Drehrohröfen Zementindustrie: Einfluss von Sekundärbrennstoffen auf die Ansatzbildung

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Ersatzbrennstoffe (Foto: Kroll/ Recyclingportal.eu)

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

Allerdings hat der Einsatz alternativer Brennstoffe einen Einfluss auf die Ansatzbildung in Drehrohrofenanlagen. Dies ist zum einen auf den höheren Eintrag von Chlor und Schwefel und zum anderen auf die veränderten Prozessbedingungen im Drehrohrofen zurückzuführen. Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass der Einsatz von Ersatzbrennstoffen (EBS) zu veränderten Flammenformen und damit zu veränderten Temperaturprofilen führt, die jedoch 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 Brennstoffen und Brennereinstellungen abhängig.

Diese Ansätze verändern den Rauchgas- und Brenngutstrom im Ofen und beeinflussen den Ofenbetrieb. Werden die Ansätze so groß, dass ein kontinuierlicher Ofenbetrieb nicht mehr möglich ist, muss die Ofenanlage abgestellt werden. Die notwendige Beseitigung der Ansatzbildung in einem großen Drehrohrofen kann einen Produktionsausfall von mehreren Tagen bedeuten. Dieser Ausfall führt zu einem immensen wirtschaftlichen Schaden, da sowohl die volle Ausnutzung der Ofenkapazität als auch der Einsatz alternativer Brennstoffe maßgeblich für einen wirtschaftlichen Betrieb von Zementwerken ist.

Lösungsansätze, um Stillstände zu vermeiden

Daher ist die Zementindustrie bestrebt, derartige Ausfälle durch Ansatzbildung weitestgehend zu vermeiden. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens werden geeignete Lösungsansätze erarbeitet, um derartige Stillstände zu vermeiden. Zum Einfluss von Ersatzbrennstoffen auf die Ansatzbildung in Drehrohröfen liegen derzeit kaum wissenschaftlich fundierte Untersuchungen vor. Bisherige Erfahrungen und Lösungsansätze sind häufig werksspezifisch und nicht direkt auf andere Betriebsbedingungen und Anlagen übertragbar.

Auf Basis von Betriebsmessungen und gekoppelten Anlagensimulationen (CFD-Simulationen gekoppelt mit einem Prozessmodell zur Brenngutberechnung) werden nun zunächst die genauen Zusammenhänge zwischen EBS-Einsatz und Ansatzneigung in Drehofenanlagen untersucht. Primär setzt sich das Vorhaben zum Ziel, den Einfluss der veränderten Flammencharakteristika und Wärmeströme beim Einsatz von Fluff (flugfähige Feinfraktion) 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 geringere Verfügbarkeit der Ofenanlagen oder eine Minderung der Produktqualität in Kauf genommen werden muss.

Quelle: Verein Deutscher Zementwerke (VDZ)