بررسی انتقال حرارت بین ذرات جامد و گاز در سیکلون کارخانه سیمان بجنورد و اثر پارامترهای مختلف بر روی راندمان آن
چکیده
سیکلون ها در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، معادن، کارخانجات چینی، سیمان و غیره برای اهداف متفاوتی از جمله غبارگیری، تصفیه گازها، بازیافت پودر رنگ در رنگ پاشی الکترو استاتیک و جداسازی روغن و ذرات جامد شناور درمایعات بکار می روند. اما کاربرد آنها به عنوان تبادل گر های گرمایی چندان شناخته شده نبوده و در حقیقت یک کاربرد خاص از سیکلون بشمار می آید. از این رو سال ها ست که در دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی بزرگ، تحلیل جریان داخل سیکلون ها به روش-های مختلف آزمایشگاهی، مدل سازی، محاسباتی و حل تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پایان نامه، از دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) برای شبیه سازی سیکلون شماره پنج از سیستم پیش گرمکن خط دوم تولید کارخانه سیمان بجنورد استفاده گردیده است و پیشنهاداتی برای بهبود راندمان حرارتی آن با تغییر پارامترهای موثر ارائه شده است. برای ایجاد هندسه، شبکه بندی،حل معادلات حاکم بر جریان با روش حجم محدود و تحلیل نتایج، از نرم افزار ansys fluent14.5 استفاده گردیده است. در این راستا، تاثیر پارامترهایی همچون دمای گاز ورودی، سرعت گاز ورودی و غلظت cao ورودی به سیکلون بر روی انتقال حرارت بین دو فاز گاز-جامد مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده گردید با افزایش دمای گاز ورودی از 1167 تا مقدار بهینه k1270 ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار01236/0 به "kw" /("m" ^"2" ".k" ) 0155/0 و همچنین میزان راندمان حرارتی از طریق سازوکار جابه جایی از حدود 77 درصد به حدود 82 درصد ارتقاء یافت. با افزایش سرعت گاز ورودی از 6/7 متر بر ثانیه تا به سرعت بهینه 6/10 متر بر ثانیه ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار01236/0 به "kw" /("m" ^"2" ".k" ) 01425/0 و راندمان حرارتی به طریق جابه-جایی از مقدار 77 درصد به مقدار 80 درصد افزایش پیدا کرد. همچنین افزایش غلظت cao ورودی از 0001/0 تا مقدار بهینه 0003/0 مول بر متر مکعب گاز ورودی باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار01236/0 به "kw" /("m" ^"2" ".k" ) 0132/0 و بهبود راندمان حرارتی به میزان یک و نیم درصد یعنی از مقدار حدود 77 درصد به حدود 5/78 درصد گردید. بنابراین با افزایش هر یک از پارامترهای مورد بررسی تا مقدار بهینه بیان شده (البته به صورت مستقل)، میزان انتقال حرارت بین دو فاز درون سیکلون افزایش می یابد که منجر به افزایش میزان کلسیناسیون درون آن می شود. در نتیجه به طول کمتری از منطقه کلسیناسیون در مرحله بعدی (کوره پخت سیمان) نیاز می باشد که به تبع آن باعث کاهش طول کوره و هزینه ساخت آن می شود.