Моделирование теплообмена в барабанном реакторе с косвенным обогревом

С. К. Попов; А. А. Валинеева; И. Н. Свистунов

doi:10.71759/sjj1-qj24

Моделирование теплообмена в барабанном реакторе с косвенным обогревом

С. К. Попов, А. А. Валинеева, И. Н. Свистунов

Аннотация

Теплоперенос является важным фактором, лимитирующим производительность вращающихся барабанных реакторов с прямым и косвенным обогревом пересыпающегося слоя материала. На основе анализа концептуальных моделей теплопереноса при различных температурах обработки материала выбрана модель, соответствующая процессу торрефикации биомассы в реакторе с косвенным обогревом. Для выбранной модели представлены уравнения для определения коэффициента теплопередачи от греющего теплоносителя к материалу. Предложен способ учета радиационного теплообмена между стенкой барабана и движущимся слоем материала, подвергающегося торрефикации. Установлено, что в диапазоне температур торрефикации (до 700 K) учет радиационного теплообмена приводит к увеличению коэффициента теплопередачи от стенки барабана к материалу не более, чем на 1 %. С повышением температуры технологического процесса до 1300 K учет радиационного теплообмена сопровождается приростом коэффициента теплопередачи не более, чем на 3,3 – 4,5 %. Предложенная инженерная методика определения коэффициентов теплопередачи рекомендуется для конструктивных расчетов реакторов торрефикации.

Ключевые слова

барабанный реактор, косвенный обогрев, торрефикация, математическое моделирование, тепломассоперенос, радиационный теплообмен

Полный текст:

PDF

Литература

Ходоров, Е. И. Печи цементной промышленности / Е. И. Ходоров. — Л.: Стройиздат, 1968.

Диомидовский, Д. А. Печи цветной металлургии / Д. А. Диомидовский. — М.: Металлургиздат, 1959.

Лисиенко, В. Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология. Книга 2 / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, М. Г. Ладыгичев. — М.: Теплотехник, 2004.

Li, S-Q. A mathematical model of heat transfer in a rotary kiln thermo-reactor / Li S-Q, Ma L-B, Wan W, Yao Q. // Chem Eng Technol 2005;28:1480–9. — DOI: 10.1002/ceat.200500241.

Бухмиров, В. В. Совершенствование тепловой работы вращающихся печей на основе математического моделирования газодинамики и сложного теплообмена. — Автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.14.04 / Бухмиров Вячеслав Викторович. — М., 1983.

Бухмиров, В. В. Моделирование сопряженного теплообмена в рабочем пространстве обжиговой вращающейся печи. — Автореф. дис. … док. техн. наук: 05.16.02 / Бухмиров Вячеслав Викторович. — М., 1998.

Арутюнов, В. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей / В. А. Арутюнов, В. В. Бухмиров, С. А. Крупенников. — М.: Металлургия, 1990.

Трубаев, П. А. Методы компьютерного моделирования горения и теплообмена во вращающихся печах / П. А. Трубаев, В. А. Кузнецов, П. В. Беседин. — Белгород: Изд-во БГТУ; БИЭИ, 2008.

Кузнецов, В. А. Особенности расчета нестационарного теплообмена в стенах вращающихся печей / В. А. Кузнецов // Энергетические системы. — 2022. — № 3, 002. — С. 17– 27.

Валинеева, А. А. Повышение эффективности установок торрефикации гранулированного биотоплива на основе исследования его низкотемпературного пиролиза. — Автореферат дис.... канд. техн. наук : 2.4.6. / Валинеева Анна Александровна. — М., 2024.

Yogesh, Sonavane. Influence of the Wall on the Heat Transfer Process in Rotary Kiln / Yogesh Sonavane. — 2010. — https://clck.ru/ 3MbQfQ.

Manouchehrinejad, M. (2019). Process Simulation of an Integrated Biomass Torrefaction and Pelletization (iBTP) Plant to Produce Solid Biofuels / M. Manouchehrinejad, S. Mani // Energy Convers. Manag. X 1, 100008. — DOI: 10.1016/j.ecmx.2019.100008.

Валинеева, А. А. Разработка реактора торрефикации древесных пеллет / А. А. Валинеева, С. К. Попов // Актуальные вопросы энергетики. — 2024. — Т. 6. — № 1. — С. 2 – 9.

Baby-Jean Robert Mungyeko, Bisulandu. Rotary kiln process: An overview of physical mechanisms, models and applications / Baby-Jean Robert Mungyeko Bisulandu, Florian Huchet // Applied Thermal Engineering, 2023, 221, pp. 119637. — DOI: 10.1016/j.applthermaleng. 2022.119637.hal-04102335.

Gorog, J. P. Radiate Heat Transfer in Rotary Kilns / J. P. Gorog, J. K. Brimacombe, T. N. Adams // Metallurgical Transactions B, vol. 12B, pp. 55 – 64, 1981. — https://link.springer.com/article/10.1007/ BF02674758.

Gorog, J. P. Regenerative Heat Transfer in Rotary Kilns / J. P. Gorog, T. N. Adams, J. K. Brimacombe // Metallurgical Transactions B, vol. 13B, pp. 153 – 160, 1982. — https://opendata.uni-halle.de/bitstream/1981185920/10751/1/silagustini.pdf.

Nhuchhen, D. R. Investigation into overall heat transfer coefficient in indirectly heated rotary torrefier / D. R. Nhuchhen, P. Basu, B. Acharya // Int J Heat Mass Transf 2016;102:64-76. — DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.06.011.

Schlunder, E. U. Particle heat transfer / E. U. Schlunder // International Heat Transfer Conference 7. — Munchen. — 1982. — P. 195 – 211. DOI: 10.1615/IHTC7.4290.

Wes, G. W. J. Heat transfer in a horizontal rotary drum reactor / G. W. J Wes, A. A. H. Drinkenburg, S. Stemerding // Powder Tehnology. — 1976. — 13(2). P. 185 – 192. DOI: 10.1016/0032- 5910(76)85003-6.

Tscheng, S. H. Convective heat transfer in a rotary kiln / S. H. Tscheng, A. P. Watkinson // The Canadian Journal of Chemical Engineering. — 1979. — 57(4). P. 433 – 443. DOI: 10.1002/cjce. 5450570405.

DOI: http://dx.doi.org/10.71759/sjj1-qj24