Meesauunin polttovyöhykkeen lämmönsiirron ja palamisen mallinnus

Abstract

Tälle diplomityölle on antanut alkusysäyksen tarve kehittää käytössä olevaa meesauunin simulointiohjelmaa. Simulointiohjelma mallintaa meesauunin stationaaritilan toimintaa. Sillä voidaan tutkia uunin konstruktion muutosten vaikutuksia uunin toimintaan. Ohjelma on tehty 1980-luvun alkupuolella. Sen aikaisten tietokoneiden laskentatehojen vuoksi ohjelman käyttämään laskentamalliin on jouduttu tekemään joukko erilaisia yksinkertaistuksia laskenta-ajan lyhentämiseksi.

Tässä diplomityössä keskityttiin tutkimaan meesauunin polttovyöhykkeen lämmönsiirron ja palamisen mallinnusta. Työssä luotiin aluksi tarvittavat massa- ja energiataseet sekä esitettiin tarvittavat lämmönsiirtoyhtälöt. Sen jälkeen kehitettiin uusi polttoaineen 1D-palamismalli. Palamismalli tehtiin VTT:n tekemien 3D-mallinnusten perusteella. Polttoaineina käytettiin maakaasua ja polttoöljyä. Uusi palamismalli lisättiin simulointiohjelmaan. Lisäksi simulointiohjelmasta muutettiin savukaasun emissiviteetin laskenta ja lämmönsiirto uunin ulkopinnasta ympäristöön. Tuloksena saatiin aikaan uusi tarkempi kuvaus lämmönsiirrosta ja palamisesta meesauunissa.

The reason for this master’s thesis was a need to improve a mathematical model used in a lime kiln simulation program. The software models a steady state performance of the lime kiln. It can be used to evaluate the effects of changes in kiln construction to the performance of the lime kiln. The software was developed in the 1980’s. Because of the computer capacity back then, it was necessary to make some simplifications to the mathematical model to lower the calculation time.

In this thesis, a model that describes combustion and heat transfer in the lime kiln combustion zone was developed. Firstly the required mass and energy balances were created. Secondly the required heat transfer equations were presented. After that a new 1D-combustion model was developed. The combustion model was based on 3D-modelling done by VTT. Fuels that were used were natural gas and heavy fuel oil. The new combustion model was added to the simulation program. New methods of calculating emissivity of flue gas and heat transfer between outer surface of the wall and the surroundings were also added. The new model gives better description of heat transfer and combustion in the lime kiln.