26753

محاسبه ضخامت گرفتگي و Coating داخل كوره هاي سيمان با استفاده از اندازه گيري دماي پوسته بيروني و مدل‌سازي و شبيه‌سازي سيستم به روش ديناميك سيالات محاسباتي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/07/11

دكتر منصور شيرواني

مهندسي شيمي

در پايان‌نامه¬هاي قبلي تلاش برآن بوده كه مدل‌سازي وشبيه‌سازي قابل قبولي ازرفتاركوره دوار پخت سيمان درحالت پايا و نيز انتقال حرارت از جداره آن ارائه گردد، به‌طوري‌كه با شرايط تجربي نيز همخواني داشته باشد. كه باداشتن نمودار پروفيل دماي گاز و جامد در طول كوره كه ازمدل‌سازي كلي كوره، باتوجه به دبي¬هاي ورودي وخروجي گاز و جامد و سوخت، دماي سطح بيروني كوره و ديگر پارامترهاي سيستم به دست مي¬آيد، محاسبه ضخامت كوتينگ امكان پذيربوده است. ديناميك حركت مواد در استوانه‌هاي دوار تاثير مستقيمي بر روي عملكرد دستگاه و همچنين كنترل آن دارد. اين موضوع در مواردي كه گرفتگي در داخل استوانه پيش آيد مشكلات زيادي را پيش روي قرار مي‌دهد. درصورتي‌كه بتوان مدلي عرضه نمود كه به‌وسيله آن، شرايط گرفتگي در داخل استوانه را پيش‌بيني كرد، در آن صورت امكان كنترل سيستم‌هاي فرآيندي استوانه‌اي دوار در شرايط ايجاد رينگ و گرفتگي و ادامه كار كنترلر در شرايط تغييرات مقدار و ضخامت گرفتگي نيز به وجود مي‌آيد. به طور كلي درشبيه‌سازي كوره¬هاي دوار سيمان به دو روش مي¬توان عمل كرد. اولين روش مدل¬هاي مبتني بر اصول اوليه مهندسي واكنش مي‌باشد كه فرآيند را يك بعدي مدل مي¬كند. باتوجه به عدم توانايي اين مدل براي درنظر گرفتن فيزيك چندبعدي (گرفتگي و بررسي عملكرد شعله احتراق) از تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) در اين شبيه‌سازي استفاده گرديد. در اين پايان‌نامه، كوره كارخانه سيمان دوسلدورف آلمان با جزئيات شبيه¬سازي گرديد. كه شبيه¬سازي¬ها در حالت بدون گرفتگي با گزارش¬هاي قبلي تطابق بسيار بالايي داشت. همچنين با بيان مدل رياضي انتقال حرارت ازجداره كوره كه شامل سه لايه كوتينگ وآجرنسوز وپوسته فلزي مي‌باشد، و بافرض دردست داشتن درجه حرارت بيروني پوسته كه نقاط مختلف دركوره و در زواياي دور تادور آن دردسترس مي‌باشد، وبا استفاده از اختلاف مقامت حرارتي در حالت تجربي(صنعتي) و شبيه‌سازي، كه اين اختلاف ناشي از بستر مواد و ضخامت كوتينگ است، ضخامت كوتينگ محاسبه مي‌گردد. نتايج اين شبيه¬سازي و مدل‌سازي در مقايسه با حالت تجربي(صنعتي) در شرايط بدون گرفتگي كمتر از 3 درصد، و همين طور با اعمال شرايط گرفتگي و استفاده از مدل اسپنگ براي در نظر گرفتن واكنش هاي بستر، اختلاف كمتر از 10 درصد به دست آمد كه با توجه به فرضيات در حد قابل¬قبولي بود.

1401/04/21

Calculation of coating thickness in cement rotary kilns using shell temperature and modeling and simulation of the system by computational fluid dynamics method

10/3/2022 12:00:00 AM

In previous dissertations, an attempt has been made to provide acceptable modeling and simulation of the behavior of a rotary kiln in a stable state and heat transfer from its wall, so that it is consistent with experimental conditions. Due to the inlet and outlet flows of solid and combustible gas, the temperature of the outer surface of the furnace and other system parameters are obtained, it has been possible to calculate the thickness of the coating. The dynamics of material movement in rotating cylinders has a direct effect on the performance of the device as well as its control. This raises acute issues in cases where clogging occurs inside the cylinder. If it is possible to provide a model by which to predict the conditions of clogging inside the cylinder, then it is possible to control the process systems of rotating cylinders in the event of ring and clogging and the controller continues to work in the case of changes in the amount and thickness of clogging. In general, simulation of two-wire furnaces can be done in two ways. The first method is models based on the basic principles of reaction engineering, which models the process one-dimensionally. Due to the inability of this model to consider multidimensional physics (clogging and combustion flame performance), the computational fluid dynamics (CFD) technique was used in this simulation. In this dissertation, the furnace of the Düsseldorf, Germany cement plant was simulated in detail. The simulations without clogging were very consistent with previous reports. Also, by expressing the mathematical model of heat transfer from the furnace wall, which includes three layers of coating, firebrick and metal shell, and assuming the external temperature of the shell, which is available at different points in the furnace and at different angles, and using the difference in thermal position Industrial) and simulation, where this difference is due to the material bed and the thickness of the coating, the thickness of the coating will be calculated. The results of this simulation and modeling in comparison with the experimental (industrial) mode in non-clogging conditions less than 3%, as well as by applying clogging conditions and using the sponge model to consider the substrate reactions, the difference is less than 10%. Which was found to be acceptable given the hypotheses.

كوره دوار سيمان , مدل‌سازي , شبيه سازي , احتراق , تشعشع , ضخامت كوتينگ , ديناميك سيالات محاسباتي , گرفتگي

Cement Rotary kilns , Modeling , Simulation , Computational Fluid Dynamics (CFD) , Combustion , Radiation , Clogging , Coating thickness

Salar Eskandari

Mansour Shirvani