Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der Wechselwirkung von Brennstoffpartikeln und Zementklinker mit dem Ziel der Erhöhung des Ersatzbrennstoffeinsatzes

Bei der Zementherstellung wird ein wesentlicher Teil thermischer Energie für das Brennen des Zementklinkers im Drehrohofen aufgewendet. Heutzutage werden parallel zu den fossilen Brennstoffen Ersatzbrennstoffe (EBS) eingesetzt, die erstere substituieren. Aus wirtschaftlichen Gründen streben die Zementhersteller eine Erhöhung des EBS-Anteils an, um ihre Wettbewerbssituation zu sichern bzw. zu verbessern.

Insbesondere in der Drehofenfeuerung lässt sich der EBS-Einsatz bisher nur begrenzt steigern, da insbesondere die Produktqualität nicht beeinträchtigt werden darf. Beim Brennen des Klinkers kann eine lokale Beeinflussung der Klinkerphasenbildung auftreten, wenn bestimmte EBS-Brennstoffpartikel nicht vollständig in der Flamme verbrennen, sondern in das Klinkerbett fallen und dort weiterreagieren. Werden entsprechende Beeinträchtigungen erkannt, muss derzeit durch Reduzierung der EBS-Rate reagiert werden.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, diejenigen Brennstoffpartikel zu identifizieren, die potentiell die größten Beeinträchtigungen verursachen, und deren Einfluss auf die Feststoffreaktion im Klinkerbett zu ermitteln. Darauf aufbauend werden Qualitätskriterien für EBS hergeleitet, Handlungsempfehlungen zur Optimierung der Brennnstoffaufgabe ausgearbeitet und ein Tool erstellt, mit dessen Hilfe die Eignung eines EBS durch die Zementwerksbetreiber abgeschätzt werden kann. Anhand von Laborversuchen, Brennstoffuntersuchungen und CFD-Simulationen werden die Ergebnisse erarbeitet und anschließend durch einen Werksversuch überprüft.

Betreiber von Zementwerken werden dadurch Erkenntnisse und Werkzeuge an die Hand gegeben, um den EBS-Einsatz weiter erhöhen zu können. Dies kommt insbesondere den mittelständischen Betreibern von Zementwerken zu Gute, da diese nicht in der Lage sind, diese Art von Untersuchungen durchzuführen. Aber auch mittelständische EBS-Aufbereiter und Anlagenbauer profitieren, wenn sie künftig einen Qualitäts-EBS bzw. technische Lösungen anbieten.

Ergebniszusammenfassung:

Zementwerksbetreiber sind aus ökologischen und ökonomischen Gründen an einer Erhöhung des Einsatzes von Ersatzbrennstoffen (EBS) interessiert. Ziel des Forschungsprojektes war es, diejenigen Brennstoffpartikel im EBS zu identifizieren, die nicht vollständig in der Flamme verbrennen, im Klinkerbett umgesetzt werden und dabei potentiell die Ausbildung der Klinker-phasen beeinträchtigen können, z.B. durch lokal reduzierende Brennbedingungen. Dabei sollten deren Wechselwirkungen mit dem Klinker genauer untersucht werden. Basierend darauf sollten Empfehlungen zur EBS-Qualität und Erhöhung des EBS-Einsatzes erarbeitet werden.

Im Projekt wurde ein repräsentatives Bild der in Deutschland eingesetzten EBS erstellt und mittels CFD-Simulation die Auftreffschwerpunkte und Eigenschaften von EBS-Partikeln in einer typischen Ofenanlage ermittelt. Erstmals wurde eine Methode entwickelt, mit der der Umsatz von Brennstoffpartikeln im Klinkerbett in einem Laborofen simuliert werden kann. Mittels eines ausführlichen Laborprogramms wurde das Verständnis der Abläufe und Zusammenhänge deutlich erweitert. Als ungünstig einzustufende Brennstoffpartikel und Sinterzeiten wurden anhand einer Bewertung der Klinker-Qualitätsparameter identifiziert. Bei einem Werksversuch und begleitenden CFD-Simulationen wurde dies weitgehend bestätigt. Es wurde ein Tool entwickelt und bereitgestellt, mit dem sich die Flugweite von EBS-Partikeln berechnen lässt, um gezielt Optimierungen durchführen zu können.

Betreiber von Zementwerken werden dadurch Erkenntnisse und ein Werkzeug an die Hand gegeben, um den EBS-Einsatz ohne negative Auswirkungen auf die Produktqualität weiter erhöhen zu können. Dies kommt insbesondere den mittelständischen Betreibern von Zementwerken zu Gute, da diese nicht alleine in der Lage sind, diese Untersuchungen durchzuführen. Aber auch mittelständische EBS-Aufbereiter und Anlagenbauer profitieren, wenn sie einen „Qualitäts-EBS“ bzw. technische Lösungen anbieten können.