Segerkegel 2013 [PDF, 3,9MB] - Institut für Nichtmetallische Werkstoffe

11Christina KoringCO2-Emissionsminderungspotential und technologische Auswirkungen der Oxyfuel-Technologie im ZementklinkerbrennprozessGutachter: A. Wolter / M. SchneiderAuf Grund der steigenden Anforderungen des Umweltschutzes an die Minderung von CO2-Emissionen müssen diese über die traditionellen Minderungsmethoden hinaus weiter gesenktwerden. Eine weiterführende Möglichkeit zur CO2-Emissionsminderung bieten CCS-Technologien (Carbon Capture and Storage). Die Oxyfuel-Technologie ist im Vergleich zuanderen Abtrennmethoden die energetisch effizienteste Variante. Ziel dieser Technik ist dierelativ unkomplizierte Abtrennung durch eine Aufkonzentrierung des CO2 mittels der Verbrennungmit annähend reinem Sauerstoff. Zur Moderierung der Temperaturprofile in der Ofenanlagewird zusätzlich CO2 rezirkuliert. Als integriertes System beeinflusst die Technik den Anlagenbetriebsowie die chemisch-mineralogischen Brenngutreaktionen. Im Rahmen dieser Arbeitwurde erwiesen, dass die Oxyfuel-Technologie auf den Zementklinkerbrennprozess technischanwendbar ist.Um die Oxyfuel-Technologie in den Zementklinkerbrennprozess zu integrieren, wurde einKonzept entworfen, das die vollständige Ofenanlage einbezieht. Der prinzipielle Aufbau einesZementwerkes bleibt dabei erhalten. Für die Wärmerekuperation im Klinkerkühler wurde dieserin eine Stufe für re-zirkuliertes Abgas und eine Luftstufe unterteilt, was eine optimaleWärmerückgewinnung vom heißen Klinker unter Wahrung der CO2-Dichtigkeit erlaubt undsomit die Effizienz der Gesamtanlage steigert. Abwärme entsteht in diesen Anlagen durch dieEnthalpie des CO2-haltigen Abgases und die Kühlerabluft, die nicht miteinander vermischtwerden dürfen. Durch einen externen Wärmetauscher zwischen diesen Abwärmeströmen kannsowohl die Rohmaterialtrocknung gewährleistet als auch bei Bedarf Strom aus Abwärme erzeugtwerden. Bei ausreichendem Platzangebot für die zusätzlichen energieintensivenAggregate, Luftzerlegungs- und Abgasaufbereitungsanlage, kann eine Bestandsanlagenachgerüstet werden.Mit Hilfe der Prozessmodellierung wurden anlagen- sowie prozesstechnische Anforderungenbeim Oxyfuel-Betrieb eines Zementdrehofens ermittelt. Ein optimaler Betriebszustand lässtsich so für verschiedene Anlagenstrukturen (Bestandsanlagen mit/ohne Calcinieranlage, Neuinstallationenmit Anpassung des Vorwärmerdesigns) und lokale Spezifikationen (Grad derRohmaterialfeuchte, Stromversorgungssicherheit) ermitteln. Die Mitverbrennung alternativerBrennstoffe ist zudem möglich und wird sogar durch den variablen Sauerstoffgehalt positivbeeinflusst. Die Rezirkulationsrate bildet die größte Steuergröße für den Brennstoffenergiebedarf.Im Hinblick auf eine Nachrüstung von bestehenden Anlagen können lediglich Rezirkulationsratenoberhalb von 0,5 realisiert werden, da die Anlagengeometrie andernfalls zu starkangepasst werden müsste. Eine entscheidende Rolle für den Energiebedarf der Gesamtanlagespielt die Abstimmung der Abwärmenutzungsaggregate für die Rohmaterialtrocknung und dieStromerzeugung. An welchem Ort bzw. zu Gunsten welcher Nutzung die Abwärme anfällt,lässt sich durch die Reduzierung der Rezirkulationsrate steuern. Da eine Neukonstruktioneneine größere Spannbreite dieser zulässt, kann mehr Optimierungspotential ausgeschöpft werden.Hieraus konnten Empfehlungen für eine bestimmte Betriebsweise für unterschiedlicheSpezifikationen einer Anlage (z.B. Rohmaterialfeuchte) erarbeitet werden. Von der feuchten