Напрями оптимізації роботи обертових печей
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.51.2025.344892Ключові слова:
обертові печі, конверторне вапно, кальцинація вапняку, енергозбереження, чисельне моделювання гідродинаміки, системи керуванняАнотація
У статті представлено аналітичний огляд результатів наукових досліджень щодо покращення роботи обертових печей у чотирьох напрямах: оптимізація гідравлічної роботи печі та запічних теплообмінників, визначення оптимального температурного режиму та температурного профілю вздовж печі, інтенсифікація теплообміну всередині печі, удосконалення систем керування піччю, зокрема за рахунок використання штучного інтелекту. Особлива увага приділяється впливу на підвищення енергоефективності, зниження викидів та покращення якості продукції при виробництві вапна
Посилання
A study case of energy efficiency, energy profile, and technological gap of combustion systems in the Colombian lime industry / V. Alcántara et al. Applied thermal engineering. 2018. Vol. 128. Pp. 393-401. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.018.
Lori E. Apodaca. Lim. (Data in thousand metric tons unless otherwise noted). URL: https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2023/mcs2023-lime.pdf (дата звернення 04.07.2025 р.)
Piringer H. Lime shaft kilns. Energy procedia. 2017. Vol. 120. Pp. 75-95. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.156.
Boateng A.A. Rotary kilns. Elsevier, 2008. 347 p. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-7506-7877-3.x5001-6.
Lea F.M., Hewlett P.C. Lea’s chemistry of cement and concrete. 4th ed. Butterworth-Heinemann, 2003. 1088 p. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-6256-7.X5007-3.
Peray K.E. The rotary cement kiln. Chemical Publishing Co., New York, 1986. 389 p.
Ленцов І.А., Ленцов Д.І. Анализ практического использования шахтного охладителя извести конструкции ООО СНПП «Известа» в условиях комбината «АЗОВСТАЛЬ». Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки. 2013. Вип. 27. C. 124-128.
Пальник для подачі твердого, рідкого або газоподібного палива у зону горіння випалювальної печі: пат. 98625 Україна: МПК F23D14/20 F23D11/36 F23D14/58 F23D17/00 F23D5/00; заявл. 22.10.2007, опуб. 11.06.2012, Бюл. № 11. 4 с.
Пальники для обертових печей. URL: https://ensol.llc/gorelki/gorelki-dlya-vrashhayushhihsya-pechej/ (дата звернення 12.08.2025).
Пікашов В. С., Троценко Л. Н., Виноградова Т. В. Удосконалення системи опалення обертової печі для випалу вогнетривкої глини. Теплотехніка та енергетика в металургії : Праці ХVI Міжнародної конференції, м. Дніпропетровськ, 4-6 жовтня 2011. С. 168-169.
Креховецький О. М., Сибірний А. В., Петрова М. А. Шляхи покращення роботи обертових печей для випалу цементного клінкеру з метою економії витрати енергоносіїв. Науковий вісник НЛТУ України. 2010. Вип. 20.1. С. 112-116.
Kiln aerodynamics visualization of merging flow by usage of PIV and CFD with application to grate-kiln induration machines / I. S. Larsson et al. 7th international conference on CFD in the minerals and process industries CSIRO. Melbourne, Australia, 9-11 December 2009.
Visualization of Merging Flow by Usage of PIV and CFD with Application to Grate-Kiln Induration Machines / I. A. S. Larsson et al. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2013. Vol. 5(4). Pp. 81-89. DOI: https://doi.org/10.36884/jafm.5.04.19464.
Larsson I. A. S., Lundström T. S., Marjavaara B. D. Calculation of kiln aerodynamics with two RANS turbulence models and by DDES. Flow, turbulence and combustion. 2015. Vol. 94, no. 4. Pp. 859-878. DOI: https://doi.org/10.1007/s10494-015-9602-8.
Secondary flow in semi-circular ducts / Larsson I. A. S., Lindmark E. M., Lundström T. S., Nathan G. J. Journal of fluids engineering. 2011. Vol. 133, no. 10. Article 101206. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4004991.
Kumar D., Dewangan A. Computational fluid dynamics modelling of the rotary lime kiln. Proceedings of the 26th national and 4th international ISHMT-ASTFE heat and mass transfer conference, Tamil Nadu, 17-20 December 2021. Pp. 1-6.
