد. بنابراین آگاهی از نحوه ی عملکرد سپراتور و در صورت مشاهده راندمان و کارآیی پایین آن، بهینه سازی شرایط اپراتوری به منظور دستیابی به به راندمان مناسب سپراتور می تواند از اهمیت بالایی برخوردار باشد
مدلسازی ریاضی و شبیهسازی رایانهای، به طور گسترده در طراحی و بهینهسازی مدارهای خردایش کارخانههای فرآوری مورد استفاده قرار می گیرند.[4] با گسترش صنایع در عصر حاضر و افزایش هزینه های موجود از جمله انرژی و تهیه محصولی با کیفیت بالا سبب شده است تا مهندسان فرآوری همواره به دنبال یافتن شیوههایی جهت بهینهسازی فرآیندهای تولید باشند. یکی از بهترین و ارزانترین روش برای نیل به چنین هدفی شبیهسازی رایانهای فرآیند می باشد
در تحقیق حاضر، شبیهسازی منحنی کارآیی جداکننده هوایی با استفاده از مدل موازنه جمعیتی وایتن در محیط نرمافزار متلب انجام شد. از آنجا که این مدل نیمه تجربی بوده، بنابراین نیازمند کالیبراسیون مدل بر اساس دادههای واقعی میباشد که به منظور بالا بردن دقت کالیبراسون از ابزار بهینهساز الگوریتمژنتیک در محیط نرمافزار متلب استفاده گردید.
-2 مکانیزم جداکننده هوایی
جداکننده هوایی یکی از کارآمدترین وسایل طبقهبندی است که کاربرد وسیعی در کارخانههای سیمان پیدا کرده است. جداکنندههای هوایی با داشتن ظرفیت بالا، حجم کمی را اشغال می کنند، و دارای راندمان جدایش خوبی هستند. این دستگاهها با استفاده از نیروی گریز از مرکز، ذرات را بر اساس اندازه - چگالی - طبقهبندی می کنند
جهت نیروی گریز از مرکز از داخل به سمت دیوارهها است که طی آن ذرات درشت و با جرم مخصوص زیاد تحت تاثیر این نیرو واقع شده و به سمت دیواره ها حرکت می کنند و در امتداد جداره مخروطی از دهانه ته ریز خارج می شوند . جهت نیروی مقاومت هوا از خارج به داخل است و ذرات با سرعت ته نشینی کم به محور مرکزی سیکلون هدایت می شوند و از طریق دهانه سرریز خارج می گردند.[3] مکانیزم نیروهای موثر بر جداکننده در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل - : - 1 اجزای اصلی جداکننده و چگونگی عملکرد آن.
-1-2منحنی کارآیی جدایش یا منحنی ترومپ
کارآیی جداکننده های هوایی به وسیله منحنی طبقه بندی یا منحنی عملکرد توزیع که منحنی ترومپ نیز نامیده می شود مورد ارزیابی قرار می گیرد - شکل . - 2 اگر بازیابی فراکسیونی یک کلاسیفایر در محور عمودی نسبت به اندازه ذرات در محور افقی رسم شود، منحنی حاصل منحنی ترومپ نامیده میشود. برای مشاهده بهتر رفتار منحنی در مقدارهای کوچک اندازه ذرات، میتوان محور افقی را به صورت لگاریتمی رسم کرد . پارامتر دقت جدایش که با علامت s نشان داده می شود برابر با شیب منحنی بازدهی در حد جدایش می باشد که نشان می دهد که منحنی ترومپ رسم شده تا چه میزان به خط قائم نزدیک است. هر چه مقدار s به عدد 1 نزدیکتر باشد، دستگاه طبقه بندی کننده با بازدهی بالاتر فعالیت میکند.
شکل - . - 2 منحنی ترومپ برای دو جریان درشت دانه و ریز دانه
شکل - - 3 منحنی بازدهی جدایش مربوط به جریان تهریز دو جداکننده هوایی متفاوت
به عنوان نمونه، منحنی جدایش مربوط به دو جداکننده هوایی متفاوت در شکل - - 3 نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده می شود منحنی سمت راست از کارآیی بالاتری برخوردار است و منحنی به حالت قائم نیز نزدیکتر میباشد
