Thema:
Optimierung des Klinkerbrennprozesses in der Zementindustrie: Vorhersage des Flugverhaltens reagierender Ersatzbrennstoffe durch die Klassifizierung von Brennstoffströmen
Forschungsstelle:
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT)
VDZ Technology gGmbH – Forschungsinstitut der Zementindustrie (VDZ), Dr. M. Schneider
IGF – Fördernummer: 23609 N
Laufzeit: 01.05.2025 – 31.10.2027
Kurzfassung:
In der Zementindustrie werden Ersatzbrennstoffe (EBS) verwendet, um fossile Regelbrennstoffe zu ersetzen. EBS sind kostengünstiger und werden aufgrund ihres biogenen Anteils teilweise CO2-neutral verbrannt.
Bei der Einblasung von EBS sind dessen Flugeigenschaften relevant, da hieran die lokale Wärmefreisetzung gekoppelt ist. Falls die Abweichung zum Betrieb mit Regelbrennstoffen zu groß ist, kann dies zu Problemen führen: Eine Veränderung des Temperaturprofils verschiebt die Zonen zur Klinkerphasenbildung und beeinflusst das Klinkerprodukt. Unvollständig verbrannte EBS-Partikel im Klinkerbett können die Klinkereigenschaften negativ verändern.
Versuche im Originalmaßstab sind zu aufwendig. Hier bieten 3D-Verbrennungssimulationen (CFD-Simulationen) eine Alternative. Allerdings fehlen experimentell gestützte Modelle, die die Flugeigenschaften von sich umwandelnden EBS-Partikeln beschreiben.
Im Projekt wird ein Verfahren entwickelt, um Widerstands- und Auftriebsbeiwerte von EBS-Partikeln unterschiedlicher Umwandlungsgrade schnell und vor Ort zu bestimmen. Dies geschieht durch eine Kombination von Experimenten, fluidmechanischen Betrachtungen und Werkzeugen aus dem maschinellen Lernen. Die Beiwerte fließen in CFD-Modelle ein, die es erlauben, zu berechnen, wo EBS-Partikel im Klinkerbett auftreffen und mit welchem Umwandlungsgrad.
Damit können die Flugeigenschaften und Umsetzungseigenschaften verschiedener EBS-Chargen vorausgesagt werden. Dies ermöglicht korrektive Maßnahmen im Betrieb und der Qualitätssicherung im Werk.
Die Ergebnisse werden den EBS-Einsatz erhöhen und so die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Zementproduktion steigern. Das Vorhaben ist von hoher Bedeutung für die deutsche Zementindustrie und ihre oft mittelständischen Zulieferer (ca. 65.000 Arbeitsplätze). KMU der Bereiche Brennstoffaufbereitung, CFD-Dienstleistung und maschinelles Lernen können direkt profitieren.