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Jennes, Ralf

Name:Jennes, Ralf
Thema:Optimierung der Verbrennung im Calcinator einer Anlage zur Herstellung von Portlandzementklinker
Abgabe:2003

Zusammenfassung:

Beim Brennen von Zementklinker wird aufgrund der für einen guten Sinterprozeß des Mehls erforderlichen hohen Verbrennungsgastemperaturen von etwa 1800 bis 2000 °C und den aus Produktqualitätsgründen stets überstöchiometrischen Verbrennungsbedingungen im Drehrohrofen relativ viel thermisches Stickstoffoxid gebildet und mit den Abgasen in den Calcinator transportiert. Typisch sind Konzentrationen von etwa t’NO2 = 1500 bis 2500 mg/m3(i.ll.) im Abgas bezogen auf einen Sauerstoffgehalt von 'O2 = 10 Vol.-%. Trotz des Verdünnungseffekts durch zusätzliche Abgasmengen ergeben sich am Ende des Calcinators aufgrund von weiterer NOx-Bildung im Calcinator zum Teil Konzentrationen von mehr als  NO2 = 1000 mg/m3 (i.N.).

Um Umweltschutzauflagen zu erfüllen, müssen die NOx-Konzentrationen gesenkt werden. Hierzu ist es zwingend erforderlich, das aus dem Drehrohrofen stammende NOx im Calcinator möglichst weitgehend abzubauen und gleichzeitig dafür Sorge zu tragen, daß wenig NOx neu entsteht.

Vor diesem Hintergrund liefert die vorliegende Arbeit einen Beitrag zur NOx-Minderung durch feuerungstechnische Primärmaßnahmen in Calcinatoren von Zementdrehrohrofenanlagen. Es wird hierfür ein theoretisches Modell erstellt, welches aufbauend auf den bekannten Ansätzen zur Beschreibung der Kinetik von Einzelmechanismen wie z.B. für die Entsäuerung des Rohmehls, die Verbrennung von Kohlen, die Bildung und Reduktion von Stickstoffoxiden, diese Ansätze zu einem Gesamtmodell verbindet.

Bevor Untersuchungen zur Stickstoffoxidbildung im Calcinator erfolgen, werden zunächst die Stoff- und Energiebilanzen für den gesamten Prozeß sowie Teilbilanzen für die Anlagenteile Zyklonvorwärmer, Calcinator, Drehrohrofen und Rostkühler erstellt, um die Randbedingungen für den Calcinator zu ermitteln. Der Calcinator wird anschließend in mehrere Stufen unterteilt, für die jeweils wieder die Stoff- und Energiebilanzen aufgestellt werden, um die Temperaturen und die Abgaszusammensetzung in den einzelnen Stufen zu berechnen.

Die Bildung und Minderung der Stickstoffoxide im Drehrohrofen und im Calcinator werden durch ein vereinfachtes Modell beschrieben, welches nur den sog. Thermischen-NO- und den Brennstoff-NO-Mechanismus berücksichtigt. Andere Reaktionswege werden nicht berücksichtigt, da größere Unsicherheiten über den quantitativen Einfluß auf die NOx-Bildung vorliegen.

Es zeigt sich, dass für verschiedene Brennstoffe (Stein-, Braunkohle, Zugabe von Kunststoffen und Holz) NOx-Minderungen von bis zu 50 % durch feuerungstechnische Primärmaßnahmen erreicht werden können.

 

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