Fachbericht der BEUMER Group: Einsatz alternativer Brennstoffe in Zement- und Kalkwerken

Das neue Geschäftsfeld AFR-Systems der BEUMER Group ermöglicht Zement- und

Kalkwerken den Einsatz alternativer Brennstoffe:

Ein zuverlässiger Energielieferant

Die Herstellung von Zement ist besonders energieintensiv. Um den Einsatz

teurer primärer Brennstoffe wie Kohle und Öl zu reduzieren, setzen

Betreiber von Zementwerken verstärkt auf die sogenannten alternativen

Brenn- und Rohstoffe (AFR – Alternative Fuels and Raw Materials). Die

Nutzung konzentriert sich dabei allgemein auf die Brennstoffe. Weil weder

der Herstellungsprozess, noch das Endprodukt Zement oder die Emissionen

beeinträchtigt werden dürfen, müssen die nicht weiter verwertbaren,

hochkalorischen Abfällen beispielsweise aus Kunststoff- und

Verpackungsresten, Papier, Verbundmaterialien oder auch Textilien zuvor

ofenfertig aufbereitet werden. Damit Kunden die daraus aufbereiteten

Brennstoffe effizient fördern, lagern und dosieren können, hat die BEUMER

Group das neue Geschäftsfeld AFR-Systems aufgestellt.

Deutschland im Oktober 1973: Aus politischen Gründen schränken die

arabischen Länder die Erdölförderung ein – mit der Konsequenz, dass der

Ölpreis in die Höhe schnellt. Eine äußerst prekäre Situation, denn Erdöl

ist ein wichtiger Energielieferant – auch für die Zementindustrie, die

ihre Drehrohröfen damit betrieb. Seit dieser ersten Ölkrise setzen die

Anlagenbetreiber daher auf günstige alternative Brenn- und Rohstoffe.

Neben den mineralischen Abfällen, die als alternative Rohstoffe eingesetzt

werden können, fokussiert sich der Markt auf die Brennstoffalternativen.

Denn rund 30 Prozent der Produktionskosten werden für Energie aufgewendet.

Neben den flüssigen alternativen Brennstoffen, wie Altöl oder Lösemittel,

besteht das Gros der festen Brennstoffe aus Ganz- oder geshredderten

Altreifen, Althölzern, oder Mischungen aus Kunststoffen, Papier,

Verbundmaterialien oder Textitlen. Nachdem diese aufbereitet und

qualitativ überwacht wurden, weisen sie ähnliche Heizwerte wie Braunkohle

auf. Der Heizwert von Altreifen ist sogar mit dem von Steinkohle

vergleichbar. Bei der Zementherstellung muss aber auch darauf geachtet

werden, dass bei ihrem Einsatz die Ascherückstände qualitativ zum

Endprodukt passen. Denn bei ihrer Verwertung werden alle stofflichen

Komponenten vollständig in den Klinker eingebunden und mineralisiert.

Durch ihren Einsatz erfolgt der Produktionsprozess wirtschaftlich. Zudem

werden primäre Rohstoff- und Brennstoffvorkommen geschont und

Deponievolumen reduziert.

Die bereits aufbereiteten Ersatzbrennstoffe werden in den meisten Fällen

von externen Lieferanten ofenfertig angeliefert. Damit die Zement- und

Kalkwerke die festen Materialien sicher fördern und lagern können, bietet

die BEUMER Group nun maßgeschneiderte AFR-Systeme an. Diese umfassen

aufgrund der vielfältigen Erfahrungen und der Berücksichtigung der

Kundenwünsche die gesamte Kette von der Annahme und Entladen des

Lieferfahrzeugs, bis zum Lagern, Beproben, Fördern und Dosieren der festen

alternativen Brennstoffe. Dabei bietet der Intralogistik-Anbieter BEUMER

seinen Kunden jetzt weltweit drei Systeme aus einer Hand.

Auf jede Anwendung zugeschnitten

Im Programm hat die BEUMER Group das Startsystem für den Einsatz am

Hauptbrenner. In der Zement- und Kalkindustrie werden die

Primärbrennstoffe normalerweise auf Korngrößen von weniger als 100

Mikrometern gemahlen und über den Brenner aufgegeben. Dieser erzeugt am

Ende des Drehrohrofen die 2.000°C, bei der Kalkstein, Sand, Ton und Erz

zum Zwischenprodukt Klinker reagieren. Um auf dem Sinterzonenbrenner feste

Sekundärbrennstoffe einsetzen zu können, sollten diese mindestens einen

ähnlichen Heizwert liefern wie Braunkohle (etwa 22 ± 2 MJ/kg), Korngrößen

kleiner 30 Millimeter aufweisen und im Flug ausbrennen.

Die Anlieferung des ofenfertigen Materials erfolgt in der Regel in

Schubbodenaufliegern. Daher bietet BEUMER eine Andockstation, die vor Ort

auch als Lager dient. Wenn der Auflieger entleert ist, wird er vollständig

getauscht oder im Großzelt per Radlader erneut befüllt. Das Material wird

meist volumetrisch dosiert und zum Sinterzonenbrenner gefördert. Diese

Lösung ist bewußt als Versuchsanlage konzipiert. Damit können Betreiber

ihre Lieferanten sowie die Qualitäten der Brennstoffe und das

Ofenverhalten testen.

