Ein zuverlässiger Energielieferant

Das neue Geschäftsfeld AFR-Systems der BEUMER Group ermöglicht Zement- und Kalkwerken den Einsatz alternativer Brennstoffe

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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

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.

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.

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.