حذف سوخت مایع و کاهش مصرف انرژی با بهینه سازی عملکرد احتراقی کلساینر سیمان به وسیله شبیه سازی عددی

آقایاری, مجید; عشینی, حسین; احسانی, عباس; شهسواری, محمد; افشار, همایون; طباطبایی, سید محمد; نیک پی, حسن

doi:10.22034/jfnc.2020.121938

حذف سوخت مایع و کاهش مصرف انرژی با بهینه سازی عملکرد احتراقی کلساینر سیمان به وسیله شبیه سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ شرکت میمکو، دپارتمان سوخت و انرژی

² مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

³ شرکت میمکو، دپارتمان احتراق و انرژی، تهران، ایران

⁴ دپارتمان انرژی و احتراق، شرکت میمکو، تهران، ایران

⁵ دپارتمان احتراق و انرژی، شرکت میمکو، تهران، ایران

⁶ شرکت سیمان هرمزگان، بندرخمیر، هرمزگان، ایران

10.22034/jfnc.2020.121938

چکیده

بهینه‌سازی و کاهش مصرف سوخت و در نتیجه حفظ منابع اقتصادی ملی، از اهداف مهم در اقتصاد هرکشوری است که در سال‌های اخیر در ایران نیز حایز اهمیت شده است. استفاده از گاز طبیعی بجای سوخت مایع (مازوت) و کاهش مصرف انرژی در صنایع انرژی‌بری همچون سیمان می‌تواند از راه حل‌های مناسب برای دستیابی به این خواسته باشد. هدف از مطالعه حاضر بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش آلاینده های حاصل از احتراق در کلساینر کارخانه سیمان هرمزگان می باشد. برای این منظور ابتدا با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی میدان جریان احتراقی و فرآیند کلسیناسیون مدل سازی شده است. سپس با ارائه راهکارهای مهندسی و بررسی به کمک ابزار شبیه سازی عددی، بهینه سازی مصرف انرژی و حداقل سازی تولید آلاینده انجام شده است. در ادامه راهکار پیشنهادی به صورت عملیاتی در سایت مربوطه اجرا شده و صحت بهینه‌سازی‌های فوق ارزیابی شده است. مطالعه حاضر منتج به کاهش 6% مصرف انرژی در سایت مربوطه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

آلایندگی حاصل از احتراق

عنوان مقاله [English]

Eliminating oil fuel and reducing energy consumption by optimizing the combustion performance of cement calciner using CFD

نویسندگان [English]

majid Aghayari ¹
hossein Ashini ²
Abbas Ehsani ³
Mohammad Shahsavari ⁴
homayoun Afshar ⁵
Seyed Mohammad Tabatabaei ⁶
Hassan nikpey ⁶

¹ Energy and Combustion Department, Meemco Company, Tehran, Iran

² Aerospace Engineering, Amirkabir University, Tehran, Iran

³ Energy and Combustion Department, Meemco Company, Tehran, Iran

⁴ Energy and Combustion Department , Tehran, Iran

⁵ Energy and Combustion Department , Tehran, Iran

⁶ Hormozgan cement plant, Bandar Khamir, Hormozgan, Iran

چکیده [English]

Optimizing and reducing the fuel consumption and thus preserving national economic resources is one of the important goals in the economy of any country. Using the natural gas instead of liquefied petroleum fuels and reducing energy consumption in industries such as cement can be a practical solution to meet the above-mentioned goals. In this study, numerical simulations are performed to enhance combustion and calcination processes in the Hormozgan cement plant calciner. To such aim, various optimizations are carried out to replace highly pollutive expensive, mazot fuel with natural gas and to improve calcination and combustion processes. Obtained results show that proposed modifications give the calciner the capability to be operated by 100% natural gas, while they reduce the energy consumption and pollutant emissions significantly. Finally, the best proposed case is implemented in the cement calciner to replace mazot by natural gas and reduce energy consumption and pollutant emissions. Site data clearly validate the proposed modifications to be effective enough to achieve all the objectives of the project.

