Xi măng là vật liệu cơ bản không thể thiếu trong tất cả các công trình xây dựng dân
dụng và công nghiệp. Nhu cầu tiêu thụ xi măng trên thế giới cũng như ở Việt Nam
không ngừng tăng. Để đáp ứng nhu cầu này, không những cần tăng số lượng các nhà
máy mà còn phải hoàn thiện công nghệ và thiết bị. Trải qua nhiều giai đoạn phát
triển, công nghệ sản xuất xi măng bằng lò đứng đã được thay thế bởi công nghệ sản
xuất xi măng bằng lò quay theo phương pháp ướt rồi đến ngày nay là công nghệ sản
xuất xi măng bằng lò quay theo phương pháp khô có khả năng tự động hóa hoàn toàn,
tiêu tốn ít năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho chất lượng xi măng rất cao
27 trang |
Chia sẻ: lecuong1825 | Lượt xem: 1853 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong lò quay xi măng có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ĐĂNG KHOÁT
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT
TRONG LÕ QUAY XI MĂNG CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƢỞNG
CỦA QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ BỨC XẠ NHIỆT CỦA NGỌN LỬA
Chuyên ngành: Kỹ thuật Nhiệt
Mã số: 62520115
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT
Hà Nội - 2016
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Trần Gia Mỹ
2. GS. TSKH. Đặng Quốc Phú
Phản biện 1: GS. TSKH. Trần Văn Phú
Phản biện 2: GS. TSKH. Nguyễn Minh Tuyển
Phản biện 3: PGS. TS. Lê Công Cát
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi .. giờ, ngày .. tháng .. năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Xi măng là vật liệu cơ bản không thể thiếu trong tất cả các công trình xây dựng dân
dụng và công nghiệp. Nhu cầu tiêu thụ xi măng trên thế giới cũng như ở Việt Nam
không ngừng tăng. Để đáp ứng nhu cầu này, không những cần tăng số lượng các nhà
máy mà còn phải hoàn thiện công nghệ và thiết bị. Trải qua nhiều giai đoạn phát
triển, công nghệ sản xuất xi măng bằng lò đứng đã được thay thế bởi công nghệ sản
xuất xi măng bằng lò quay theo phương pháp ướt rồi đến ngày nay là công nghệ sản
xuất xi măng bằng lò quay theo phương pháp khô có khả năng tự động hóa hoàn toàn,
tiêu tốn ít năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và cho chất lượng xi măng rất
cao.
Trong công nghệ sản xuất xi măng, chất lượng sản phẩm cũng như mức độ tiết
kiệm năng lượng được quyết định chủ yếu bởi các quá trình trao đổi nhiệt hay chế độ
gia nhiệt cho lò. Bởi vậy, nghiên cứu các quá trình trao đổi nhiệt trong lò quay sẽ góp
phần làm giảm tiêu hao nhiên liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm và qua đó tác động
rất lớn tới việc giảm giá thành sản phẩm. Do đó, đây là lĩnh vực nghiên cứu có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn lớn.
Các quá trình truyền nhiệt trong lò quay rất phức tạp và đa dạng, bao gồm cả ba
phương thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ; các quá trình này chồng chéo
và ảnh hưởng lẫn nhau. Không những vậy, chuyển động quay của lò là nguyên nhân
chính làm cho các quá trình truyền nhiệt trong lò quay có những nét đặc trưng riêng
so với các lò công nghiệp đứng yên. Các đặc trưng riêng này thể hiện ở cả quá trình
truyền nhiệt bên trong lò lẫn bên ngoài lò.
Do tầm quan trọng cũng như tính đặc thù của các quá trình truyền nhiệt trong lò
quay nên đã có hàng loạt các công trình nghiên cứu về truyền nhiệt trong lò quay mà
trọng tâm là xây dựng các mô hình toán học ngày càng hoàn thiện hơn để mô tả một
cách đầy đủ và chi tiết các quá trình truyền nhiệt thực tế xảy ra trong lò, nhưng sự
phức tạp và đa dạng của chúng khiến cho vẫn còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết
thỏa đáng.
