Untersuchung des Einflusses alternativer Brennstoffe auf die Ansatzbildung in Dreh-rohröfen der Zementindustrie

Untersuchung des Einflusses von Sekundärbrennstoffen auf die Ansatzbildung in Drehrohröfen der Zementindustrie

In der deutschen Zementindustrie ist die Optimierung der Anlagen hinsichtlich Energieeffizienz weit fortgeschritten. Die Nutzung alternativer Brennstoffe stellt daher aktuell die wesentliche Möglichkeit dar, prozessbedingt hohe CO2-Emissionen und Brennstoffkosten zu reduzieren.

Der Eintrag von Chlor- und Schwefelverbindungen mit den Roh- und Brennstoffen in den Prozess kann zu Stoffkreisläufen in der Ofenanlage führen. Wesentlicher Grund hierfür ist die Tatsache, dass es sich beim Klinkerbrennprozess um einen Gegenstromprozess handelt. Überschreitet das Kreislaufniveau ein bestimmtes Niveau, kann es zur Bildung von Ansätzen in den Ofenanlagen kommen. Werden alternative Brennstoffe anstelle von Kohle als Brennstoff eingesetzt kann dies einen Einfluss auf die Ansatzbildung haben. Dies ist zum einen auf den im Vergleich zu Kohle veränderten Eintrag von Chlor- und Schwefelverbindungen und zum anderen auf veränderte Prozessbedingungen im Drehrohrofen zurückzuführen. Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass die unterschiedlichen Brennstoffeigenschaften zu einer veränderten Flammenform und damit zu einem veränderten Temperaturprofil führen können, die maßgeblich den Wärmeübergang auf das Brenngut und somit die Klinkerphasenbildung in der Sinterzone der Anlage bestimmen. Der Ort und die Ausprägung der sich bildenden Ansätze in der Sinterzone sind somit direkt von den Brennstoffeigenschaften und der Brennereinstellung abhängig. Diese Ansätze können den Rauchgas- und Brenngutstrom im Ofen beeinflussen. Üblicherweise werden diese Ansätze regelmäßig abgereinigt oder brechen von selbst in sich zusammen, wenn sie ein gewisses Maß überschreiten. Passiert dies nicht,  können die Ansätze so groß werden, dass ein kontinuierlicher Ofenbetrieb nicht mehr möglich ist und die Ofenanlage abgestellt werden muss. Die notwendige Beseitigung der Ansatzbildung in einem Drehrohrofen kann einen Produktionsausfall von mehreren Tagen bedeuten. Daher ist die Zementindustrie bestrebt, derartige Ausfälle durch Ansatzbildung weitestgehend zu vermeiden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen daher geeignete Lösungsansätze erarbeitet werden, um solche Stillstände zu vermeiden.

In der Zementindustrie liegen zwar langjährige Erfahrungen mit dieser Problematik vor. Sie wurden bisher jedoch nicht systematisch untersucht. Auf Basis von Betriebsmessungen und gekoppelten Anlagensimulationen (CFD-Simulationen gekoppelt mit einem Prozessmodell) sollen zunächst die Zusammenhänge zwischen Brennstoffeinsatz und Ansatzneigung in Drehofenanlagen untersucht werden. Primär hat das Vorhaben zum Ziel, den Einfluss der veränderten Flammencharakteristika und Wärmeströme auf die Bildung von Ansätzen in der Sinterzone zu untersuchen. Darüber hinaus sollen für die Bildung ungesinterter Ansätze am Ofeneinlauf kritische Konzentrationsbereiche von Chlor, Schwefel und Alkalien quantifiziert werden.

Die aufbereiteten Erkenntnisse werden in Form von Handlungsempfehlungen den Zementwerksbetreibern bereitgestellt und ermöglichen, entweder die Betriebsweise der Anlagen an steigende EBS-Mengen anzupassen oder zusätzliche Kriterien bei der Brennstoffauswahl berücksichtigen zu können. Dies soll dazu beitragen, den Einsatz von Ersatzbrennstoffen in der deutschen Zementindustrie weiter zu erhöhen, ohne dass eine Veränderung der Brennbedingungen in den Drehrohröfen der Zementindustrie in Kauf genommen werden muss.

Förderer

Das IGF-Vorhaben 19833 N der Forschungsvereinigung VDZ gemeinnützige GmbH – VDZ gGmbH, Tannenstraße 2, 40476 Düsseldorf wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt

Dr. Stefan Schäfer

Dr. Stefan Schäfer

Tel.: (0211) 45 78-252

Fax: (0211) 45 78-400

Projektzeitraum

12/2017 - 05/2020