Solar hybridization paths for cement production processes
Çimento üretim süreçleri için solar hibridizasyon yollari
- Tez No: 810342
- Danışmanlar: PROF. DR. İLKER TARI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- 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
- 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
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN
- Simulation of solar thermal application in a cement plant
Çimento fabrikasında güneş termal uygulamasının simülasyonu
SHADI SALEHIAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. İLKER TARI
Prof. Dr. DEREK KEITH BAKER
- 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
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DEREK KEITH BAKER
- 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
2024
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DEREK KEITH BAKER
- 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
2017
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET YOZGATLIGİL