Các lò quay xi măng làm việc ở nhiệt độ cao bao giờ cũng có vùng phát nhiệt, tại
đây nhiên liệu được đốt cháy dưới dạng ngọn lửa phun. Bởi vậy, xét trên khía cạnh về
truyền nhiệt thì lò quay được chia theo chiều dài làm hai vùng lò đặc trưng: vùng có
ngọn lửa (vùng cháy) và vùng không có ngọn lửa (vùng sau cháy). Sự xuất hiện của
vùng ngọn lửa không chỉ ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình truyền nhiệt trong lò mà
còn là vùng có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng xi măng.
Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, luận án này tập trung nghiên cứu các
quá trình truyền nhiệt trong lò quay xi măng có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy
và bức xạ nhiệt của ngọn lửa, phân tích các phương pháp tính toán trao đổi nhiệt bức
xạ khác nhau và từ đó xây dựng mô hình toán học mô tả quy luật truyền nhiệt của các
thành phần tham gia trao đổi nhiệt trong lò nhằm phục vụ cho việc thiết kế và vận
hành các loại lò quay xi măng khác nhau.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là: Xác định quy luật truyền nhiệt trong lò quay
có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa, đồng thời tính
2
toán lượng nhiệt trao đổi giữa các thành phần tham gia trao đổi nhiệt để làm cơ sở
cho thiết kế và vận hành các loại lò quay nhằm mục đích cuối cùng là nâng cao chất
lượng sản phẩm và giảm tiêu hao nhiên liệu cho lò.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là lò quay sản xuất xi măng theo phương pháp khô.
Phạm vi nghiên cứu là các quá trình truyền nhiệt trong lò quay.
Cũng cần lưu ý rằng, các kết quả tính toán cho đối tượng cụ thể được đề cập trong
luận án là các lò quay đốt than phun cũng chỉ bởi đây là loại nhiên liệu được sử dụng
phổ biến nhất trong các lò quay sản xuất xi măng hiện nay, chứ không có nghĩa là
phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn ở các loại lò sử dụng nhiên liệu này.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận án được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm trên cơ sở các số liệu đo đạc thực tế và mô phỏng bằng phương pháp số CFD.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Về mặt lý thuyết, luận án làm sáng tỏ cơ chế truyền nhiệt trong lò quay khi xét tới
ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa và góp phần bổ sung vào
lý thuyết truyền nhiệt truyền chất những quá trình truyền nhiệt rất đặc trưng và đa
dạng này.
Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu của luận án không chỉ làm cơ sở cho thiết kế
các lò quay xi măng mà còn góp phần xây dựng một phương pháp luận để thiết lập
các thông số vận hành tối ưu cho lò.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Trong mục này, chúng tôi giới thiệu tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng và
mức nhiệt độ yêu cầu trong quá trình gia nhiệt cho vật nung.
1.2. Lò quay xi măng và các đặc trƣng cơ bản
Lò quay xi măng là một ống thép hình trụ có xây gạch chịu lửa, cách nhiệt ở bên
trong, quay quanh trục với tốc độ 1 ÷ 3 v/ph và được đặt nghiêng so với mặt phẳng
nằm ngang một góc 3 ÷ 5 độ. Những đặc trưng cơ bản của lò quay thể hiện cả về đặc
trưng hình học lẫn đặc trưng về truyền nhiệt.
1.3. Nhiên liệu và các yêu cầu về nhiên liệu cho lò quay xi măng
Nhiên liệu sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng thường gồm cả ba loại:
khí, lỏng, rắn; nhưng sử dụng phổ biến nhất hiện nay là nhiên liệu rắn.
1.4. Tổng quan các kết quả nghiên cứu về truyền nhiệt trong lò quay xi
măng
1.4.1. Các kết quả nghiên cứu ở nƣớc ngoài
1.4.1.1. Các quá trình truyền nhiệt trong lò quay
Quá trình truyền nhiệt trong lò quay rất phức tạp bao gồm cả ba phương thức
truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Các quá trình này chồng chéo và ảnh
hưởng lẫn nhau.
