Prozessstabilisierung bei hohem Sekundärbrennstoffeinsatz durch Sauerstoffeindüsung bei Drehofenanlagen der Zementindustrie

Bei der Zementherstellung wird der wesentliche Anteil an thermischer Energie für das Brennen des Zementklinkers in Drehrohröfen aufgewendet. Auf Grund des hohen Energiekostenanteils an den Herstellungskosten für Zement ist die Zementindustrie seit jeher bemüht, den Bedarf an Brennstoffen zu reduzieren und zu optimieren. Maßgebliche  Anstrengungen konzentrieren sich auf die Substitution fossiler Brennstoffe durch Alternativbrennstoffe. Eine grundsätzliche technische Möglichkeit, den Alternativbrennstoffeinsatz zu optimieren bzw. zu erhöhen, stellt die gezielte Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff dar.

Hauptziel des Forschungsvorhabens war es, die Auswirkungen der Sauerstoffanreicherung auf das Produkt Klinker, den Ofenbetrieb und den Alternativbrennstoffeinsatz sowie auf die Abgaszusammensetzung zu evaluieren. Vom Forschungsinstitut wurden dazu über mehrere Wochen umfangreiche Messungen im Rahmen zweier Betriebsversuche an Drehofenanlagen der Zementindustrie durchgeführt.

Für die Betreiber von Zementdrehrohröfen wurden wichtige Erkenntnisse, sowohl hinsichtlich der Möglichkeiten als auch hinsichtlich der Grenzen des Verfahrens gewonnen. Die Sauerstoffzugabe bewirkt insbesondere eine Intensivierung der Verbrennung und unterstützt die Zündung der Brennstoffe, was wiederum zu einer Verkürzung der Vorkühlzone im Bereich des Drehofenauslaufs führt. Alitzerfall und Sekundärbelitbildung werden als Folge verringert. Die Sauerstoffanreicherung wirkt zudem lokal  reduzierenden Brennbedingungen entgegen. Allerdings wurde eine Zunahme der NOx-Bildung in der Drehofenfeuerung festgestellt.

Die Untersuchungen an einer Ofenanlage haben gezeigt, dass eine Verbesserung der Klinkereigenschaften durch Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft erzielt werden konnte. An einer anderen Ofenanlage war dies jedoch mit der im Betriebsversuch eingesetzten Sauerstoffmenge nicht erreichbar - vermutlich wären höhere Mengen erforderlich.  Die Betriebsversuche ergaben ferner, dass der Einsatz von Sauerstoff bei Ofenanlagen mit Vorcalciniertechnik und Tertiärluftleitung effektiver ist, als bei konventionellen Ofenanlagen, da bei gleicher spezifischer O2-Menge höhere Sauerstoffkonzentrationen in der Flamme erreicht werden können. Vor dem Hintergrund, dass der Sauerstoffeinsatz mit hohen Betriebskosten verbunden ist, muss seine Anwendung sorgfältig abgewogen werden.

Förderer

Das IGF-Vorhaben 16980 N der Forschungsvereinigung VDZ gGmbH wurde 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

06/2012 - 11/2014

Veröffentlichungen

Forschungsergebnisse

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