Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

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

In Drehrohröfen zur Zementherstellung führt Ansatzbildung zu kostenintensiven Produktionseinschränkungen und Anlagenstillständen. Die Ansatzbildung wird durch die Temperaturverteilung im Ofen und niedrigschmelzende Mineralverbindungen (z. B. Alkalichlorid und Alkalisulfat) im Brenngut bestimmt.

Die beim Einsatz von Ersatzbrennstoffen (EBS) veränderte Wärmefreisetzung und Flammengeometrie sowie die über den Brennstoff zusätzlich eingebrachte Menge an Chlor und Schwefel führen zu einer verstärkten Ansatzbildung.

Um Maßnahmen zur Vermeidung von Ansatzbildung zu formulieren, sind Kenntnisse über die örtlich im Ofen ablaufenden gas- und feststoffseitigen Prozesse sowie deren Einfluss auf die Ansatzprofile erforderlich. Es wird ein iteratives Vorgehen mittels gekoppelten CFD- und Prozessrechnungen, unterstützt von Werksmessungen, angewandt, um die Ursachen der Ansatzbildung bei EBS-Einsatz zu untersuchen und kritische Zustände zu identifizieren. Gemessene Drehrohr-Außenwandtemperaturen dienen als Randbedingung zur Berechnung der Ansatzdicke.

Das Vorhaben trägt dazu bei, den Einsatz von EBS in der deutschen Zementindustrie weiter zu erhöhen, ohne dass eine geringere Verfügbarkeit der Ofenanlagen oder eine Minderung der Produktqualität in Kauf genommen werden muss. Die geplante Bereitstellung von Handlungsempfehlungen ermöglicht es den Betreibern, die Betriebsweise an steigende EBS-Mengen, die aus wirtschaftlichen Gründen dringend erforderlich sind, anzupassen oder zusätzliche Kriterien bei der Brennstoffauswahl zu berücksichtigen. Die Ergebnisse bieten die Möglichkeit, Betriebsstörungen frühzeitig zu erkennen und präventive Maßnahmen einzuleiten.

Das Projekt trägt dazu bei, die Zementproduktion in Deutschland, im Vergleich zu Importen, wettbewerbsfähig zu halten. Die Ergebnisse sind für mittelständische Zementanlagenbetreiber, die nicht über die wissenschaftlichen Methoden und das Personal verfügen solche Forschung durchzuführen, von direktem wirtschaftlichem Nutzen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden zum einen Simulationsmodelle entwickelt, welche auf relevanten Anlagen- und Betriebsdaten basieren und zur rechnergestützten Approximation von Ansatzprofilen im Drehrohrofen eines Zementwerks eingesetzt werden können. Die Simulationsergebnisse ermöglichen z.B. dem Anlagenbetreiber während des Produktionsbetriebs einen realistischen Blick in das Innere eines Drehrohofens, welcher in der Praxis im Betrieb nicht möglich ist. Somit können auch im Betrieb praxisnahe Einschätzungen über das Ansatzverhalten in einem Zementofen getroffen werden. Zum anderen wurden Handlungsempfehlungen formuliert, welche auf den Ergebnissen einer Langzeitstudie zur Untersuchung des Ansatzverhaltens basieren. Dafür wurde das in der Zementindustrie bekannte Chlor- Schwefeldiagramm, welches zur Einschätzung der anlagenspezifischen Ansatzsatzsituation herangezogen wird, überarbeitet und die Grenzwerte angepasst. Darüber hinaus wurden mit den Studienergebnissen Grenzwerte weiterer Prozessgrößen quantifiziert, so dass eine zusätzliche Differenzierung bei der Bewertung der Ansatzssituation in einem Zementwerk möglich ist. Somit ist den Anlagenbetreibern die Möglichkeit gegeben, anhand der zusammengefassten Mess- und Erfahrungswerte, eine objektive und nur mit geringem Aufwand verbundene Bewertung der Ansatzsituation in einem Zementofen durchzuführen. Insgesamt können mit den Forschungsergebnissen Probleme in Bezug auf Ansatzbildung frühzeitig erkannt und besser behoben werden, so dass der Anteil an Ersatzbrennstoff ggf. erhöht werden kann und/oder Produktionseinschränkungen oder Stillstände minimiert werden können oder.