Zementklinkerproduktion mit gleichzeitiger Stromerzeugung

Gemeinsam mit dem Institut für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal und dem Lehrstuhl für Umweltverfahrens- und Anlagentechnik der Universität Duisburg-Essen untersucht der VDZ in einem kürzlich begonnenen Forschungsvorhaben über die Deutschen Vereinigung für Verbrennungsforschung die Möglichkeiten einer maximalen Auskopplung elektrischer Energie bei der Zementherstellung.

Der Kerngedanke des Forschungsvorhabens besteht darin, bei einer in Menge und Qualität unveränderten Zementklinkerproduktion zugleich eine maximale Stromerzeugung aus der anfallenden Prozessabwärme zu realisieren. Der erzeugte Strom soll die Grundlast der Zementproduktion abdecken.

Dabei wird die gesamte nutzbare thermische Energie des Abgasstroms nach Aufheizen und Entsäuern des Rohmaterials im Calcinator ausschließlich zur Stromerzeugung eingesetzt und nicht, wie herkömmlich, zur Vorwärmung genutzt. Damit wird angestrebt, die zur Verfügung stehende thermische Energie mit größtmöglichem Wirkungsgrad in Strom umzuwandeln.

Im relevanten Temperaturbereich von 850 bis 900 °C werden üblicherweise Zyklonabscheider zur Staubabscheidung verwendet. Unter diesen Bedingungen sind die Prozessstäube sehr klebrig und würden durch Ablagerungen auf den Wärmetauscherflächen die Wärmeübertragung stark einschränken. Da Zyklone nicht so hohe Staubabscheidegrade erzielen, wie sie zum Schutz des Abhitzekessels erforderlich sind, werden zwei Konzepte zur Staubabscheidung im Heißgasbereich des angepassten Klinkerbrennprozess betrachtet.

Einerseits wird eine innovative Hochtemperatur-Austauschstufe in Form eines umlaufenden Klinkerbettes entwickelt, in der das heiße Ofen-/Calcinatorabgas ohne einen signifikanten Temperaturverlust entstaubt werden soll. Andererseits wird eine zirkulierende Wirbelschicht als bewährter Hochtemperaturprozess in neuer Anwendung zur integrierten Entstaubung und Wärmerückgewinnung in einem nachgeschalteten Kessel untersucht.

Um eine reststofffreie und umweltverträgliche Klinkerherstellung zu gewährleisten, sollen alle Stäube, wie bisher, in den Prozess zurückgeführt werden und ein Einsatz von alternativen Brennstoffen mit entsprechenden Biomasse-Anteilen berücksichtigt werden. Das Forschungsvorhaben umfasst theoretische Simulationsrechnungen und experimentelle Untersuchungen. Es soll eine Bewertung der Konzepte hinsichtlich der technischen Machbarkeit, ihrer Umwelt- und energetischen Auswirkungen sowie der wirtschaftlichen Vorteile erbringen.

Förderer

Das IGF-Vorhaben 19753 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. Volker Hoenig

Dr. Volker Hoenig

Tel.: (0211) 45 78-254

Fax: (0211) 45 78-400

Projektzeitraum

01/2018 - 06/2020