Bisulandu B.-J. R., Huchet F. Rotary kiln process: an overview of physical mechanisms, models and applications. Applied thermal engineering. 2023. Vol. 221. Article 119637. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119637.
Zhang Y., Wang S. Numerical simulation of flue gas recirculation in a lime rotary kiln. Energy. 2024. Vol. 297. Article 131098. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131098.
Effect of flue gas recirculation during oxy-fuel combustion in a rotary cement kiln / D. A. Granados et al. Energy. 2014. Vol. 64. Pp. 615-625. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.09.045.
Al-Abbas A. H., Naser J. Effect of chemical reaction mechanisms and noxmodeling on air-fired and oxy-fuel combustion of lignite in a 100-kw furnace. Energy & fuels. 2012. Vol. 26, no. 6. Pp. 3329-3348. DOI: https://doi.org/10.1021/ef300403a.
Green ammonia cofiring in cement rotary kiln: numerical investigation on clinker quality and NOx emission by gas–solid interaction / H. Lin et al. Applied thermal engineering. 2025. Vol. 277. Article 127116. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.127116.
Nial M., Loukarfi L., Naji H. Aerodynamic control of a diffusion flame to optimize materials' transition in a rotary cement kiln. Mechanics & industry. 2020. Vol. 21, no. 4. Article 414. DOI: https://doi.org/10.1051/meca/2020043.
Swirled jet flame simulation and flow visualization inside rotary kiln–CFD with PDF approach / H. F. Elattar et al. Processes. 2020. Vol. 8, no. 2. Article 159. DOI: https://doi.org/10.3390/pr8020159.
Modelling of clinker cooler and evaluation of its performance in clinker cooling process for cement plants / J. S. Oyepata et al. Nigerian journal of technology. 2021. Vol. 39, no. 4. Pp. 1093-1099. DOI: https://doi.org/10.4314/njt.v39i4.16.
CFD modelling of meat and bone meal combustion in a cement rotary kiln – Investigation of fuel particle size and fuel feeding position impacts / Ariyaratne W. K. H., Malagalage A., Melaaen M. C., Tokheim L.-A. Chemical engineering science. 2015. Vol. 123. Pp. 596-608. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2014.10.048.
Badzioch S., Hawksley P. G. W. Kinetics of thermal decomposition of pulverized coal particles. Industrial & engineering chemistry process design and development. 1970. Vol. 9, no. 4. Pp. 521-530. DOI: https://doi.org/10.1021/i260036a005.
Numerical analysis of an entire ceramic kiln under actual operating conditions for the energy efficiency improvement / M. Milani et al. Journal of environmental management. 2017. Vol. 203. Pp. 1026-1037. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.03.076.
Martins M. A., Oliveira L. S., Franca A. S. Modeling and simulation of petroleum coke calcination in rotary kilns. Fuel. 2001. Vol. 80, no. 11. Pp. 1611-1622. DOI: https://doi.org/10.1016/s0016-2361(01)00032-1.
Soft sensing of calcination zone temperature of lime rotary kiln based on principal component analysis and stochastic configuration networks / Lian L., Zong X., He K., Yang Z. Chemometrics and intelligent laboratory systems. 2023. Vol. 240. Article 104923. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2023.104923.
Tian Z., Yu X., Tang F. Soft-sensing model of cal-cination zone temperature of rotary kiln based on principal component analysis and leaky integrator echo state network. Chemical engineering science. 2025. Vol. 309. Article 121472. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.121472.
Novel method for temperature prediction in rotary kiln process through machine learning and CFD / Y. Wang et al. Powder technology. 2024. Vol. 439. Article 119649. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2024.119649.
Single-step prediction method of burning zone temperature based on real-time wavelet filtering and KELM / S. Lu et al. Engineering applications of artificial intelligence. 2018. Vol. 70. Pp. 142-148. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engappai.2018.01.010.
Research on a new method of multi-zone high temperature point tracking of rotary kiln surface temperature based on equal angle scanning / S. Dai et al. Infrared physics & technology. 2019. Vol. 103. Article 103078. DOI: https://doi.org/10.1016/j.infrared.2019.103078.
