Моделювання теплообміну в енергетичних зонах обертової печі при зміні теплового опору корпусу
DOI:
https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.189169Ключові слова:
обертова піч, тепловий опір футерівки, додаткова теплоізоляція, гази, що відходять, теплова енергія.Анотація
Об'єктом дослідження є високотемпературні теплові агрегати – обертові печі. Обертові печі використовуються в різних галузях промисловості. Вказане обладнання володіє великими енерговитратами, що обумовлено умовами функціонування пічних агрегатів по дотриманню ряду технологічних вимог до теплового режиму. При цьому проблема високої енергоємності посилюється низьким рівнем корисного використання енергетичних ресурсів. Одними з найбільш проблемних місць є теплотехнічні та експлуатаційні характеристики обертових печей, а також використання футерування зі збільшеним тепловим опором.
В ході дослідження використовувалися фізико-математичні моделі. У роботі запропоновано розраховувати обертову піч для виробництва цементу розміром 5х185 м та продуктивністю 75 т/год. Отримано математичну модель для комп'ютерного моделювання технологічних процесів в обертових цементних печах. Розглянуті можливості зменшення витрат палива шляхом підвищення теплового опору футерівки обертової печі. Визначені найбільші енергоємні зони та проаналізовано вплив на теплову ефективність використання додаткової теплоізоляції в різних енергетичних зонах в обертовій печі. Наведені розрахунки та результати числового експерименту. Визначені найбільші раціональні зони для використання футерівки з додатковою теплоізоляцією. Встановлено, що при комплексному застосуванні пропонованого методу витрати палива в тепловому агрегаті можливо зменшити на 9 %. А збільшення термоопору футерівки, встановленої в зонах високих температур, дозволить підвищити енергоефективність теплового агрегату. Суттєвою перевагою вказаного методу є той фактор, що збільшення продуктивності печі не вимагає додаткових витрат палива, підвищення температури або збільшення ентальпії продуктів горіння.
В подальшому планується дослідження механізму встановлення теплоізоляційного шару в вогнетриви футерівки, визначення їх оптимальної теплової ефективності та напружено-деформованого стану для виключення можливостей руйнування. А також визначення оптимальної конструктивної форми вогнетриву та комірки з теплоізоляцією.
Посилання
- Lisienko, V. G., Schelokov, Ia. M., Ladygichev, M. G.; Lisienko, V. G. (Ed.) (2004). Vraschaiuschiesia pechi: teplotekhnika, upravlenie i ekologiia. Kn. 1. Moscow: Teplotekhnik, 688.
- Taimasov, B. T. (2003). Tekhnologiia proizvodstva portlandcementa. Shymkent: Izd-vo IUKGU, 297.
- Shcherbina, V. Yu. (2017). Rozvytok teorii ta udoskonalennia tekhnolohichnykh protsesiv pry vyrobnytstvi budivelnykh materialiv u vysokotemperaturnykh ahrehatakh. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 398.
- Watkinson, A. P., Brimacombe, J. K. (1978). Heat transfer in a direct-fired rotary kiln: II. Heat flow results and their interpretation. Metallurgical Transactions B, 9 (3), 209–219. doi: http://doi.org/10.1007/bf02653686
- Hanein, T., Glasser, F. P., Bannerman, M. N. (2017). One-dimensional steady-state thermal model for rotary kilns used in the manufacture of cement. Advances in Applied Ceramics, 116 (4), 207–215. doi: http://doi.org/10.1080/17436753.2017.1303261
- Barr, P. V., Brimacombe, J. K., Watkinson, A. P. (1989). A heat-transfer model for the rotary kiln: Part II. Development of the cross-section model. Metallurgical and Materials Transactions B, 20 (3), 403–419. doi: http://doi.org/10.1007/bf02696992
- Khodorov, E. I. (1968). Pechi cementnoi promyshlennosti. Leningrad: Stroiizdat, 456.
- Ngadi, Z., Lahlaouti, M. L. (2017). Impact of Using Alternative Fuels on Cement Rotary Kilns: Experimental Study and Modeling. Procedia Engineering, 181, 777–784. doi: http://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.465
- Tada, É. F. R., Bück, A., Casciatori, F. P., Tsotsas, E., Thoméo, J. C. (2017). Investigation of heat transfer in partially filled horizontal drums. Chemical Engineering Journal, 316, 988–1003. doi: http://doi.org/10.1016/j.cej.2017.01.120
- Herz, F., Mitov, I., Specht, E., Stanev, R. (2012). Experimental study of the contact heat transfer coefficient between the covered wall and solid bed in rotary drums. Chemical Engineering Science, 82, 312–318. doi: http://doi.org/10.1016/j.ces.2012.07.042
- Shcherbina, V. Yu., Sakharov, O. S., Samylenko, Yu. V., Bobakh, V. V. (2009). Doslidzhennia termomekhanichnykh navantazhen v obertovii pechi z vykhrovym teploobminnykom. Naukovi visti NTUU "KPI", 6, 26–33.
- Sakharov, O. S., Scherbina, V. Iu., Chzhan Iulіn, Bobakh, V. V. (2009). Modelirovanie vliianiia formy ogneupora na teplovuiu effektivnost futerovki vraschaiuscheisia pechi. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (40)), 58–65.Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/22438
- Sharikov, Iu. V., Markus, A. A. (2013). Matematicheskoe modelirovanie teplovykh polei vo fragmente futerovki vraschaiuscheisia pechi. Metallurg, 12, 23–26.
- Kesselheim, B., Kassau, K., Feliciano, C., Jansen, H., Hackenberger, L., Schemmel, T. (2014). Development of a double layer lining for dri production in rotary kilns: energy savings and wear resistance. 19th IAS Steel Conference Ironmaking, Steelmaking, Rolling and Steel Products, At Rosari. Argentina. Available at: https://www.researchgate.net/publication/267267672
- Shvachko, D. G., Scherbina, V. Iu. (2019). Methods of operational calculation of thermal conditions in packaged refractories. Proceedings of the NTUU “Igor Sikorsky KPI”. Series: Chemical Engineering, Ecology and Resource Saving, 1 (18), 102–109. doi: http://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2019.171193
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Valeriy Shcherbina, Denis Shvachko, Serhiy Borshchik
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
