Rekuperatori za korišćenje otpadne toplote sa rotacionih cilindričnih površina
Recuperators for the use of waste heat from rotating cylindrical surfaces
Author
Stojić, NenadMentor
Karamarković, RadeCommittee members
Todorović, DušanBogojević, Nebojša
Marašević, Miljan
Metadata
Show full item recordAbstract
Rezime:
U najopštijem, disertacija se bavi korišćenjem toplotnog gubitka
rotacionih cilindričnih površina. Specifično, fokus je na korišćenju
otpadne toplote sa plašta rotacionih peći (RP), široko primenjivanih uređaja:
u proizvodnji, termičkoj obradi, kalcinaciji, insineraciji i pirolizi, sa
tehnoekonomski najznačajnijom ulogom u proizvodnji cementa. Kako zbog
stabilnosti nije dozvoljeno izolovati najvreliji deo plašta i kako se ne sme
remetiti tehnološki proces, cilj je napraviti razmenjivač toplote koji će za
predgrevanje vazduha sa najvrelije zone RP uzimati tačno onoliko toplote koliko
se gubi u okolinu. Polazeći od osnovne, jednostavne i ekonomične konstrukcije
rekuperatora, na primeru RP za kalcinaciju dolomita rešavaju se problemi:
(1) povećanja rastojanje između rekuperatora i RP uz zadržavanje ili
povećanje njegove efektivnosti? Osnovna konstrukcija je često
neprimenljiva zbog rotacionog ekscentriciteta i/ili prisustva
nosećeg prstena RP.
(2) adekvatnog funkcionisanja rekuper...atora pri nestacionarnom
toplotnom gubitku RP, najčešće uzrokovanom promenama: kvaliteta
unutrašnje izolacione opeke, tehnoloških parametara procesa i
medijuma (obogaćen vazduh, kiseonik) za sagorevanje.
(3) kako na efikasan način iskoristiti predgrejan vazduh?
Rešavanje (1) problema rezultiralo je tehničkim rešenjima:
konvektivno zračnih rebara,
rekuperatora sa dva prolaza
uvođenjem dodatnog vazduha i
kombinacije nabrojanih varijanti unutar jedne konstrukcije.
Za definisanje geometrije navedenih rešenja razvijeni su računarski
alati, čiji naučni doprinos predstavljaju:
verifikovan ćelijski matematički model strujanja vazduha u
prstenastom poprečnom preseku sa konvektivno zračnim rebrima, i
kombinovana primena ćelijskog modela za određivanje dimenzija i
numeričkih modela strujanja (CFD) za definisanje konstruktivnih
detalja rekuperatora.
Disertacija daje računarske alate za dimenzionisanje i precizne smernice
za primenu razvijenih rekuperatora, o čijem značaju najbolje svedoči podatak da
na ispitivanoj RP smanjuju potrošnju mazuta za 2350 l/dan.
Abstract:
In general, the thesis deals with the usage of waste heat from rotary cylindrical
surfaces. Specifically, the focus is on utilizing waste heat from the mantle of rotary kilns
(RK) that are widely applied in manufacturing, calcination, thermal processing,
incineration, and pyrolysis, with the most important role in cement production. As the
technological process must not be disturbed and as the stability of a RK does not allow
the insulation of the hottest zone of its mantle, the goal is to design over this zone an airpreheating heat exchanger (recuperator) that will use the heat equal to the heat loss. The
starting point is an already developed basic recuperator. In the case study, which is an RK
used for the calcination of dolomite in a magnesium production, the following problems
are addressed
(1) how to increase the distance (annulus) between the recuperator and the RK
while maintaining its effectiveness? Large rotational eccentricities and
tyres over the mantle of RKs mak...e the basic design inapplicable.
(2) how a variable heat loss affects the performance of the recuperator? The
loss depends on the application of an RK, i.e., the processes that take place
inside, the usage of combustion medium (air, enriched air or oxygen), the
thermal resistance and condition of coating and refractory layers inside
them, and to a lesser extent on the environmental conditions.
(3) how to use preheated air most efficiently?
Solving the (1) problem resulted in technical solutions that apply:
radiant and convective fins,
parallel air passages,
introduction of additional air, and
combinations of previous designs.
To define their geometry and constructional details, (i) experimentally validated
cell model of heat transfer in the annulus with the usage of radiant and convective fins,
and (ii) combined application of the cell and CFD models are developed. These models
and conclusions for the application of different recuperator designs are the outcomes. The
reduction of heavy fuel oil consumption in the case study by 2350 l/day illustrates the
significance of the recuperator.