Dynamic analysis of the temperature and the concentration profiles of an industrial rotary kiln used in clinker production / Rodrigues D. C. Q., Soares Junior A. P., Costa Junior E. F., Costa A. O. S. Anais da academia brasileira de ciências. 2017. Vol. 89, no. 4. Pp. 3123-3136. DOI: https://doi.org/10.1590/0001-3765201720160661.
Spang H. A. A dynamic model of a cement kiln. Automatica. 1972. Vol. 8, no. 3. Pp. 309-323. DOI: https://doi.org/10.1016/0005-1098(72)90050-7.
Boateng A. A., Barr P. V. A thermal model for the rotary kiln including heat transfer within the bed. International journal of heat and mass transfer. 1996. Vol. 39, no. 10. Pp. 2131-2147. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(95)00272-3.
Numerical simulation of particle motion and heat transfer in a rotary kiln / H. Liu et al. Powder technology. 2016. Vol. 287. Pp. 239-247. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.10.007.
A dynamical simulation model of a cement clinker rotary kiln / J. L. Svensen et al. 2024 European control conference (ECC), Stockholm, Sweden, 25-28 June 2024. Pp. 2162-2168. DOI: https://doi.org/10.23919/ecc64448.2024.10590953.
Tscheng S. H., Watkinson A. P. Convective heat transfer in a rotary kiln. The Canadian Journal of Chemical Engineering. 1979. Vol. 57. Iss. 4. Pp. 433-443. DOI: https://doi.org/10.1002/cjce.5450570405.
Heat convection and radiation in flighted rotary kilns: A minimal model / L. Le Guen et al. The Canadian Journal of Chemical Engineering. 2016. Vol. 95, no. 1. Pp. 100-110. DOI: https://doi.org/10.1002/cjce.22659.
Agrawal A., Ghoshdastidar P. S. Computer Simulation of Heat Transfer in a Rotary Lime Kiln. Journal of Thermal Science and Engineering Applications. 2018. Vol. 10, no. 3. Article 031008. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4039299.
Watkinson A. P., Brimacombe J. K. Limestone calcination in a rotary kiln. Metallurgical Transactions B. 1982. Vol. 13, no. 3. Pp. 369-378. DOI: https://doi.org/10.1007/bf02667752.
Agustini S. S., Queck A., Specht E. Modeling of the Regenerative Heat Flow of the Wall in Direct Fired Rotary Kilns. Heat Transfer Engineering. 2008. Vol. 29, no. 1. Pp. 57-66. DOI: https://doi.org/10.1080/01457630701677171.
Recognition method of cement rotary kiln burning state based on Otsu-Kmeans flame image segmentation and SVM / Zhang R., Lu S., Yu H., Wang X. Optik. 2021. Vol. 243. Article 167418. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.167418.
Chen H., Yan T., Zhang X. Burning condition recognition of rotary kiln based on spatiotemporal features of flame video. Energy. 2020. Vol. 211. Article 118656. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118656.
Recognition of the temperature condition of a rotary kiln using dynamic features of a series of blurry flame images / H. Chen et al. IEEE transactions on industrial informatics. 2015. Vol. 12, iss. 1. Pp. 148-157. DOI: https://doi.org/10.1109/tii.2015.2500891.
An accurate online prediction model for kiln head temperature chaotic time series / M. Lv et al. IEEE access. 2020. Vol. 8. Pp. 44288-44299. DOI: https://doi.org/10.1109/access.2020.2973642.
Energetic assessment of a precalcining rotary kiln in a cement plant using process simulator and neural networks / A. I. Okoji et al. Alexandria Engineering Journal. 2022. Vol. 61, no. 7. Pp. 5097-5109. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.10.010.
Stadler K. S., Poland J., Gallestey E. Model predictive control of a rotary cement kiln. Control Engineering Practice. 2011. Vol. 19, no. 1. Pp. 1-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2010.08.004.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал "Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки" видається під ліцензією СС-BY (Ліцензія «Із зазначенням авторства»).
Дана ліцензія дозволяє поширювати, редагувати, поправляти і брати твір за основу для похідних навіть на комерційній основі із зазначенням авторства. Це найзручніша з усіх пропонованих ліцензій. Рекомендується для максимального поширення і використання неліцензійних матеріалів.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди, які стосуються неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
