مدل سازی عددی کوره دوار سیمان

حبیب اله فاتح نوبندگانی

چکیده

کوره های دوار سیمان به طور گسترده برای تبدیل مواد خام به کلینکر مورد استفاده قرار می-گیرند. کارکرد این کوره فرآیندی پیچیده و شامل پدیده‏های گوناگونی است که مهمترین آن‏ها جریان واکنشی مواد بستر، احتراق آشفته سوخت گازی و تشعشع در یک بدنه دوار و اندرکنش حرارتی و جرمی بین بخش‏های مذکور هستند. در تحقیق حاضر برای تحلیل رفتار فرآیندهای درون کوره، در ابتدا یک مدل یک‏بعدی بر اساس مدل اِسپنگ توسعه داده شد. نتایج نشان دادند که % 20 حرارت به طور مستقیم از گازهای داغ حاصل از احتراق و % 28 از بدنه به مواد بستر انتقال می‏یابد، % 12 حرارت نیز از بدنه وارد محیط می‏شود. از 40 % حرارت باقی‏مانده بخشی از جریان گاز به بدنه کوره انتقال یافته و بخش دیگر با کلینکر از کوره خارج می‏شود. در این حالت بازده حرارتی کوره % 48 است. در ادامه تأثیر سیستم زنجیری بر بهبود انتقال حرارت درون کوره‏های دوار تر بررسی شد. در نتیجه با استفاده از سیستم زنجیری ، بازده حرارتی کوره 6 % افزایش یافت. بررسی انجام شده همچنین نشان داد که تقریباً نیمی از co2 تولیدی از واکنش‏های مواد بستر و نیمی دیگر از احتراق حاصل می‏شود. در گام بعد، شبیه‏سازی دو بعدی کوره دوار سیمان برای بررسی ساختار دمایی و ابعادی شعله و تولید گونه co2 با استفاده از یک شبکه محاسبات موازی مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی مدل‏های احتراقی نشان داد که از لحاظ زمان اجرا، مدل pasr زمان‏برترین و مدل کسر مخلوط سریع‏ترین مدل می‏باشد (که هر دو فیزیک جریان را نیز به خوبی پیش‏بینی می‏کنند). نتایج همچنین نشان دادند که افزایش دمای هوای ثانویه از 300 به 800 کلوین، باعث افزایش 1 متری طول شعله می شود. این افزایش طول منجر به بهبود انتقال حرارت در منطقه پخت نهایی مواد بستر و البته افزایش 12 درصدی تولید co2 شد. با افزایش 25 درصدی مقدار هوای اولیه ورودی، طول شعله 5/0 متر و دمای بیشینه درون کوره 150 کلوین کاهش یافتند. بنابراین نتایج نشان می‏دهند که برای بهبود انتقال حرارت به مواد، کارکرد بهتر کوره در کمترین مقدار ممکن هوای اولیه به دست می‏آید. همچنین با افزایش زاویه نازل هوای اولیه نسبت به حالت افقی به 20 درجه، دمای بیشینه شعله210 کلوین و تولید گاز گلخانه‏ای co2 19 درصد کاهش یافت. نتایج همچنین نشان دادند که با افزایش زاویه، دمای قسمت‏هایی از بدنه داخلی بیش ‏از حد افزایش می‏یابد، بنابراین محدودیت متالورژیکی لایه دیرگداز بدنه داخلی در انتخاب زاویه نازل باید در نظر گرفته شود.

اساتید راهنما و مشاور

کیومرث مظاهری