Lösung für den Kalzinator

Mit dem zweiten System kann der Kalzinator mit gröberen Ersatzbrennstoffen

wie zerkleinerte Altreifen oder die oben genannten Ersatzbrennstoffe in

gröberer Form beschickt werden. Diese sind meist weniger aufbereitet,

enthalten auch dreidimensionale Partikel und benötigen daher zum

Ausbrennen längere Verweilzeiten als zum Beispiel die intensiver

aufbereiteten, ausschließlich zweidimensionalen Sekundärbrennstoffe für

den Hauptbrenner.

Der grobe Kalzinatorbrennstoff wird im Schubboden- oder Kipp-Lkw

angeliefert. An der Annahmestelle werden diese Ersatzbrennstoffe

staubsicher und schnell entladen und zwischengelagert. Ein weiteres Lager

dient als Durchflusspuffer, wodurch insgesamt eine Vorlagekapaziät von

knapp 900 Kubikmetern vorgehalten werden kann. Von dort gelangt das

Material über den Rohrgurtförderer auf die entsprechende Höhe im

Vorwärmer. Der Ersatzbrennstoff wird dort gewogen und dosiert. Bei der

Zuführung zur Feuerstelle im Kalzinator besteht oft die Gefahr, dass sich

durch die thermische Strahlung oder Pulsationen das Material oder die

Förderanlage entzünden können. Deswegen wurde eine klappenlose

Spezialzuführung entwickelt, über die das Material dem Kalzinator sicher

zugefördert werden kann.

Um nach den erfolgreichen Tests eine dauerhafte, sichere und automatische

Versorgung sicherstellen zu können, bietet die BEUMER Group Anlagen für

den permanenten Großbetrieb mit hohen thermischen Substitutionsraten an.

Diese bestehen aus Annahmebereich und Lagersystem, in welches das

Kransystem Materialien unterschiedlicher Qualitäten in verschiedene

Lagerzonen und Boxen einlagern kann. Die bisherigen Erfahrungen

bestätigen, dass im Brennstoff immer mit Störstoffen oder

Qualitätsdefiziten zu rechnen ist. Deswegen lässt sich die gesamte Lager-

und Fördertechnik der Halle mit Vorkehrungen ausstatten, die zum Beispiel

den Brennstoff für den Hauptbrenner von metallischen, naßen und

dreidimensionalen Störstoffen befreien oder das störende Überkorn aus dem

Kalzinatorbrennstoff aushalten.

Ausgestattet mit entsprechender Sensorik läuft der Betrieb

vollautomatisch. Dabei kann der Kran selbstsändig zur Vergleichmäßigung

genutzt werden, um Qualitätsschwankungen zu minimieren oder die Linien zum

Hauptbrenner und dem Kalzinator beschicken.

Pipe Conveyor bewährt sich in der Praxis

Das Werk der Schwenk Zement KG in Bernburg ist mit seiner

Produktionskapazität und der Produktvielfalt eines der größten und

leistungsfähigsten Zementwerke Deutschlands. Um die Energiekosten zu

senken, setzt das Zementwerk verstärkt auf den Einsatz von

Ersatzbrennstoffen, die in externen Aufbereitungsanlagen zu hochwertigen

Brennstoffen mit definierten Produktparametern aufbereitet werden.

Bisher setzte der Hersteller auf einen Trogkettenförderer. Jedoch

verkürzten sich nach fast zehnjährigem Einsatz und häufigem Umbau die

Wartungsintervalle zusehends. Die Brennstoffe wurden qualitativ auch immer

besser, so dass sie schließlich mit ihrer Dichte von 0,2 t/m3 mit der

bestehenden Technik auch nicht mehr in ausreichender Menge zum

Hauptbrenner gefördert werden konnten. Daher suchte man nun nach einer

zuverlässigen Lösung, die sowohl ökologisch wie auch wartungsarm ist.

Zudem sollte der neue Förderer sich mit seiner Konstruktion optimal an die

kurvige Streckenführung im Werk anpassen.

Die Schwenk Zement KG entschied sich daher für das BEUMER AFR-System mit

seinem Pipe Conveyor, um ihren Hauptbrenner mit alternativen Brennstoffen

zu versorgen. Das System arbeitet dabei weitestgehend automatisch von der

Annahme bis zum Beschickungssystem des Drehrohrofens. In der Lagerhalle

nehmen Kräne die aufbereiteten Ersatzbrennstoffe auf und füllen sie in die

Austragsbunker mit ihren Austragsorganen. Von dort schafft ein

Kettengurtförderer den Brennstoff kontinuierlich zum Pipe Conveyor, der es

wiederum zu den Dosierwaagen vor dem Hauptbrenner fördert.

Der Pipe Conveyor, als kurvengängiges Herzstück, benötigt nur geringe

Wartung und schützt mit seiner geschlossenen Bauform und leisen Fahrweise

vor Emmissionen und den bekannten Verwehungen des Brennstoffs. Er

überbrückt ohne Unterbrechung lange Distanzen und bewältigt enge

Kurvenradien, die sich an die individuelle Werkssituation anpassen.