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Experimental and Numerical analysis of a Solar Rotary Kiln for Continuous Treatment of Particle Material

Tescari, Stefania und Moumin, Gkiokchan und Bulfin, Brendan und de Oliveira, Lamark und Schaefer, Stefan und Overbeck, Nicolas und Willsch, Christian und Spenke, Carsten und Thelen, Martin und Roeb, Martin und Sattler, Christian (2018) Experimental and Numerical analysis of a Solar Rotary Kiln for Continuous Treatment of Particle Material. In: 23rd International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, SolarPACES 2017, 2033 (103001). AIP Publishing. SolarPACES 2017, 2017-09-26 - 2017-09-29, Santiago, Chile. doi: 10.1063/1.5067148. ISSN 0094-243X.

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Offizielle URL: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5067148

Kurzfassung

Several energy intensive industrial processes, such as cement production, require particulate material to be treated at high temperatures. Renewable energy could be used to remove the reliance upon fossil fuels in such processes, and of the available technologies concentrated solar energy is perfectly adapted to provide a high temperature energy source. With this objective, the present study focuses on a solar reactor continuously transferring concentrated solar radiation to a bed of flowing particles. Rotary kilns are the chosen concept due to their technical maturity, easy control and simple design. The feasibility of a solar driven rotary kiln has already been proven at lab-scale, with the successful calcination of materials up to a scale of kg/h. The present work describes a large solar rotary kiln able to heat particles to over 1000 °C at flow rates of up to 20 kg/h. The thermal performance of the reactor was evaluated through an on-sun experimental campaign, performed in the high flux solar simulator at the DLR. During one test, 17 kg/h of particles were heated up to 990 °C, with a thermal efficiency of 45 %. An improvement of the efficiency can be obtained by optimizing the reactor. To do this, a numerical model was developed and its parameters fit to the measured data. Simulations were used to quantify the different heat loss mechanisms, and to explore ways of reducing them. The promising experimental results, together with the mprovements suggested by the model, provide the basis for an upcoming chemical campaign, where the calcination of CaCO3 and the effect of endothermic reactions on the temperature distribution will be investigated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/117171/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Experimental and Numerical analysis of a Solar Rotary Kiln for Continuous Treatment of Particle Material
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tescari, StefaniaStefania.Tescari (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moumin, GkiokchanGkiokchan.Moumin (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bulfin, Brendanbrendan.bulfin (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Oliveira, Lamarklamark.de-oliveira (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schaefer, StefanS.Schaefer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Overbeck, NicolasNicolas.Overbeck (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Willsch, ChristianChristian.Willsch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spenke, Carstencarsten.spenke (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thelen, MartinMartin.Thelen (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.Roeb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2018
Erschienen in:23rd International Conference on Concentrating Solar Power and Chemical Energy Systems, SolarPACES 2017
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:2033
DOI:10.1063/1.5067148
Verlag:AIP Publishing
Name der Reihe:AIP Conference Proceedings
ISSN:0094-243X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:concentrated solar Radiation, Rotary kiln, cement, particles, phosphate
Veranstaltungstitel:SolarPACES 2017
Veranstaltungsort:Santiago, Chile
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:26 September 2017
Veranstaltungsende:29 September 2017
Veranstalter :SolarPACES
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Solare Brennstoffe
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Institut für Solarforschung > Großanlagen und solare Materialien
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:18 Dez 2017 12:00
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:21

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