Investigation of using kalian cycle for waste heat recovery in a cement plant

Other Title(s)

دراسة استخدام دورة كالينا لاستعادة الحرارة المفقودة في مصنع الأسمنت

Joint Authors

Mahmud, Ihab Sabri
Radi, Muhammad
al-Samahi, Adil. A.

Source

Journal of al Azhar University : Engineering Sector

Issue

Vol. 16, Issue 59 (30 Apr. 2021), pp.264-287, 24 p.

Publisher

al-Azhar University Faculty of Engineering

Publication Date

2021-04-30

Country of Publication

Egypt

No. of Pages

24

Main Subjects

Civil Engineering

Topics

Abstract AR

تعتبر صناعة الأسمنت من أكثر العمليات الصناعية كثافة في استخدام الطاقة في العالم.

يبلغ متوسط تكلفة الطاقة حوالي 55٪ من التكلفة الإجمالية لإنتاج الأسمنت.

ترجع تكلفة الطاقة الهائلة إلى كل من استهلاك الحرارة في عمليات الفرن و استهلاك الطاقة الكهربائية للعمليات المختلفة لعمليات الطحن للمواد الخام و التبريد عن طريق المراوح نقل الخامات.

يعد استرداد الحرارة المهدرة طريقة لتقليل إجمالي استهلاك الطاقة لعملية إنتاج الأسمنت باستخدام نظام استرداد الحرارة لتوليد الطاقة الكهربائية دون مزيد من استهلاك الوقود أو الطاقة الكهربائية.

في مصنع الأسمنت النموذجي يتم فقدان حوالي 35-40 ٪ من إجمالي الطاقة الحرارية خلال تيارات الحرارة المهدرة.

يفقد الغبار و تصريف الكلنكر و الإشعاع من الفرن و أسطح التسخين المسبق و الحمل الحراري من الفرن و هذا يمثل ما يقرب من 26٪ من مدخلات الحرارة.


نتناول في هذا البحث طرق استرداد الحرارة المهدرة من مصنع أسمنت نموذجي في مصر عن طريق دورة كالينا.

تم إجراء القياسات و التحليلات لتحديد الحرارة المفقودة من المراحل المختلفة لخطوط تصنيع الأسمنت.

تقدر الخسائر الحرارية السنوية من سطح الفرن و التسخين المسبق و المبرد بـ 79.23 و 44.32 و 43.6 جيجاوات ساعة بمتوسط درجات حرارة حوالي 314 و 314 و 254 درجة مئوية على التوالي.

تم إجراء تحليل و تحسين استخدام دورة كالينا لاستعادة الحرارة المفقودة من الفرن و المبرد و التسخين المسبق لإنتاج الكهرباء باستخدام برنامج اسبين تم إجراء دراسة بارا مترية لتحديد معايير تصميم دورة كالينا بما في ذلك ضغط مدخل التوربينات و معدل التدفق الكتلي و تركيز نسبة الماء و الأمونيا.

تم فحص بديلين للتصميم لاستعادة الحرارة المفقودة باستخدام برنامج اسبين من خلال فصل و دمج الطريقتين و تطبيقهم في مرحلة الفرن و المبرد و التسخين المسبق.

تبلغ قيمة صافي خرج الطاقة باستخدام مجتمعة حوالي 7.35 ميجاوات مقارنة بـ 6.86 باستخدام تصميم منفصل لتوليد الطاقة مع توفير إجمالي في التكلفة يبلغ حوالي 23٪.

Abstract EN

The cement industry is considered one of the most energy intensive industrial processes in the world.

The energy cost average is about 55% of the total cost of cement production.

Massive energy cost is due to both heat consumption in kiln operations and electrical power consumption for different operations of grinding mills, fans, and motors.

Waste heat recovery is a way to reduce the total power consumption for the cement production process by using a heat recovery system to generate electrical energy with no more fuel or electrical power consumption.

In a typical cement plant, 25% of the total energy is electrical energy, and 75% is thermal energy.

About 35-40% of the total process heat is lost through waste heat streams.

In a cement plant, 26% of heat input is lost through the kiln, preheater surfaces, convection from the kiln, and preheaters.

This article reports on waste heat recovery from a typical cement plant in Egypt.

Measurements and analyses have been performed to determine the waste heat from different stages of the cement manufacturing lines.

The annual heat losses from the kiln surface, preheater, and the cooler are estimated as 79.23, 44.32, and 43.6 GWh at average temperatures of about 314, 314, and 254℃, respectively.

Analysis and optimization of using the Kalina cycle for Waste Heat Recovery (WHR) from the kiln shell, cooler, and preheater to produce electricity have been carried out using ASPEN software.

A parametric study has been carried out to determine the design parameters for the Kalina cycle including turbine inlet pressure, mass flow rate, and ammonia water concentration.

Two design alternatives have been investigated using separate and combined WHR from the kiln, cooler, and preheater.

The value of net power output using combined WHR is about 7.35 MW as compared to 6.86 using a separate WHR design with a total cost saving of about 23% .



American Psychological Association (APA)

Mahmud, Ihab Sabri& Radi, Muhammad& al-Samahi, Adil. A.. 2021. Investigation of using kalian cycle for waste heat recovery in a cement plant. Journal of al Azhar University : Engineering Sector،Vol. 16, no. 59, pp.264-287.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1241096

Modern Language Association (MLA)

Mahmud, Ihab Sabri…[et al.]. Investigation of using kalian cycle for waste heat recovery in a cement plant. Journal of al Azhar University : Engineering Sector Vol. 16, no. 59 (2021), pp.264-287.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1241096

American Medical Association (AMA)

Mahmud, Ihab Sabri& Radi, Muhammad& al-Samahi, Adil. A.. Investigation of using kalian cycle for waste heat recovery in a cement plant. Journal of al Azhar University : Engineering Sector. 2021. Vol. 16, no. 59, pp.264-287.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1241096

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

-

Record ID

BIM-1241096