Cement in-line calciner kiln modeling for heat optimization using a design of computer experiments
Abstract
Se implementó un modelo de un horno de cemento de proceso seco con calcinador en línea en Aspen Plus V9 y se validó con datos de un horno de cemento calcinador en línea de 2000 toneladas por día. Se obtuvo un modelo simplificado del proceso utilizando un diseño de experimentos Plackett-Burman de 20 corridas en simulaciones de Aspen Plus con 19 variables de entrada relacionadas con entradas de aire falso, concentración de oxígeno, temperatura del calcinador, eficiencia de ciclones y la altura de la cama del clínker en el enfriador. Se obtuvieron metamodelos lineales para el consumo específico calórico (CEC) y otras variables de respuesta. El metamodelo indicó que (i) el aire falso en los ciclones 4 y 5, (ii) la temperatura de control del calcinador, (iii) la concentración de oxígeno en la salida del calcinador y (iv) la altura del lecho de clínker en el enfriador fueron las variables de entrada más importantes que afectaron al CEC . El CEC obtenido de la simulación basada en los valores optimizados del metamodelo resultó en una reducción de ca. 29 kcal / kg de clínker. Un análisis de sensibilidad indicó que las dos variables más impactantes fueron la concentración de oxígeno a la salida del calcinador y la altura de la cama de clínker en el enfriador. El metamodelo del CEC es una herramienta poderosa para capturar la complejidad de las simulaciones de procesos en un modelo simple y fácil de usar.
Abstract
A model of a dry process cement kiln was implemented in Aspen Plus V9 and validated with a 2000 metric ton per day in-line calciner cement kiln data. A simpli ed model of the process was obtained using a 20-run Plackett-Burman design of experiments on Aspen Plus simulations with 19 input variables related to false air (in-leakage air), oxygen concentration, calciner temperature, cyclones e ciency and clinker's cooler bed height. Linear metamodels for the speci c heat consumption (SHC) and other response variables were obtained. The metamodel indicated that (i) false air in cyclones 4 and 5, (ii) calciner's control temperature, (iii) oxygen concentration at the calciner exit and (iv) cooler's clinker bed height were the most signi cant input variables a ecting SHC. The SHC obtained from simulation based on the optimized values from the metamodel resulted in a reduction of ca. 29 kcal/kg of clinker. A sensitivity analysis indicated that the two most impacting variables were the oxygen concentration at the calciner's exit and the cooler's clinker bed depth. The SHC metamodel is a powerful tool for capturing the complexity of the process simulations on a simple and easy to use model.
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