ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΤΗ ΚΑΙ ΦΛΟΓΑΣ ΚΑΡΒΟΥΝΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

Abstract

IN THE PRESENT STUDY TWO MATHEMATICAL MODELS WERE DEVELOPED; THAT OF THE PRECALCINER AND THAT OF THE ROTARY KILN COAL FLAME IN ORDER TO OPTIMISE THE PERFORMANCE OF THE CEMENT BURNING PROCESS WITH COAL FIRING. IN THE FIRST PART OF THIS THESIS A NEW COMPUTER CODE HAS BEEN DEVELOPED FOR THE PREDICTION OF FLOW, COMBUSTION AND HEAT TRANSFER IN A PULVERISED FUEL FIRED ROTARY KILN. THE MATHEMATICAL FORMULATION APPLIES THE EULERIAN CONSERVATION EQUATIONS FOR THE GASEOUS CARRIERPHASE AS WELL AS FOR THE COAL PARTICLES. Α FINITE DIFFERENCE METHOD IS USED FOR THE NUMERICAL RESOLUTION OF THESE EQUATIONS. SEVERAL MATHEMATICAL MODELS DESCRIBING THE DIFFERENT PHYSICAL PHENOMENA OCCURING IN THE ROTARY KILN, SUCH AS CHAR COMBUSTION, RADIATION AND INTERPHASE TRANSPORT ARE EXAMINED AND SELECTED ACCORDING TO THEIR PERFORMANCE. THE PREDICTIONS ARE VALIDATED USING TWO DIFFERENT SETS OF EXPERIMENTAL DATA. FIRSTLY: A) 80TH SCALE WATER MODEL OF A CEMENT KILN HAS BEEN BUILD. FLOW VISUALISATION WAS PERFORMED USING THE ACID/ALCAN TECHNIQUEAND COMPARED WITH PREDICTED FLOW PATTERN. SECONDLY, PREDICTIONS WERE COMPARED WITH EXPERIMENTAL DATA MEASURED ON A ROTARY KILN IN OPERATION. FINALLY, THE CODE WAS USED TO COMPARE TWO DIFFERENT INDUSTRIAL BURNERS. IN THE SECOND PART OF THIS THESIS A MATHEMATICAL MODEL HAS BEEN DEVELOPED TO DESCRIBE THE STEADY-STATEBEHAVIOUR OF PRECALCINERS (SLC). ΤHE MODEL TREATS THE PRECALCINER AS A TYPICALENTRAINED FLOW REACTOR, WHERE AIR FLOWS CURRENTLY WITH THE RAW MEAL AND PULVERISED COAL. COAL COMBUSTION PROVIDES THE HEAT NECESSARY TO CARRY OUT THE STRONGLY ENDOTHERMIC CALCINATION REACTION. ALTHOUGH THE HYDRODYNAMIC BEHAVIOUR OF PRECALCINERS IS KNOWN TO BE RATHER COMPLEX, A ONE-DIMENSIONAL PLUG FLOW MODEL WAS USED. THE MODEL WAS SOLVED NUMERICALLY AND ITS PREDICTIONS WERE FOUND IN QUALITATIVE AGREEMENT, WITH EXPERIMENTAL RESULTS OBTAINED IN A CEMENT PLANT. THE MODELWAS ALSO USED TO STUDY THE EFFECT OF VARIOUS PHYSICOCHEMICAL AND OPERATING PARAMETERS ON PRECALCINER PERFORMANCE, AS WELL AS TO STUDY AND IMPROVE AN EXISTINGSYSTEM OF PRECALCINERS.

O ΠΡΟΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΤΗΣ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑΣ ΤΟΠΙΚΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΗΣ ΚΛΙΝΗΣ. Σ'ΑΥΤΟΝ ΕΙΣΑΓΟΝΤΑΙ Η ΦΑΡΙΝΑ (CACO3) ΚΑΙ ΑΛΛΕΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ), ΚΟΝΙΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΠΙΣΣΟΥΧΟ ΚΑΡΒΟΥΝΟ ΚΑΙ Ο ΤΡΙΤΟΓΕΝΗΣ ΑΕΡΑΣ. TΟ ΚΑΡΒΟΥΝΟ ΕΙΣΑΓΕΤΑΙ ΕΤΣΙ ΩΣΤΕ ΚΑΙΟΜΕΝΟ ΝΑ ΔΩΣΕΙ ΤΗΝ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΙΑ ΝΑ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΘΕΙ Η ΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΥ ΕΙΝΑΙ ΙΣΧΥΡΑ ΕΝΔΟΘΕΡΜΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ. ΑΝΑΠΤΥΧΘΗΚΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΤΟΥ ΠΡΟΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΤΗ. ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΠΙΛΥΘΗΚΕ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΓΙΑ ΝΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΘΕΙ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΤΗ, ΚΑΘΩΣ ΕΠΙΣΗΣ ΓΙΑ ΝΑ ΜΕΛΕΤΗΘΕΙ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΩΘΕΙ ΕΝΑ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΡΟΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ. ΟΣΟΝ ΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΤΗΣ ΦΛΟΓΑΣ ΤΟΥ ΚΟΝΙΟΠΟΙΗΜΕΝΟΥ ΚΑΡΒΟΥΝΟΥ ΤΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ, ΠΡΟΣΟΜΟΙΑΣΤΗΚΑΝ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΥ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΜΕΣΑ Σ'ΑΥΤΗΝ, ΜΕ ΤΗΝ ΒΟΗΘΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ (Κ-E ΤΥΡΒΩΔΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ, ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΕΞΙ ΑΝΗΓΜΕΝΩΝ ΡΟΩΝ) ΚΑΙ ΑΛΓΕΒΡΙΚΩΝ ΣΧΕΣΕΩΝ (ΔΙΦΑΣΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΜΑΖΑΣ, ΟΡΜΗΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ) ΓΙΑ ΤΥΡΒΩΔΕΙΣ ΡΟΕΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ. ΓΙΑ ΤΗΝ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΩΝ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΕ Η ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΚΑΤΑ EULERΤΟΣΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΣΤΕΡΕΗ ΟΣΟ ΚΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΕΡΙΑ ΦΑΣΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΕ Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΩΝ ΟΓΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ. Ο ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΕΓΙΝΕ ΜΕ ΔΥΟ ΤΡΟΠΟΥΣ: Α) ΜΕ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΝΟΣ ΨΥΧΡΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΝΕΡΟΥ (ΤΕΧΝΙΚΗ ΑΝΑΜΙΞΗΣ ΟΞΕΟΣ/ΒΑΝΗΣ) ΚΑΙ Β) ΜΕ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΜΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ (ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΚΕΛΥΦΟΥΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ) . TΕΛΟΣ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΕΓΙΝΕ ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΙΑ ΝΑ ΣΥΓΚΡΙΘΟΥΝ ΔΥΟ ΤΥΠΟΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΥΣΤΗΡΩΝ.