CFD model for the simulation of the combustion of alternative fuels in a rotary kiln
Los hornos rotatorios son ampliamente utilizados en la industria del cemento, dentro de este tipo de equipos industriales ocurren reacciones químicas mientras la materia prima se mueve en el interior del horno. El perfil de temperatura en el interior del horno y el tiempo de permanencia son dos parámetros importantes para controlar la calidad del cemento, así como el tipo y la calidad de las materias primas utilizadas para formular el cemento.
La fuente de energía es la mezcla de gases de combustión que viajan en contracorriente. En este estudio se empleó el software de CFD Ansys Fluent® para analizar el proceso de combustión dentro del horno rotatorio y su interconexión con la cámara de humo. El dominio virtual del horno se dividió en pequeños volúmenes de control interconectados; para cada uno se aplicaron las ecuaciones de conservación de materia y energía y las reacciones químicas de combustión para estimar el desempeño del horno rotatorio de cemento. En este trabajo se estudia la fluidodinámica dentro del horno cementero considerando el perfil de temperatura y velocidades de los gases, así como la pérdida de energía a través de las paredes del horno. El modelo Euleriano-lagrangeano de combustión en estado estable desarrollado se utilizó para simular el uso de lodos de depuradora y biogás como combustibles alternativos para la producción de cemento, resultando ser una herramienta con potencial para encontrar el efecto térmico de la implementación de mezclas de combustibles alternativos con baja y alta liberación de energía en el horno rotatorio en estudio.
Se presenta una comparación entre productos de combustión estimados por el modelo y valores reales obtenidos del proceso. Los resultados se limitan a las condiciones del horno cementero en estudio. El uso de herramientas de modelado y simulación computacional son elementos clave para mejorar el desempeño de la industria cementera.
Palabras clave: cemento, CFD, combustión de carbón, horno rotatorio, lodos depuradora, biogas.
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