Dynamic simulation model of rotary lime kiln

Abstract

The interest towards dynamic simulation in process industry is increasing all the time. The huge development in computing power has made it possible to run larger and more accurate dynamic models in real time. In this thesis a dynamic simulation model of rotary lime kiln was developed. Lime kilns are used in chemical recovery processes of a pulp mills to convert the calcium carbonate formed in causticizing into lime, which can be then reused for causticizing. Because of the many different phenomena inside the kiln, it is very challenging to build a fast and an accurate enough model. The most important chemical and physical phenomena are modeled in this project. These are water evaporation, calcining reaction, solid movement, gas flow, heat transfer inside the kiln, heat transfer through the wall and mass transfer between solid and gas phase. In spite of these different phenomena simulation speed faster than real time was achieved. The purpose of this project was to develop a general model for the lime kiln which can then be specified to some particular kiln.

AB3:Kiinnostus dynaamiseen simulointiin prosessiteollisuudessa on kaiken aikaa kasvamassa. Huima laskentakapasiteetin kasvu tietokoneissa on luonut edellytykset yhä raskaampien dynaamisten mallien pyörittämiseen reaaliaikaa nopeammin. Tässä työssä on kehitetty dynaaminen simulointimalli meesauunille. Meesauunia käytetään sellutehtaan kemikaalikierrossa muuttamaan kaustisoinnista syntyvä kalsiumkarbonaatti kalkiksi, jota voidaan uudelleen hyödyntää kaustisoinnissa. Meesauunin monimuotoisten ilmiöiden vuoksi nopean ja riittävän tarkan mallin rakentaminen on erittäin haastavaa. Työssä pyrittiin mallintamaan tärkeimmät fysikaaliset ja kemialliset ilmiöt uunissa. Näitä ovat veden höyrystyminen meesasta, kalsinointireaktio, meesan liike, kaasun virtaus, lämmönsiirto uunin sisällä, lämmönsiirto seinämän läpi sekä aineen siirtyminen kiintoaineen ja kaasufaasin välillä. Huolimatta monista mallinnettavista ilmiöistä reaaliaikaisuustavoite saavutettiin. Työssä luotiin yleinen uunimalli, joka voidaan tarvittaessa tarkentaa eri kohdeuuneille.