Mоделювання процесу нестаціонарного теплообміну в футерівці обертових агрегатів
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2020.208052Ключові слова:
обертова піч, тепловий потік, теплопередача, вогнетривка футерівка, температура, амплітудаАнотація
Збільшення стійкості вогнетривкої футерівки обертових теплових агрегатах в є важливим заходом при підвищенні ефективності їх використання. В роботі виконаний розрахунок температурного режиму в футерівці заповненої матеріалом з використовується диференціального рівняння нестаціонарної теплопровідності. Числовий розрахунок здійснюється з використанням методу скінчених різниць по явній схемі. Для візуалізації і виведення графічної інформації використовуються програми на мові AutoLisp в середовищі AutoCAD. Рух матеріалу моделюється зміною значення коефіцієнту тепловіддачі до внутрішньої поверхні футерівки в місті його розташування, враховуючи його переміщення.
В процесі роботи обертової печі її футерівка витримує циклічну зміну температур. Так її внутрішня поверхня, при потраплянні під шар матеріалу, охолоджується до 1246 °С, в порівнянні з початковою 1465 °С. При цьому інтенсивна зміна температур, особливо в поверхневих шарах футерівки сприяє виникненню найбільших градієнтів, що викликає значні термічні напруження і врешті може призвести до руйнування футерівки. Глибина шару проникнення змінної температури в футерівку, визначена по амплітуді коливань 0.01, знаходиться до глибини 70 мм, при загальній товщині футерівки 230 мм.
Результатом проведених досліджень є розробка математичної моделі, алгоритмів та програмного забезпечення для розрахунку і вивчення процесу нестаціонарного теплообміну в футерівці обертових агрегатів. Визначено еволюцію і розподіл температур та теплових потоків в футерівці. Отримані значення інтенсивності теплового потоку дозволяє характеризувати вплив технологічних параметрів роботи агрегату на температурний та тепловий режим футерівки та обертової печі в цілому.
Результати розрахунку також приведені в електронному додатку до статті у вигляді відео файлів.
Посилання
Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 2 / Под ред. В. Г. Лисиенко. Москва, Теплотехник, 2004. 592 с.
Щербина В. Ю. Розвиток теорії та удосконалення технологічних процесів при виробництві будівельних матеріалів у високотемпературних агрегатах: диссертация ... доктора технических наук: 05.17.08 // Щербина Валерій Юрійович; Київ, 2017. 393 с.
Ходоров Е. И. Печи цементной промышленности. Москва, Изд.лит. по ст-ву, 1968. 453с.
Швачко Д. Г., Щербина В. Ю. Методика оперативного розрахунку теплового режиму в фасонному вогнетриві // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. №1(18), 2019, с. 102-109. DOI: https://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2019.171193.
Shcherbina V., Shvachko D., Borshchik S. Heat exchange simulation in energy zones of a rotarykiln with change of heat resistance of the body // Technology audit and production reserves №6/1(50), 2019, pp. 36-41. DOI: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.189169.
Lanyue Zhang, Zhaochen Jiang, Fabian Weigler, Fabian Herz, Jochen Mellmann, Evangelos Tsotsas PTV measurement and DEM simulation of the particle motion in a flighted rotating drum // Powder Technology Volume 363, 1 March 2020, Pages 23-37, DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.12.035.
Fabian Herz, Eckehard Specht, Abdulkadir Abdelwahab, Modeling and Validation of the Siderite Decomposition in a Rotary Kiln, Energy Procedia,Volume 120,2017,Pages 524-531, DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.193.
Li, X. and Wang, T., (2005) Analysis of Energy Savings by Painting the Calcining Kiln Surface, ECCC Report 2005-06, Energy Conversion and Conservation Center, University of New Orleans, submitted to CII Carbon, LLC, June
Aainaa Izyan Nafsun, Fabian Herz, Eckehard Specht, Viktor Scherer & Siegmar Wirtz (2016) Heat Transfer Experiments in a Rotary Drum for a Variety of Granular Materials // Experimental Heat Transfer, 29:4, 520-535, DOI: https://doi.org/10.1080/08916152.2015.1036180 .
