Zur Auswahl geeigneter Sekundärbrennstoffe und zur Abschätzung der maximal möglichen Einsatzmengen kann ein im Forschungsinstitut der Zementindustrie entwickeltes verfahrenstechnisches Simulationsmodell genutzt werden. Die Berechnungen liefern hierzu neben den praxisnahen Daten zu Material- und Gasvolumenströmen sowie deren chemisch-mineralogischen Zusammensetzungen und Temperaturen insbesondere Angaben zu den Konzentrationen der Kreislaufkomponenten Chlor, Schwefel und Alkalien. Somit können die Auswirkungen erhöhter Einträge dieser Stoffe über verschiedene Sekundärbrennstoffe auf die Prozesstemperaturen und die Anreicherungen im Heißmehl erfolgreich abgeschätzt werden. Ebenso kann der Betrieb eines Teilgasabzugs am Ofeneinlauf zur Begrenzung von Chlorkreisläufen zwischen Ofen und Vorwärmer mit diesem Programm gerechnet und optimiert werden.

Das Modell beschreibt den gesamten Klinkerbrennprozess von dem Eintrag der Rohmaterialien und der Brennstoffe bis zum Austritt des Klinkers aus dem Kühler und dem Ofenabgas aus dem Kamin. Es besteht aus Einzelmodellen für Vorwärmer, Calcinator, Bypass, Drehrohrofen und Rost- bzw. Satellitenkühler sowie Modellen für die Anlagenteile des äußeren Kreislaufs, d. h. den Verdampfungskühler, die Rohmühle, den Vorabscheider und den Filter. Die Klinkerproduktionsanlagen können somit individuell hinsichtlich der Parameter der einzelnen Anlagenteile, der Anlagenschaltung, der Betriebsweisen und der Rohmaterialien und Brennstoffe abgebildet werden. Das mathematische Modell basiert auf dem Prozesswissen aus umfangreichen Ofen- und Laborversuchen. Die Belastbarkeit der Rechenergebnisse wird durch Berechnungen für verschiedene Ofenanlagen und den Vergleich der Ergebnisse mit Messwerten kontinuierlich überprüft und verbessert.

Betriebsuntersuchungen des Forschungsinstitutes der Zementindustrie haben gezeigt, dass durch eine optimierte Brennstoff-, Mehl- und Luftzuführung in Calcinatoren eine effektive NO_x-Minderung bei gleichzeitigem vollständigen Ausbrand erzielt werden kann. Die Optimierung der Betriebsweise des Calcinators ist dabei jedoch häufig mit einem kostenintensiven Umbau – z. B. für die Umlegung von Brennstoff- oder Mehlleitungen – verbunden. Zur Vermeidung unnötiger Umbaukosten hat es sich in der Kraftwerkstechnik als geeignet herausgestellt, die Vorgänge im Brennprozess zunächst zu simulieren, und anschließend das meistversprechende Konzept umzusetzen. Der VDZ-Arbeitskreis „Betriebsverhalten von Vorcalcinieranlagen“ hat deshalb angeregt, die Vorgänge im Calcinator ebenfalls mathematisch abzubilden, um der Zementindustrie ein Instrument in die Hand zu geben, zukünftig verschiedene kostspielige Umbaumaßnahmen im Vorfeld besser abwägen zu können.

Vor diesem Hintergrund führt das Forschungsinstitut der Zementindustrie nunmehr in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Energieanlagen- und Energieprozesstechnik (LEAT) der Ruhr-Universität Bochum und dem Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik (LUAT) der Universität Essen/Duisburg ein von der AiF gefördertes Simulationsprojekt – aufbauend auf den Ergebnissen einer Machbarkeitsstudie – durch. Ziel dieses Projektes ist, die betriebstechnische Optimierung von Vorcalcinieranlagen hinsichtlich Schadstoffbildung, NO_x-Reduktionsmaßnahmen und Ansatzbildung durch numerische Simulation zu unterstützen. Die Möglichkeit einer weitgehend abgesicherten Simulation der Vorgänge im Vorcalcinator vereinfacht die gezielte betriebliche Optimierung und kann somit den Aufwand für zeit- und kostenintensive Versuche an laufenden Ofenanlagen verringern. Darüber hinaus lassen sich leichter fundierte Aussagen über die technische Realisierbarkeit gestufter Calcinatorfeuerungen zur Schadstoffminderung an vorhandenen Anlagen treffen. Weitere Einsatzgebiete der numerischen Simulation sind in diesem Zusammenhang die Untersuchung von Schadensfällen und Konzeptstudien zur Auslegung, zur energetischen Optimierung und zur flexiblen Verwendung von Sekundärbrennstoffen.