چکیده

اهمیت رو به رشد صنعت سیمان کشور با افزایش میزان مصرف فراوردههاي آن طـی چنـد سـال اخیـر، نمـود بیشتري یافته است و این صنعت را در زمره یکی از صنایع بزرگ کشور قرار داده است که نقش بسزایی در رونـد توسعه کشور ایفا می کند. یکی از معضلات این صنعت کاهش آلودگی و افزایش راندمان الکترفیلترهاست از آنجا که برج خنک کن وظیفه سرد کردن گازهاي داغ خروجی از کوره به وسیله فرایند پاششی آب قبـل از ورود بـه الکترفیلتر را دارد، لذا مطالعه بر عوامل افزایش راندمان بـرج خنـک کـن از جملـه دبـی گـاز ورودي، دبـی آب پاششی، موقعیت و چیدمان نازل ها حتی زاویه پاشش و نیز نسبت ارتفاع به قطر بسیار قابل توجه می باشـد در این مطالعه سعی شده است با کمک روشـی مبتنـی بـر CFD بـه وسـیله نـرم افـزار Gambit و مـدلسـازي در Fluent به شبیه سازي برج خنک کن پرداخته و با شناسایی مکان هاي مناسب نازل هـاي آب، رانـدمان را افزایش داد.

کلمات کلیدي

برج خنک کن، صنعت سیمان، شبیه سازي CFD ، نازل پاشش آب

نکات برجسته پژوهش

• کاهش دماي گاز و در نتیجه حجم گاز و در نهایت کاهش انرژي مصرفی
• کاهش گازهاي سمی و نزدیک شدن به استانداردهاي زیست محیطی
• تاثیر دبی گاز ورودي، دبی آب، موقعیت و چیدمان نازل ها بر افزایش راندمان برج خنک کن

* rezvan_behfar@yahoo.com

-۱ مقدمه

فرایند سرمایش و رطوبت زنی گاز خروجی از پیش گرمکن کوره دوار فرایند خشک تولید سیمان در بـرج هـاي خنـک کن انجام میشود. در برج بر اساس تزریق قطرات بسیار ریز آب(کمتر( ۰,۵mm توسط نازل هاي تک فاز و یـا دو فـاز و تبخیـر قطرات آب گاز داغ از دمایی در حدود ۳۵۰C° به ۱۵۰ کاهش می یابد. گاز ورودي به برج از قسمت فوقانی برج وارد می شود.

ابتدا از سیستم توزیع گاز که در بخش مخروطی قرار دارد عبور کرده و وارد قسمت پاشـش آب مـی شـود. در ایـن منطقـه در تماس با قطرات آب قرار گرفته و تبادل حرارتی بین قطرات آب و گاز داغ پدیده انتقال حرارت از گاز به قطره انجام شده صـرف تبخیر قطره می شود. بدلیل دماي بالاي گاز در بدو ورود به برج، گرادیان دمایی بین قطره و گاز در بیشترین مقدار خود بوده و انتظار میرود که بیشترین حجم تبخیر در ابتداي برج صورت گیرد.

-۲ شرح فرایند
برج هاي خنک کن یا ۱TCG کاخانجات سیمان یکی از بخش هاي مهم پروسه کنترل آلودگی هوا به شـمار مـی رود.
دلیل اصلی استفاده از این نوع برج خنک کن آماده سازي شرایط گاز ورودي به الکتروفیلترها به منظـور دسـتیابی بـه حـداکثر راندمان جداسازي غبار از جریان گاز خروجی از دودکش می باشد. به منظور دستیابی این امر مهم گاز ورودي بـه الکتروفیلتـر باید از نظر رطوبت و دما در محدوده قابل قبول قرار گیرد. بر اساس نتـایج و مطالعـات عملـی بهتـرین شـرایط الکتروفیلتـر در محدوده دمایی۱۵۰-۱۰۰ C° و رطوبت % ۱۵-۱۲ می باشد که عدم تنظیم صحیح پارامترهاي ذکر شـده در بـرج خنـک کـن میتواند منجر به عملکرد ضعیف الکتروفیلترها در کارخانجات سیمان شود.[۱]

بدون شک با آگاهی از تغییرات پارامترهایی نظیر ترکیب دبی و دماي گاز ورودي، مقـدار غبـار همـراه گـاز، میـزان آب اسپري شده به برج خنک کن و توزیع اندازه قطرات آب بر عملکرد برج، می توان همواره شرایط فرایندي را درحدود قابل انتظار براي جداسازي نامناسب ذرات غبار در الکتروفیلتر قرار داد. یکی دیگر از دلائل استفاده از برج خنک کن، نقش محافظتی آن در محافظت کانالهاي عبوري گاز فن پیش گرمکن و اجزا داخلی الکترفیلتر در مقابل خوردگی هاي سایشی و شـیمیایی برشـمرد.

محاسبات و اندازگیري ها نشان میدهد که حدود % ۸- ۶ از خوراك ورودي به سیکلونهاي پیش گرمکن همراه گاز خروجـی بـه سمت برج خنک کن میرود. از دلائل دیگر اهمیت وجود برجهاي خنک کن و کنترل صحیح آن، وجود کلر و سولفور در ترکیب سوخت مصرفی اغلب کاخانجات سیمان است. این عناصر به دلیل وجود شرایط مناسب در کـوره و پـیش گـرمکن بـه صـورت بخارات اسیدکلریدریک و اسید سولفوریک ظاهر می گردند که در صورت عدم کنترل مناسب دما این بخارات بصورت کنـدانس روي مسیر حرکت گاز و بدنه الکترفیلتر قرار گرفته و باعث ایجاد خوردگی هاي موضعی شـدید مـی شـوند. در شـکل شـماره۱
شماتیکی از صنعت سیمان و محل استقرار برج خنک کن قابل مشاهده است.