1.4.1.2. Các mô hình truyền nhiệt bức xạ trong lò quay xi măng
Mô hình tính toán đầu tiên về truyền nhiệt trong lò quay xi măng được Gygi [127]
dựng vào năm 1937, dựa trên các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với một lò
quay đang hoạt động, theo đó Gygi đã tiến hành đo nhiệt độ của khí và vật nung tại
3
rất nhiều vị trí khác nhau dọc theo chiều dài lò kết hợp với đo các thông số nhiệt vật
lý của vật nung bằng cách lấy mẫu vật nung tại các vị trí khác nhau trong lò. Từ kết
quả thực nghiệm, Gygi xây dựng thành các đường cong phân bố nhiệt độ của khí,
tường lò và vật nung dọc theo chiều dài.
Với mục đích xây dựng các mô hình toán học để tính toán sự phân bố dòng nhiệt
của vật nung trong lò, Cross và Young [43] đã xây dựng mô hình truyền nhiệt trong
lò quay với giả thiết bỏ qua nhiệt tỏa ra (thu vào) do phản ứng hóa học của khối vật
nung. Kết quả tính toán đã xác định được phân bố nhiệt độ của khí và vật nung dọc
theo chiều dài lò.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là khoa học máy tính,
các nhà khoa học đã vận dụng các phương pháp tính toán trao đổi nhiệt bức xạ khác
nhau để xây dựng các mô hình truyền nhiệt trong lò quay với mục đích xác định quy
luật truyền nhiệt của các thành phần tham gia trao đổi nhiệt và tính toán lượng nhiệt
trao đổi giữa chúng. Có thể tìm thấy các mô hình đó trong [5], [54], [55], [56], [57],
[70]. Hệ thống các công trình nghiên cứu này cho thấy, các mô hình truyền nhiệt chủ
yếu được xây dựng dựa trên ba phương pháp tính toán trao đổi nhiệt bức xạ, đó là:
phương pháp vùng, phương pháp phản xạ và phương pháp tương tự nhiệt - điện. Mặc
dù, các phương pháp tính toán trao đổi nhiệt bức xạ có đặc điểm chung là đều dựa
trên các phương trình cân bằng nhiệt nhưng sự khác biệt giữa chúng là cách xác định
điều kiện biên làm cho mỗi phương pháp có những đặc trưng riêng. Phân tích chi tiết
từng phương pháp là cơ sở để xây dựng mô hình toán học nghiên cứu quá trình
truyền nhiệt trong lò quay có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt
của ngọn lửa.
1.4.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam có rất nhiều tác giả nghiên cứu về truyền nhiệt với hai hướng nghiên
cứu chính là nâng cao hiệu suất cháy và khả năng trao đổi nhiệt trong các lò công
nghiệp có tính phổ biến như các lò hơi, lò luyện thép, lò nung gốm...vv; và nghiên
cứu xử lý các khí phát thải trong quá trình đốt nhiên liệu trong các lò công nghiệp kể
trên. Còn đối với các loại lò quay có tính đặc thù như đã trình bày trong mục 1.2 thì
chưa được đề cập đến.
Một trong những công trình nghiên cứu đầu tiên về truyền nhiệt trong lò quay xi
măng được Đặng Quốc Phú [6] đề cập khi nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất nhiệt
vật lý của lớp vật liệu chịu lửa đến quá trình trao đổi nhiệt trong lò quay xi măng.
Tiếp đến là hàng loạt công trình nghiên cứu về truyền nhiệt xảy ra bên trong lò quay
hoặc thiết bị gia nhiệt kiểu thùng quay được công bố.
Năm 1986, Đặng Quốc Phú, Võ Xuân Cương và Võ Chí Chính [3] đã dựa vào
phương pháp exergie để phân tích quá trình cháy và chế độ nhiệt của lò quay xi
măng. Cũng dựa trên quan điểm exergie, Đặng Quốc Phú [4] đã xây dựng phương
pháp xác định độ mịn tối ưu của bụi than cho ngọn lửa than trong buồng đốt hình trụ.