Щербина В. Ю., Швачко Д. Г., Ефименко Е. А. Дослідження напружено-деформованого стану обертового теплового агрегату Вісник Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2018. № 1. С. 65-71, DOI: https://doi.org/10.20535/2306-1626.1.2018.143382.
Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Вычислительная теплопередача. М: Едиториал УРСС, 2003. 784 с.
Щербина В. Ю. Моделирование возможности образования сколов в огнеупорах футеровки вращающейся печи // Огнеупоры и техническая керамика. 2011, № 9, с. 26-30.
Sri Silvia Agustini, Andreas Queck & Eckehard Specht (2008) Modeling of the Regenerative Heat Flow of the Wall in Direct Fired Rotary Kilns, Heat Transfer Engineering, 29:1, 57-66, DOI: https://doi.org/10.1080/01457630701677171.
Xiao Yan Liua Eckehard Spechtb Temperature distribution within the moving bed of rotary kilns: Measurement and analysis // Process Intensification Volume 49, Issue 2, February 2010, Pages 147-150, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2010.01.008.
Zexuan Zhang, Ting Wang. Investigation of Combustion and Thermal-Flow Inside a Petroleum Coke Rotary Calcining Kiln With Potential Energy Saving Considerations // J. Thermal Sci. Eng. Appl. Mar 2013, 5(1): 011008 (10 pages), DOI: https://doi.org/10.1115/1.4007914.
Zhao, L., and Wang, Т., 2009, "Investigation of Potential Benefits of Using Bricks of High Thermal Capacity and Conductivity in a Rotating Calcining Kiln," ASMEJ. Thermal Sci. Eng. Appl., 1 (1), p. 011009.10.1115/1.3192772, DOI: https://doi.org/10.1115/1.3192772.
Jochen, M., Eckehard, S., Xiaoyan L. (2004) Prediction of Rolling Bed Motion in Rotating Cylinders, AIChE Journal, 50, pp. 2783-2793, DOI: https://doi.org/10.1002/aic.10266 .
Herz, F.: Entwicklung eines mathematischen Modells zur Simulation thermischer Prozesse in Drehrohröfen. PhD Thesis University Magdeburg, Docupoint Verlag GmbH, Magdeburg, 2012 (ISB|n 978-386912-075-1).
Fabian Herz Prozess modellierung von direkt befeuerten Drehrohröfen zur Beurteilung der thermischen Belastung des Feuerfestmaterials // Keramische Zeitschrift volume 70, pages26–35(2018) DOI: https://doi.org/10.1007/s42410-018-0003-1.
Rayko Stanev, Iliyan Mitov, Eckehard Specht, Fabian Herz. Geometrical characteristics of the solid bed in a rotary kiln // Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 49, 1, 2014, 82-89, URL: https://dl.uctm.edu/journal/node/j2014-1/14-Raiko%20Stanev-82-89.pdf.
Dhanjal, S.K., Barr, P.V. & Watkinson, A.P. The rotary kiln: An investigation of bed heat transfer in the transverse plane. Metall and Materi Trans B 35, 1059–1070 (2004). DOI: https://doi.org/10.1007/s11663-004-0062-0.
F. Herz, I. Mitov, E. Specht & R. Stanev (2015) Influence of the Motion Behavior on the Contact Heat Transfer Between the Covered Wall and Solid Bed in Rotary Kilns, Experimental Heat Transfer, 28:2, 174-188, DOI: https://doi.org/10.1080/08916152.2013.854283.
A.I. Nafsunab, F.Herzae, E.Spechta, H.Komossac, S.Wirtzc, V.Schererc, X.Liud Thermal bed mixing in rotary drums for different operational parameters // Chemical Engineering Science Volume 160, 16 March 2017, Pages 346-353, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.11.005
A.I.Nafsun F.Herz Experiments on the temperature distribution in the solid bed of rotary drums // Applied Thermal Engineering Volume 103, 25 June 2016, Pages 1039-1047, DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.04.128.
Wei-Ning Wu, Xiao-Yan Liu, Zhou Hu, Fabian Herz, Eckehard Specht. Measurement of the local material depth in a directly-heated pilot rotary kiln based on temperature fields // Powder Technology Volume 330, 1 May 2018, Pages 12-18, https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.02.005.
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у 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 у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
