Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung der sorbensunterstützten Staubausschleusung zur weiteren Minimierung der Hg-frachten von Zementdrehrohrofenanlagen

Quecksilber ist aus toxikologischer Sicht ein sehr wichtiges Element für Mensch und Umwelt und gelangte in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus auch internationaler Diskussionen, so wurde im Jahr 2013 auf UN-Ebene das Minamata Abkommen mit dem Ziel einer Minderung der globalen anthropogenen Quecksilberemissionen verabschiedet.

Die deutsche Zementindustrie ist daher weiterhin bestrebt, ihre Quecksilberfrachten zukünftig weiter zu senken. Im IGF-Vorgängervorhaben 18023 N wurden umfangreiche Untersuchungen zur Eignung einer sorbensunterstützten Staubausschleusung zur Minderung von Quecksilberkreisläufen und -emissionen angestellt. Es wurde gezeigt, dass eine gezielte Eindüsung von Sorbentien in den Abgasweg von Zementdrehrohrofenanlagen im Direktbetrieb eine Möglichkeit sein kann, die in vielen deutschen Werken praktizierte Staubausschleusung im Direktbetrieb bei Bedarf zu unterstützen.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht darin, die technisch-wissenschaftlichen Grundlagen einer Minderung der Quecksilberfrachten im Abgasweg von Zementdrehrohrofenanlagen durch eine sorbensunterstützte Staubausschleusung zu erweitern und Möglichkeiten der Optimierung aufzuzeigen. Es soll gezeigt werden, dass durch eine verbesserte Verteilung eingedüster Sorbentien im Abgasstrom ein größtmöglicher Nutzen aus der Maßnahme gezogen werden kann. Dabei steht das Ziel einer größtmöglichen Hg-Abscheiderate aus der Gasphase bei gleichzeitig minimal erforderlichem Einsatz von Sorbens im Vordergrund.

Es sollen allgemeine Handlungsempfehlungen entwickelt werden, mit Hilfe derer in Abhängigkeit von den vorliegenden Prozessparametern die erforderliche Sorbensmenge ermittelt wird. Davon können insbesondere kleine- und mittelständische Unternehmen ohne die Möglichkeiten zur Durchführung umfangreicher Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten ihren Vorteil ziehen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde untersucht, wie eine Minderung der Quecksilberfrachten des Zementklinkerherstellungsprozesses durch eine Optimierung der sorbensunterstützten Staubausschleusung erreicht werden kann.

Hierzu wurden umfangreiche Messungen in den Abgassträngen von zwei Drehrohrofenanlagen, jeweils mit und ohne Nutzung einer neu installierten bzw. in Betrieb befindlichen Anlage zur Eindüsung von Sorbentien durchgeführt. CFD-Simulationen der Abgasstränge zeigten, wie durch Variationen von Aufgabemenge, Eindüsegeschwindigkeit und Aufgaberichtung der Sorbentien sowie der Anzahl der Aufgabestellen eine verbesserte Verteilung der Sorbentien im Abgasstrang und am Eintritt in das Staubfilter erreicht werden kann. Es lässt sich zusammengefasst ableiten, dass bei langen Abgassträngen mit ggf. mehreren Richtungs- und Querschnittsänderungen der Leitung grundsätzlich von einer guten Durchmischung von Sorbens und Gasstrom ausgegangen werden kann. Die Gestaltung der Eindüsung spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle und Variationen haben nur vergleichsweise geringe Auswirkungen auf die Verteilung. Unter diesen Bedingungen stellte sich die Aufgabemenge als wesentliche Einflussgröße auf die Abscheideleistung heraus. Bei kurzen Abgassträngen ohne wesentliche Richtungsänderungen hingegen kann die Gestaltung der Sorbensaufgabe hinsichtlich Lanzenanzahl, Position und Aufgabegeschwindigkeit die Verteilung des Sorbens im Abgasstrom stark beeinflussen. Eine simulationstechnische Betrachtung des Abgasstrangs kann in diesem Fall mit Blick auf eine Neuinstallation oder Optimierung einer Anlage vorteilhaft sein.

Abschließend wurden aus den gewonnenen Erkenntnissen Handlungsempfehlungen abgeleitet, die es Zementwerken, die die Installation einer Sorbens-Eindüseanlage erwägen, planen oder Optimierungsbedarf sehen, erleichtern sollen, erforderliche oder günstige Randbedingungen im Vorfeld zu identifizieren.