Với mục đích xác định chế độ nhiệt tối ưu cho lò quay xi măng, năm 1987, Đặng
Quốc Phú và Nguyễn Thị Hồng Hà [2] đã xây dựng mô hình toán học dựa trên việc
phân tích các quá trình trao đổi nhiệt xảy ra đồng thời trong lò.
Dựa vào các kết quả nghiên cứu về cơ chế truyền nhiệt trong lò, dựa vào phân tích
riêng rẽ từng quá trình truyền nhiệt và dựa vào những yêu cầu đặt ra khi xây dựng mô
4
hình với quan điểm phải xem xét toàn diện các mối quan hệ giữa khả năng nâng cao
độ chính xác và khối lượng tính toán phải thực hiện cùng với việc chú ý đúng mức
đến toàn bộ quá trình xảy ra (tức là nếu quá tập trung vào một quá trình nào đó mà
không đồng thời chú ý đúng mức đến những quá trình khác thì sẽ không đạt được kết
quả mong đợi), Đặng Quốc Phú [5] đã xây dựng mô hình truyền nhiệt tổng quát trong
lò quay trên cơ sở phương pháp vùng của Hottel và Sarofim [61]. Mô hình cho phép
xác định trường nhiệt độ của các thành phần tham gia trao đổi nhiệt trong lò cũng như
tính toán lượng nhiệt trao đổi giữa chúng.
Tuy nhiên, mô hình truyền nhiệt tổng quát không đề cập đến ảnh hưởng của quá
trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa tới đặc tính truyền nhiệt trong lò quay. Bởi vì
trong các lò quay làm việc ở nhiệt độ cao, luôn tồn tại vùng phát nhiệt, tại đây nhiên
liệu được đốt cháy dưới dạng ngọn lửa phun. Đây là vùng lò quan trọng nhất, ảnh
hưởng đến toàn bộ quá trình truyền nhiệt xảy ra trong lò.
Mặc dù vậy, mô hình truyền nhiệt tổng quát đã xây dựng là cơ sở rất quan trọng để
mở ra hàng loạt vấn đề nghiên cứu tuy rất khó khăn nhưng mang lại nhiều ý nghĩa
khoa học và kinh tế lớn.
1.5. Một số vấn đề tồn tại và nội dung nghiên cứu của luận án
Xét trên khía cạnh về truyền nhiệt thì trong lò quay luôn luôn tồn tại hai vùng lò
đặc trưng được chia theo chiều dài, đó là: vùng có ngọn lửa và vùng không có ngọn
lửa. Các quá trình truyền nhiệt ở cả hai vùng lò này đều bao gồm ba phương thức
truyền nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Tuy nhiên, do sự xuất hiện của
ngọn lửa nên đặc tính trao đổi nhiệt trong vùng có ngọn lửa khác so với trong vùng
không có ngọn lửa. Hơn nữa, vùng có ngọn lửa không chỉ ảnh hưởng đến toàn bộ quá
trình truyền nhiệt trong không gian lò quay mà còn là vùng ảnh hưởng có tính chất
quyết định đến chất lượng clinker xi măng.
Mặc dù đã có rất nhiều công trình nghiên cứu ở cả trong nước và ngoài nước về
các quá trình truyền nhiệt trong lò quay với việc vận dụng hết sức linh hoạt các
phương pháp tính toán trao đổi nhiệt bức xạ khác nhau để xây dựng mô hình toán học
xác định quy luật truyền nhiệt trong lò cũng như xây dựng các công thức tính toán
lượng nhiệt trao đổi giữa khí lò với vật nung, giữa vật nung với tường lò vv..., nhưng
việc phân tích một cách có hệ thống và tỉ mỉ các công trình này cho thấy, các tác
giả chưa đề cập đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa
tới quy luật truyền nhiệt trong lò quay.
