Optimization of the continuous stagewise processes and optimal use of air and fuel along the tunnel kiln brick making process - Kaya, Sinem (My University, 2009)
SÜREKLİ KADEMELİ PROSESLERİN OPTİMİZASYONU VE TÜNEL FIRIN TUĞLA ÜRETİMİNDE FIRIN BOYUNCA EN UYGUN HAVA VE YAKIT KULLANIMININ BULUNMASI Bu tezde tünel fırın tuğla üretiminin optimizasyonu yapıldı. Ön ısıtma, pişirme ve soğutma olmak üzere üç bölümden oluşan tünel fırının optimizasyonu, dinamik yapısı nedeni ile model bazlı optimizasyon tekniği geliştirilerek yapıldı. Optimizasyon yapılırken, pişirme ve soğutma bölgelerinin, birbirine bağlı N sayıda ayrılabilir yapıda hücrelerden oluştuğu varsayıldı. Isı transferi ve akışkan akımına dayalı model denklemler tünel fırın soğutma bölgesi boyunca hava debisi, tuğla ve hava sıcaklıkları gibi sistem durum değişkenlerini bulmak için geliştirildi. Soğutma bölgesinde basınç kaybını minimum yapmak için, matematiksel denklemler kullanılarak emilen ve beslenen hava debi profilleri ile tuğla çıkış bölgesinden giren hava debisinin optimum değerleri bulunarak soğutma bölgesinin optimizasyonu gerçekleştirildi. Fabrika verileri ile optimizasyon sonuçları karşılaştırıldı. Optimizasyon sonuçları gösterdi ki; proses kısıtlarının sağlanarak minimum basınç kaybı elde edilmesi için tünel fırın soğutma bölgesinde iki bölgede emme ve iki bölgede de besleme yapılması gerekir. Pişirme bölgesinin amaç fonksiyonu yakıt maliyetinin minimum olmasıdır. Geliştirilen denklemler, proses kısıtları sağlanarak, minimum yakıt maliyeti için çözüldüğünde, püskürtme kömür ve tuğla iç kömür debilerinin optimum değerleri ile üst besleme havasının optimum değerleri bulundu. Pişirme bölgesinde kullanılan iç kömür ve toz kömür sistemin enerji kaynağı olarak kullanılırken tünel fırına beslenen hava da iç kömür ve püskürtme kömürün tamamen yanmasını sağlayarak tuğlaların mukavemetini arttırır. Sonuç olarak optimizasyon sonuçları gösterdi ki; tuğla içindeki karbon yüzdesi sabit tutularak daha fazla iç kömürü kullanıldığında sisteme gerekli püskürtme kömür miktarı azalır bu da yakıt maliyetini düşürür. nel fırın, optimizasyon, soğutma bölgesi, pişirme bölgesi

OPTIMIZATION OF THE CONTINUOUS STAGEWISE PROCESSES AND OPTIMAL USE OF AIR AND FUEL ALONG THE TUNNEL KILN BRICK MAKING PROCESS This thesis dealt with the optimization of tunnel kiln brick making process. Due to the dynamic characteristics, tunnel kiln which consists of three different separate zones namely; preheating, firing and cooling was optimized by using a model based optimization technique. The optimization was realized by considering each zone as a decomposable structured system formed of N interconnected cells. A mathematical model representing the phenomena of heat transfer and fluid flow was developed to compute the state variables such as the air mass flow rate, brick and air temperatures along the cooling zone of a tunnel kiln. Using the mathematical model, the optimization of the cooling zone was performed to minimize the pressure drop by finding the optimum suction and blowing air flow rate profiles in addition to the ambient air flow rate entering from the brick exit side. The plant data were used to compare with the model-based optimization results. The results showed that the minimum pressure drop was obtained by considering the tunnel kiln cooling zone composed of two regions of suction and two regions of blowing while satisfying the process constraints. The objective function of the firing zone is the minimum fuel cost. When the developed model equations were solved for the minimum fuel cost by satisfying process constraints, optimal operating conditions in terms of the optimal flow rate of the pulverized coal, admixed coal within the bricks and flow rate of the secondary air fed from top of the kiln were obtained. The constraints to be satisfied are the admixed coal within the brick body and the carbon percentage in the brick body. Admixed and pulverized coals were used as the energy suppliers to the system and secondary air supplied into the tunnel kiln was used for complete combustion of admixed coal particles and pulverized coal, and for strength development. Optimization results show that using more admixed coal, while keeping the carbon percentage in the brick constant, decreases the amount of pulverized coal, and thus reduces the fuel cost. Tunnel kiln, optimization, heat transfer, pressure drop, cooling zone, firing zone
Keywords: Isı Transferi; Kimya; Kimya Mühendisliği; Optimizasyon