Geri Dön

Solar hybridization paths for cement production processes

Çimento üretim süreçleri için solar hibridizasyon yollari

  1. Tez No: 810342
  2. Yazar: ONUR POLAT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İLKER TARI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 153

Özet

Çimento endüstrisi küresel karbon dioksit salınımlarında ciddi bir yer tutarak küresel ısınma ve iklim değişikliğine sebep olmaktadır. Bu salınımların önemli bir kısmı kalsiner ve dönel fırında yüksek sıcaklıkta gerçekleşen kalsinasyon ve sinterleme süreçlerinin ısıl ihtiyaçları için fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada çimento endüstrisinde odaklanmış güneş enerjisi kullanımı için olası yollar olarak (i) dönel fırında ve kalsinerde kullanılan yanma havasının odaklanmış güneş enerjisi toplayıcıları aracılığı ile ısıtılması ve, (ii) döner fırına girecek malzemelerin doğrudan odaklanmış güneş enerjisi altında kalsinasyonunun sağlanması belirlenmiştir. MATLAB kullanılarak çimento üretim tesisinin blok modeli oluşturulmuş, model çıktıları üretimde olan bir tesisin verileriyle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Tesis modelini desteklemek amacıyla donel fırının bir boyutlu modeli bölge metodu ve etkileşimli ortamda Monte-Carlo ışın takibi yaklaşımları kullanılarak kodlanmıştır. Bu model kullanılarak dönel fırının içi ve dışındaki sıcaklık profilleri ile birimin yakıt tüketimi hesaplanmış, dış yüzeyine yansıtıcı kaplama uygulanmasının gerçekleştirilebilirliği ve yakıt tüketimini düşürmedeki etkinliği tespit edilmiştir. Buna ek olarak, döner oyuntu almaç tipi güneş kalsinerinden gerçekleşen taşınımsal ısı kayıplarına rüzgar hızı ve dönme süratinin etkisini incelelemek üzere büyük girdap simulasyonları (LES) yapılmıştır. Sonrasında olası güneş enerjisi kullanımı yollarının etkileri tesis modeli üzerinden değerlendirilmiştir. Bu yolların ayna alanı ve yakıt tüketimini optimize edecek şekilde harmanlanması için yenilikçi bir yöntem geliştirilmiştir. Son olarak dünya üzerindeki değişik noktalardaki yıllık güneş kaynaklarına göre önerilen yöntemlerin uygulanmasının küresel karbon dioksit salınımlarını önemli ölçüde düşürebileceği gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

The cement industry generates a significant portion of global CO2 emissions leading to global warming and climate change. A substantial portion of these emissions is due to the burning of fossil fuels to drive high-temperature calcination and sintering processes. In this work, the following possible solarization paths utilizing concentrating solar collectors were identified: (i) preheating the combustion air supplied to the rotary kiln and the calciner, and (ii) directly preheating the raw material mixture in a solar pre-calciner before feeding the mixture into the rotary kiln. A block-interaction model of a cement plant has been developed in MATLAB and verified by comparing the results with the energy audit from an existing cement plant. To compliment the plant model, a 1D model of the rotary kiln using the zone method and Monte-Carlo Ray Tracing in participating medium was coded. This model is used to calculate temperature profiles inside and outside the rotary kiln, predict the fuel consumption of the unit, and assess the effectiveness and realizability of applying a reflective coating on the kiln as a fuel-saving measure. In addition to that, the effects of wind velocity and rotation speed on convective heat losses from the rotating cavity type solar pre-calciner are assesed using the LES approach. Then, the plant model is used to assess the effects of possible solar hybridization paths and other energy-saving approaches. Afterwards, a novel optimization strategy to effectively utilize the heliostat field and the proposed hybridization paths in order to reduce the fuel consumption is developed. Finally, it is shown that significant global carbon dioxide emission savings can be achieved by considering the year-round solar resources in different locations around the world for implementing the proposed strategies.

Benzer Tezler

  1. Investigation of effect of novel technologies' implementation to future internal combustion engines

    Yeni teknolojilerin geleceğin içten yanmalı motorlarına uyarlanmasının etkilerinin incelenmesi

    ANIL ALAGÖZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN

  2. Simulation of solar thermal application in a cement plant

    Çimento fabrikasında güneş termal uygulamasının simülasyonu

    SHADI SALEHIAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. İLKER TARI

    Prof. Dr. DEREK KEITH BAKER

  3. PV CSP hybridization to produce irrigation water using desalination and wastewater treatment

    Desalinasyon ve atıksu arıtımı ile sulama suyu üretmek için PV CSP hibridizasyonu

    EYLÜL GEDİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DEREK KEITH BAKER

  4. Novel schemes to hybridize geothermal power plants with concentrated solar thermal and biomass

    Jeotermal enerji santrallerini konsantre güneş enerjisi ve biyokütle ile hibritleştirmek için yeni planlar

    BERTUĞ SERHAN ÇELEBİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DEREK KEITH BAKER

  5. Modeling and financial analysis of a solar-biomass hybrid power plant in Turkey

    Türkiye'de bir güneş-biyokütle hibrit santralinin modellenmesi ve finansal analizi

    MERVE ÖZDEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET YOZGATLIGİL