Quá trình truyền nhiệt trong lò quay có quan hệ chặt chẽ với kích thước lò, tốc độ
quay, kích thước và nhiệt độ của vật nung cấp vào lò, nhiệt độ của khí vv... nhưng
điều quan trọng và nổi bật nhất là quá trình truyền nhiệt này được quyết định bởi quá
trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa.
Nghiên cứu quy luật truyền nhiệt trong lò quay có xét đến ảnh hưởng của quá trình
cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa là bài toán phức tạp, khó khăn nhưng lại là yêu cầu
cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn bởi vì vùng lò có ngọn lửa là vùng cơ
bản nhất của lò quay sản xuất xi măng cả về phương diện kích thước, cả về phương
diện công nghệ (vì vùng lò này tạo khoáng quan trọng của clinker xi măng là C3S),
đặc biệt sự xuất hiện của ngọn lửa ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình truyền nhiệt trong
lò và quyết định đến chất lượng sản phẩm.
5
Vì những lý do đó, việc lựa chọn đề tài: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong
lò quay xi măng có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của
ngọn lửa là thực sự cần thiết và hợp lý trong tình hình hiện nay, đặc biệt là tại Việt
Nam.
Để đạt được mục đích nghiên cứu là xác định quy luật truyền nhiệt trong lò quay
và tính toán lượng nhiệt trao đổi giữa các thành phần tham gia trao đổi nhiệt khi xét
tới ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa, luận án cần thực hiện
các nội dung chính sau:
1. Nghiên cứu xác định vùng có ngọn lửa trong lò quay.
2. Xây dựng mô hình toán học xác định quy luật truyền nhiệt trong lò quay xi măng
khi xét tới ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa.
3. Xác định lượng nhiệt trao đổi giữa các thành phần tham gia trao đổi nhiệt, tỷ lệ
riêng phần lượng nhiệt trao đổi của từng phương thức trao đổi nhiệt và của từng vùng
lò đặc trưng và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình truyền nhiệt
trong lò quay xi măng.
4. Đánh giá độ chính xác của mô hình toán học bằng các số liệu thực tế thu được từ lò
quay đang hoạt động tại nhà máy xi măng Bút Sơn, Hà Nam.
1.6. Kết luận chƣơng 1
Trên cơ sở phân tích, đánh giá tổng quan các kết quả nghiên cứu liên quan đến đề
tài, chúng tôi rút ra kết luận chính sau:
Đã xác định được vấn đề cần giải quyết và các nội dung cần thực hiện trong luận
án là:
- Xây dựng mô hình toán học có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ
nhiệt của ngọn lửa tới quy luật truyền nhiệt giữa khí, tường lò và vật nung trong lò
quay sản xuất xi măng và làm tường minh quá trình thay đổi nhiệt độ của khí, tường
lò và vật nung theo chiều dài lò cả về định tính và định lượng.
- Tính toán lượng nhiệt trao đổi của các thành phần tham gia trao đổi nhiệt, tỷ lệ riêng
phần lượng nhiệt trao đổi của từng phương thức và của từng vùng lò đặc trưng.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình truyền nhiệt trong lò quay
sản xuất xi măng để xác định các thông số vận hành hợp lý nhằm nâng cao chất lượng
sản phẩm và giảm tiêu hao nhiên liệu cho lò.
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của luận án được lựa chọn là nghiên cứu lý thuyết kết
hợp với nghiên cứu thực nghiệm trên cơ sở các số liệu đo đạc thực tế và mô phỏng
bằng phương pháp số CFD.
2.1.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nhiệm vụ của nghiên cứu lý thuyết là xây dựng mô hình toán học mô tả các quá
trình trao đổi nhiệt giữa các thành phần tham gia trao đổi nhiệt (khí, tường lò và vật
nung) trong lò quay xi măng có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt
của ngọn lửa.
