Modelling and software development for rotary cement kilns

Abstract

ÖZ DÖNER ÇİMENTO FIRINLARININ MODELLENMESİ VE YAZILIM GELİŞTİRİLMESİ MOHAMED, Said Yüksek Lisans Tezi,` Kimya Mühendisliği Anabilim dalı Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Nurcan BAC Mart 1994, 134 sayfa Çimento ve diğer bazı minerallerin işlenmesi için uzun yıllardan beri uygulanan tek güvenilir yöntem döner fırınlardır. Ne yazık ki, bir çok döner fırın işlemi tüketilen enerji açısından verimsizlikler içerir. Malzemeleri işlemek için tüketilen enerji çoğu kez gerekenin oldukça üzerindedir. Ana enerji kayıpları ürünle, yanma gazlarıyla ve fırın duvarından olmaktadır. Bu çalışmada, döner fırın içerisindeki ölçüm güçlükleri gözönüne alınarak bir model geliştirilmiştir. Bu model, fırın boyunca kararlı durumda sıcaklık ve katı fazdaki bileşim dağılımlarını hesaplamaktadır. Modelde bölge yöntemi ve radyasyonla ısı transferi hesaplarılarında Monte Carlo ve difuzyon ivyaklaşımı kullanılmıştır. Model yardımıyla hesaplanan sonuçların bir bölümü kuru sistem bir çimento döner fırınında yapılan deneysel ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Eksensel bölge sayısı, yanma düzeni (her bölgede yanan kömür miktarı), malzemenin kalış suresi, yayılan ışın sayısı, gazlarda katı taneciklerinin bulunması gibi çeşitli parametrelerin hesaplanan sıcaklık ve bileşim dağılımları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Geliştirilen yazılım, IBM 3090 anabilgisayarında, 20 bölge ve her bölgede yayılan 10000 ışın için 96.2 saniyede çözüm vermektedir. Hesaplanan sıcaklıklardaki en yüksek hata %5 tır. Hesaplanan değerler, deneysel sonuçlarla kıyaslandığında, üretilen klinkerdeki serbest CaO miktarı, her iki uçtaki gaz ve mal sıcaklıkları ve fırın dış yüzey sıcaklıkları açısından, bu çalışmada geliştirilen modelin güvenilir sonuçlar verdiği belirtilebilir. Anahtar Kelimeler: Çimento Döner fırın, Radyasyonle Isı Transferi, Bölge Yöntemi ile Modelleme. Bilim Dalı Sayısal Kodu: 603.01.02

ABSTRACT MODELLING AND SOFTWARE DEVELOPMENT FOR ROTARY CEMENT KILNS MOHAMED, Said MS Thesis in Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Nurcan Bac March 1994, 134 pages The rotary kiln has been the only, and reliable way to process cement and some other minerals for many years. Unfortunately, many rotary kiln operations may be inefficient in terms of energy consumed. The energy input for processing these materials is usually considerably more than what is actually needed. Main energy loss items are; in the product, through the kiln exit gases, and through the kiln shell. In this study, a model was developed for the rotary kiln, due to the difficulty of accurate measurements within the kiln. The model is mainly based on a program to predict the steady state temperature and compositiondistribution through the kiln. The zone method of analysis is utilized together with the Monte Carlo method and the diffusion approximation to simulate the radiative interchange within the kiln. In order to compare the predictions of the model developed with the actual plant data, plant test in a dry rotary cement kiln was utilized. The effects of various parameters, such as the number of axial zones, combustion pattern (expressed as fractions of coal burnt in axial gas volume zones) assumed, residence time of solids, the number of bundles released, and solid particles in the gas volume zones on the predicted temperature and composition profiles were observed. The software developed achieves convergence in 96.2 seconds on IBM 3090 for the 20 zones and 10000 bundles released. The maximum error in the predicted temperature is less than 5%. When the predicted values were compared with the experimentally measured values of the free CaO content of clinker, gas and material temperatures at both ends, and the kiln outside shell temperature, the result indicate that the mathematical model developed in the present study is reliable. Key words: Rotary Cement Kiln, Radiative Heat Transfer, iiZone Method of Analysis. Science Code: 603.01.02 iii