مدل سازي كوره دوار سيمان بر اساس مدل اِسپنگ به منظور بررسي توليد CO2 در فرآيند توليد سيمان

The Modeling of Cement Rotary Kiln Based on Spang Model for Investigation of CO2 Emission in Cement Production Process

كوره هاي دوار سيمان، به طور گسترده براي تبديل خوراك خام به كلينكر، مورد استفاده قرار مي گيرند. مدل سازي كوره دوار سيمان با توجه به شرايط حاكم بر آن (شامل، انتقال حرارت هدايت، جابجايي و تشعشع، واكنش هاي شيميايي بين مواد جامد و جريان گاز و چرخش كوره)، داراي معادلات ديناميكي پيچيده و غيرخطي است. در تحقيق حاضر با اِعمال يك مدل يك بعديِ در حالت پايا مبتني بر مدل اِسپنگ، رفتار فرآيندهاي درون كوره دوار سيمان تحليل شده است. با توجه به اينكه مدل اِسپنگ، بيشينه دماي درون كوره را بالا پيش بيني مي كند، در كار حاضر با اِعمال سينتيك دو مرحله اي كلي متان و محاسبه انرژي احتراق براساس آن، توزيع دماي جريان گاز درون كوره، دقيق تر پيش بيني شده است. همچنين با توجه به اينكه توليد گاز گلخانه اي CO2 در فرآيندهاي درون كوره (در واكنش هاي مواد بستر و واكنش هاي درون محفظه احتراق) حايز اهميت است، در كار حاضر، مقدار توليد CO2 از واكنش احتراق با اِعمال سينتيك دو مرحله اي كلي متان براي سوخت و از واكنش مواد بستر براي سينتيك هاي 6 و 7 مرحله اي مواد بستر محاسبه و بررسي شده اند. نتايج نشان مي دهند كه تقريباً نيمي از توليد CO2 از واكنش هاي مواد بستر و نيمي ديگر، از واكنش هاي احتراقي توليد مي شوند.

Cement rotary kilns are extensively used to change raw material into clinker. Complex phenomenon is observed in cement rotary kilns resulting from conduction, convection and radiation heat transfer, interactions between bed materials and hot gas flow and kiln rotation. Therefore, the modeling of cement rotary kiln have difficulty due to non-linear and stiff set of equations. Regards to over prediction of the maximum inner temperature of the kiln in Spang model; a one dimensional, steady state model is developed based on Spang model to investigate the operation of a cement kiln. In the present work, temperature distribution of hot gases is predicted using two-step methane kinetic to calculate the heat of combustion. Since the amount of CO2 emission in cement kiln processes is very important, CO2 emission generated by both bed material reactions and combustion process are calculated and compared. Modeling results showed that approximately half of CO2 emission is in result of combustion process and other one is from bed material reactions.