Çimento endüstrisinde kullanılan önısıtıcı siklon reaktörlerin deneysel incelenmesi
An Experimental investigation on the pre-hea-ter cyclone reactors utilising in cement industry
Yazar: VEDAT ARI
Danışman: PROF. DR. İSMAİL ÇALLI
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2000
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji = Energy ; Reaktörler = Reactors ; Siklon kuramı = Cyclone theory ; Çimento endüstrisi = Cement industry ; Çimento üretimi = Cement production

Özet:
ÖZET Anahtar Kelimeler: Siklonlar, önısıtıcı Siklonlar Önısıtıcı siklon reaktörler çimento üretim tesislerinin önemli bir parçasını oluşturmaktadır. Döner finmn ısıl yükünü azaltmak ve böylece enerji tasarrufu sağlamak üzere çimentonun hammaddesi farinin belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılması gerekir. Bunun için döner fırından çıkan sıcak gazlardan yararlanılır ve gazm taşıdığı ısı enerjisinin önemli bir bölümü çok kademeli olarak tasarlanan önısıtıcı siklon reaktörlerde farine geçirilir. Böylece klinker hammaddesi olan farinin miktar bakımından hemen hemen üçte biri kalsinasyon sıcaklığına kadar ısıtılmış olur. Dolayısıyla önemli bir ısı tasarrufu sağlanarak sistemin ısıl verimi yükseltilir. Bu öneminin yanında, ön ısıtıcı siklon reaktörler, günümüze kadar, ısı geçişi ve akışkanlar dinamiği bakımından yeterince incelenmemiştir. Ayrıca konuyla ilgili verilerin önemli ticari değerlerinin bulunması, bunların literatürde kapsamlı olarak yer almaması gibi bir sonucu doğurmuştur. Siklon performansına etkisi olan temel parametreleri siklonun geometrik yapışma belirleyen, boyutsal oranların yanında, işletme parametreleri, gaz debisi, gaz giriş/çıkış sıcaklıkları, gaz yoğunluğu, siklondaki basmç düşümü, hammadde konsantrasyonu ve gaz akımının siklondaki hız dağılımı sayılabilir. Burada siklonun sıcak gazlardan farine yüksek bir ısı geçişini, düşük basınç kayıpları ve yüksek ayrışma (tutma verimi) ile gerçekleştirme istenir. Bu çalışmada, siklon geometrik özellikleri ile çalışma koşullarının siklon performansı üzerindeki etkilerini incelemek üzere deneyler yapılmıştır. Deneyler için, önısıtıcı siklon reaktör olarak Humboldth tipi [2] bir siklon, seçilmiştir. Bu önısıtıcı siklon bir kademeli olarak incelenmiştir. Siklon dalma borusu derinliği, gaz giriş sıcaklığı, gaz giriş hızının ve farin konsantrasyonunun, araştırma sonuçlarına göre performans üzerinde önemli etldlerinin bulunduğu ve ön ısıtıcı siklon tasarımında mutlaka dikkate alınması gerektiği anlaşılmıştır. Bununla beraber daha genel sonuçlara varabilmek için çeşitli deney koşullarında ve siklon tipleriyle deneyler yapmaya gereksinim vardır. Buradan elde edilen deneysel bulguların, kurulacak teorik modellere önemli bir katkı yapacağı açıktır. XI

Abstract:
AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE PRE-HEA- TER CYCLONE REACTORS UTILISING IN CEMENT INDUSTRY SUMMARY Keywords: Cyclones, Pre-heater cyclones The most important part of cement production line is the rotary kiln. Before entering the rotary kiln, raw material, namely dust, should be heated to a certain temperature to reduce its heat load. To do this, multistage pre-heater type of cyclones have been widely used in cement industry to recovery heat energy of hot gas. The heat is, then, used in preheating of dust which is the raw material of the cement. Thus the dust is heated until its calcination temperature is reached. Therefore, a large amount of heat energy is saved. Nevertheless, the cyclones used as a pre-heater in cement processes have scarcely been investigated in view of heat transfer and fluid dynamics, up to now. In addition, most data in the field are not available in the open literature due to their commercial values. The variables which affect the cyclone performance are; hot gas flowrate, inlet/exit gas temperatures, gas density, pressure drop in the cyclone, geometrical specifications of the cyclone, raw material concentration and the velocity distribution of the gas flow. It is obvious that a study concerning pre-heater cyclone should be simultaneously elaborated with heat transfer and fluid dynamics principles. In this work, experiments were conducted to determine the effects of geometrical properties and operating conditions of the cyclone characteristics, on the pre-heater. A type of Humboldth cyclone with with one stage was used over the experiments. Test results have shown that the parameters mentioned above have a considerable impact on the pre-heater characteristics and must be consider in design considerations. However, for a general conclusion, more detailed studies should be conducted at various test conditions. XII