Trao đổi nhiệt trong lò quay là quá trình rất phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều
yếu tố như: đặc tính bức xạ của môi trường khí (đặc biệt là ngọn lửa), tường lò và
6
vùng khí hồi lưu. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng này đến quá trình truyền nhiệt
trong lò quay xi măng là điều cần thiết để thiết lập các giả thiết đơn giản hóa khi
xây dựng mô hình toán học. Nội dung này sẽ được chúng tôi trình bày trong các
mục 2.1.1.1; 2.1.1.2 và 2.1.1.3.
2.1.1.1. Ảnh hưởng đặc tính bức xạ của môi trường khí trong lò quay xi măng
Có thể thấy rằng, môi trường khí trong lò quay xi măng là môi trường khí thực.
Bằng cách xây dựng hai mô hình bức xạ: mô hình thứ nhất coi khí trong lò quay là
khí thực; mô hình thứ hai coi khí trong lò quay là vật xám, Gorog [55] đã tính toán và
đi đến kết luận rằng: nếu độ đen của tường lò và vật nung hớn hơn hoặc bằng 0,8 thì
giả thiết khí là vật xám khi tính toán trao đổi nhiệt bức xạ có sai số nhỏ, có thể áp
dụng để nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong các lò quay.
2.1.1.2. Ảnh hưởng của tường lò quay
Chuyển động quay của lò làm cho nhiệt độ bề mặt bên trong tường lò biến thiên
theo từng vòng quay. Vì thế, lượng nhiệt trao đổi giữa tường lò với vật nung, giữa
tường lò với dòng khí cũng thay đổi theo thời gian. Trên cơ sở phân tích mô hình tính
toán lượng nhiệt vật nung nhận được từ phía mặt thoáng của Gorog [55], chúng tôi
cho rằng: có thể xem nhiệt độ tường lò là giá trị nhiệt độ trung bình của một vòng
quay khi nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong lò quay mà không gặp phải sai số
lớn.
2.1.1.3. Ảnh hưởng của vùng khí hồi lưu
Nghiên cứu của Moles và các cộng sự [81], nhận thấy rằng, mặc dù khí hồi lưu có
ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt trong các lò quay nhưng do mức độ hồi lưu
trong vùng cháy của lò nhỏ nên khi xây dựng mô hình toán học mô tả các quá trình
truyền nhiệt trong vùng có ngọn lửa của lò quay thì có thể xem khí xung quanh ngọn
lửa là trong suốt đối với bức xạ nhiệt.
2.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Do khó khăn khi xây dựng mô hình thực nghiệm và những khó khăn còn tăng lên
gấp nhiều lần khi xác định bằng thực nghiệm sự phân bố nhiệt độ của khí, tường lò và
vật nung đối với một lò quay xi măng đang hoạt động nên trong phạm vi nghiên cứu
của luận án này, chúng tôi chỉ có thể đo sự biến thiên nhiệt độ vỏ lò dọc theo chiều
dài và khảo sát, thu thập các thông số nhiệt độ tại một số vị trí đặc trưng trong lò để
so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết.
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để đo nhiệt độ nhưng có thể nhóm chúng
thành hai phương pháp chính là đo tiếp xúc và đo không tiếp xúc [13]. Trong công
trình này, do tính đặc thù của lò quay xi măng nên chúng tôi sử dụng phương pháp đo
không tiếp xúc. Đây là phương pháp đo được sử dụng rất phổ biến trong các lò quay
xi măng. Chúng tôi sẽ trình bày chi tiết vấn đề này trong nội dung chương 4.
2.1.3. Nghiên cứu mô phỏng bằng phƣơng pháp số CFD
Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ vượt bậc về khoa học và công nghệ đặc
biệt là công nghệ máy tính, đã có hàng loạt công trình nghiên cứu sử dụng công nghệ
mô phỏng số để thực hiện các nghiên cứu mà không thể tiến hành bằng thực nghiệm
hoặc nghiên cứu thực nghiệm gặp nhiều khó khăn. Trong đó, phương pháp mô phỏng
số dựa trên tính toán động lực học dòng chảy (Computation Fluid Dynamics; viết tắt
7
là CFD) được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt là ứng dụng trong mô phỏng
quá trình cháy than.
Trong luận án này