کلیدواژه‌ها [English]

Calciner
energy consumption
Pollution
Numerical Simulations

مراجع

H. Vahidi, N. Moradi and H. Abbaslou, “Developing of Alternative SRFs in Kerman’s Cement Industry by Energy Optimization and Economical Feasibility Approaches,” Environmental Energy and Economic Research, 1, No. 3, 2017, pp. 259-268.
N. A. Madlool, R. Saidur, M. S. Hossain and N. A. Rahim, “A critical review on energy use and savings in the cement industries,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15, No. 4, 2011, pp. 2042-2060.
A. Bosoaga, O. Masek, and J. E. Oakey, “CO2 capture technologies for cement industry,” Energy procedia, 1, No. 1, 2009, pp. 133-140.
D. K. Fidaros and et al., “Numerical modelling of flow and transport processes in a calciner for cement production,” Powder Technology, 171, No. 2, 2007, pp. 81-95.
A. Bes, “Dynamic process simulation of limestone calcination in normal shaft kilns.” (2006).
A. Senegačnik, J. Oman and B. Širok, “Annular shaft kiln for lime burning with kiln gas recirculation,” Applied thermal engineering, 28, No. 7, 2008, pp. 785-792.
L. Huanpeng, L. Wentie, Zh. Jianxiang, J. Ding, Zh. Xiujian, L. Huilin, “Numerical study of gas–solid flow in a precalciner using kinetic theory of granular flow,” Chemical Engineering Journal, 102, No. 2, 2004, pp. 151-160.
Zh. Hu, J. Lu, L. Huang, Sh. Wang., “Numerical simulation study on gas–solid two-phase flow in pre-calciner,” Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 11, No. 3, 2006, pp. 440-451.
M. Zeneli and et al., “Simulation of the reacting flow within a pilot scale calciner by means of a three phase TFM model,” Fuel Processing Technology, 162, 2017, pp. 105-125.
I. Iliuta, K. Dam-Johansen, A. Jensen, L. S. Jensen, “Modeling of in-line low-NOx calciners—a parametric study,” Chemical Engineering Science, 57, No. 5, 2002, pp. 789-803.
M. H. Nakhaei and et al., “Experimental and CPFD study of gas–solid flow in a cold pilot calciner,” Powder Technology, 340, 2018, pp. 99-115.
M. H. Nakhaei and et al., “CPFD simulation of petcoke and SRF co–firing in a full–scale cement calciner,” Fuel Processing Technology, 196, 2019, pp. 1-15.
H. Mikulčić, E. von Berg, M. Vujanović, P. Priesching, R. Tatschl, N. Duić, “Numerical analysis of cement calciner fuel efficiency and pollutant emissions,” Clean technologies and environmental policy, 15, No. 3, 2013, pp. 489-499.
T. Bluhm-Drenhaus and et al., “A coupled fluid dynamic-discrete element simulation of heat and mass transfer in a lime shaft kiln,” Chemical Engineering Science, 65, No. 9, 2010, pp. 2821-2834.
D. Shi, Watson L. Vargas, J. J. McCarthy, “Heat transfer in rotary kilns with interstitial gases,” Chemical Engineering Science, 63, No. 18, 2008, pp. 4506-4516.
M. P. M. Chinyama and et al., “Modelling of calcium carbonate decomposition in cement plant precalciners,” Journal of the Energy Institute, 81, No. 1, 2008, pp. 19-24.
Y. Mao, D. Zhang, Z. Chen, Z. Jiang, X. Chen, Y. Deng, “Numerical modelling of multiphase FLOW and calcination process in an industrial calciner with fuel of heavy oil,” Powder Technology, 363, 2020, pp. 387-397.
S. N. Ghosh, Advances in cement technology: critical reviews and case studies on manufacturing, quality control, optimization and use, Elsevier, 2014.