Praxisorientiertes Prozessmodell

Am Forschungsinstitut der Zementindustrie wurde in den vergangenen Jahren ein praxisorientiertes Computermodell entwickelt, das den Zementklinkerbrennprozess realistisch nachbildet.1 Im Kern beschreibt das Modell den Prozess von der Ofenmehlaufgabe bis zum Austritt des Klinkers aus dem Kühler und besteht aus Teilmodellen für die Anlagenkomponenten Vorwärmer, Calcinator, Bypass, Drehrohrofen und Rostkühler. Weiterhin können auch die Anlagenteile des äußeren Kreislaufs, d. h. Verdampfungskühler, Rohmahlanlage und Staubabscheider, einbezogen werden. Alle Einzelmodelle können rechnerisch miteinander verbunden werden (Bild 3-1) und erlauben es, einen stationären Zustand für die gesamte Drehofenanlage zu beschreiben. Aufgrund des modularen Aufbaus können unterschiedliche Anlagenschaltungen vergleichsweise leicht und flexibel rechnerisch nachgebildet werden.1, 2 

Ebenso können die einzelnen Anlagenteile geometrisch definiert werden, sodass unterschiedliche Anlagengrößen abgebildet werden können. Weitere Vorgaben betreffen die Zusammensetzung und die Massenströme von Roh- und Brennstoffen sowie die Volumenströme der Kühlerzuluft, der Sekundärluft und ggf. der Tertiärluft. Die Berechnungen selbst umfassen die Energie- und Stoffbilanzen für die Brenngut-, Staub- und Gasflüsse. Dabei werden neben der Verbrennungsrechnung der Brennstoffe und der Wärmeübertragung auch die relevanten chemisch-mineralogischen Feststoffreaktionen, die Gasphasenreaktionen sowie Gas-Feststoff-Reaktionen berücksichtigt. Es handelt sich dabei um ein iteratives Berechnungsverfahren, welches so lange gelöst wird bis ein stationärer Zustand der Ofenanlage erreicht ist. Als Ergebnis liefern die Berechnungen umfangreiche Prozessgrößen wie Massen- und Volumenströme sowie deren Zusammensetzungen und Temperaturen. Ebenso werden die Wärmeverluste sowie der spezifische Energiebedarf zum Brennen des Klinkers berechnet.

Als Bewertungsbasis wird zunächst der Referenzzustand der Ofenanlage im Rahmen einer Bestandsaufnahme berechnet. Grundlage sind dabei v. a. Messberichte und Betreiberangaben. Hierauf aufbauend lassen sich rechnerische Änderungen an der Anlage vornehmen und deren Ergebnisse mit denen des Referenzzustands vergleichen und in einem Gutachten bewerten.

1 Klein, H. & Hoenig, V.: Modellrechnungen zum Brennstoffenergiebedarf des Klinkerbrennprozesses, Cement International, 2006, 3, 44- 63
2 Locher, G.: Mathematische Modelle zum Prozess des Brennens von Zementklinker, Teile 1- 5, Zement-Kalk-Gips, 2002; 1, 29- 38; 1, 39- 50; 3, 68- 80; 6, 46- 57; 7, 25- 37

Modularer Aufbau des verfahrenstechnischen Prozessmodells in Bilanzräumen und BerechnungsreihenfolgeModularer Aufbau des verfahrenstechnischen Prozessmodells in Bilanzräumen und Berechnungsreihenfolge