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Rotary cement kiln coating estimator: Integrated modelling of kiln with shell temperature measurement

Authors

  • Sepehr Sadighi,

    Corresponding author
    1. Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, UTM Skudai, Johor Bahru 81310, Malaysia
    • Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, UTM Skudai, Johor Bahru 81310, Malaysia.
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  • Mansoor Shirvani,

    1. Chemical Engineering Department, University of Science and Technology, Narmak, Tehran, Iran
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  • Arshad Ahmad

    1. Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering, Universiti Teknologi Malaysia, UTM Skudai, Johor Bahru 81310, Malaysia
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Abstract

Coating thickness protection in the burning zone of a rotary cement kiln during operation is important from the viewpoint of the kiln productivity. In this paper, an integrated model is presented to estimate the coating thickness in the burning zone of a rotary cement kiln by using measured process variables and scanned shell temperature. The model can simulate the variations of the system, thus the impact of different process variables and environmental conditions on the coating thickness can be analysed. The presented steady-state model derived from heat and mass balance equations uses a plug flame model for simulation of gas and/or fuel oil burning. Moreover, the heat transfer value from shell to the outside is improved by a quasi-dynamic method. Therefore, at first, the model predicts the inside temperature profile along the kiln, then by considering two resistant nodes between temperatures of the inside and outside, the latter measured by shell scanner, it estimates the formed coating thickness in the burning zone. The estimation of the model was studied for three measured data sets taken from a modern commercial cement kiln. The results confirm that the average absolute error for estimating the coating thickness for the cases 1, 2, and 3 are 3.26, 2.82, and 2.21 cm, respectively.

Abstract

La protection de l'épaisseur du revêtement dans la zone de combustion d'un séchoir rotatif pour cimenterie pendant le fonctionnement est importante du point de vue de la productivité du séchoir. Dans ce document, un modèle intégré est présenté pour estimer l'épaisseur du revêtement de la zone de combustion d'un séchoir rotatif pour cimenterie en utilisant des variables de fonctionnement et des mesures de la température de l'enveloppe. Le modèle peut simuler les variations du système; par conséquent, on peut analyser les conséquences des différentes variables de fonctionnement et conditions environnementales sur l'épaisseur du revêtement. Le modèle en régime permanent présenté, dérivé des équations de bilan de masse et d'énergie, fait usage d'un modèle de flamme en écoulement piston pour la simulation de la combustion de gaz ou de mazout. De plus, le transfert de chaleur de l'enveloppe à l'extérieur est amélioré par une méthode quasi dynamique. Par conséquent, en premier lieu, le modèle prédit le profil de la température intérieure tout au long du séchoir, puis en considérant la différence entre les températures intérieures et extérieures, mesurées par balayeur, l'épaisseur du revêtement formé est estimée sur le plan local. La prédiction du modèle est examinée par trois ensembles de données qui proviennent d'un séchoir pour cimenterie commercial moderne. Les résultats confirment que l'erreur absolue moyenne pour estimer l'épaisseur de revêtement pour les cas 1, 2 et 3 sont 3,26, 2,82 et 2,21 cm, respectivement.

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