مدل سازی کوره دوار سیمان بر اساس مدل اِسپنگ به منظور بررسی تولید CO2 در فرآیند تولید سیمان

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

کوره های دوار سیمان به طور گسترده برای تبدیل خوراک خام به کلینکر مورد استفاده قرار می گیرند. مدل سازی کوره دوار سیمان با توجه به شرایط حاکم بر آن (شامل انتقال حرارت هدایت، جابجایی و تشعشع، واکنش های شیمیایی بین مواد جامد و جریان گاز و چرخش کوره) دارای معادلات دینامیکی پیچیده و غیرخطی می باشد. در تحقیق حاضر با اِعمال یک مدل یک بعدیِ در حالت پایا مبتنی بر مدل اِسپنگ رفتار فرآیندهای درون کوره دوار سیمان تحلیل شده است. با توجه به اینکه مدل اِسپنگ بیشینه دمای درون کوره را بالا پیش بینی می کند، در کار حاضر با اِعمال سینتیک دو مرحله ای کلی متان و محاسبه انرژی احتراق بر اساس آن توزیع دمای جریان گاز درون کوره دقیق تر پیش بینی شده است. همچنین با توجه به اینکه تولید گاز گلخانه ای CO2 در فرآیندهای درون کوره (در واکنش های مواد بستر و واکنش های درون محفظه احتراق) حائز اهمیت می باشد، در کار حاضر مقدار تولید CO2 از واکنش احتراق با اِعمال سینتیک دو مرحله ای کلی متان برای سوخت و از واکنش مواد بستر برای سینتیک های 6 و 7 مرحله ای مواد بستر محاسبه و بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که تقریباً نیمی از تولید CO2 از واکنش های مواد بستر و نیمی دیگر از واکنش های احتراقی تولید می شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Blumberg JM (1970) Modeling and control of the cement manufacturing process. PhD thesis. The University of Manchester.

[2] Spang HA (1972) A Dynamic model of a cement kiln. Int J Automatica 8(3): 309-323.

[3] Gorog JP, Adams TN, Brimacombe JK (1983) Heat transfer from flames in a rotary kilns. Metall Trans 14(3): 411-424.

[4] Boateng AA, Barr PV (1996) A thermal model for rotary kiln including heta transfer within the bed. Int J Heta Mass Transfer 39(10): 2131-2147

[5] Withsel A C, Renotte  C, Remy  M (2001) New dynamic model of a rotary cement kiln. Control Department, Mons, Belgium.

[6] Mintus  F, Hamel  S, Krumm  W (2006) Wet process rotary cement kilns:modleing and simulation. Int J Clean Techn Eviron Policy 8(2): 112-122.

[7] Mujumdar KS, Ganesh KV, Kulkarni SB, Ranade VV (2007) Rotary cement kiln simulator (RoCKS): Integrated modleing of pre-heater, calciner, kiln and clinker cooler. Chem Eng Sci 62(9): 2590-2607.

[8] Pisaroni M, Sadi R, Lahaye D (2012) Counteracting ring formation in rotary kilns. Springer open Journal of Mathematical in Industry.

[9] Mikulcic H, Vujanovic M, Fidaros DM, Priesching P, Minic I, Tatschl R, Duic N, Stefanovic G (2012) The application of CFD modeling to support the reduction of CO2 emissions in cement industry. J Energy (45): 464-473.

[10] www.karripentill.com (visited at December 2012) Rotary kiln simulation.

[11] Paul W (2007) Rotary kilns: Transport phenomena and transport process. vancouver, British columbia.

[12] Worrell E, Price L, Martin  N, Hendriks  C, Media  LO (2001) Carbon dioxide emissions from the global cement industry. Int J Annu Rev Energy Environ 26(1): 303-329.

[13] Frassoldati A, Cuoci A, Faravelli T, Ranzi E, Candusso C, Tolazzi D (2009) Simplified kinetic schemes for oxy-fuel combustion. 1st International confrence on sustainable fossil fuels for future energy, Italy.

[14] Turns SR (2000) An introduction to combustion-concepts and application. Chap 6. 2nd edn. McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering.

[15] Sonntag RE, Brogknakke C, Van Wylen GJ (1983) Fundamental of thermodynamics. 5th edn. John Wiley & sons INC, New York.

[16] Kaddatz KT, Rasul MG, Rahman A (2013) Alternative fuels for use in cement kilns: process impact modeling. Procedia Engineering 56:413-420.

[17] Mirza Mohammad TA (2012) Composition and phase mineral variation of portland cement in mass factory sulaimani-kurdestan region NE-Iraq. J Basic Appl Sci 12(6): 109-118.