Thema: Oxyfuel-Verfahren in Drehrohröfen der Zementindustrie: Experimentell abgesicherte Vorhersage des Flug- und Umwandlungsverhaltens von Ersatzbrennstoffen und Einfluss auf die Klinkerqualität
Forschungsstelle:
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT)
Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Technische Chemie (ITC)
Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Automatisierung und Angewandte Informatik (IAI)
IGF – Fördernummer: 24003 N
Laufzeit: 01.08.2025 – 31.01.2028
In der Zementindustrie ist das Oxyfuel-Verfahren eine vielversprechende Möglichkeit zur Senkung von
CO2-Emissionen. Im Gegensatz zum konventionellen Verfahren in einer Luftatmosphäre erfolgt die
Verbrennung in einer sauerstoffreichen Atmosphäre ohne Stickstoff. Nach Kondensation des Wassers
besteht das Abgas idealerweise aus 100% CO2, das anschließend abgeschieden oder weiterverwendet
wird. In der hier betrachteten Oxyfuel-Variante wird CO2 zur Begrenzung der Verbrennungstemperatur
rezirkuliert. Durch den Einsatz kostengünstiger, teils biogener Ersatzbrennstoffe (EBS) (statt teurer fossiler
Brennstoffe) lassen sich die CO2-Emissionen weiter reduzieren.
Die lokale Wärmefreisetzung im Drehrohrofen ist entscheidend für die Qualität des Zementklinkers. Da nun
bei der Umstellung auf das Oxyfuel-Verfahren und vom Regelbrennstoff Kohlenstaub auf EBS eine
Beeinflussung des Temperaturprofils und damit der lokalen Wärmefreisetzung erwartet wird, sind erweiterte
Forschungsanstrengungen notwendig.
In diesem Projekt werden CFD-Modelle zur Simulation von EBS-gefeuerten Zementdrehrohröfen nach dem
oben beschriebenen Oxyfuel-Verfahren entwickelt. Die Modelle werden experimentell innerhalb einer
halbtechnischen Anlage mittels optischer Messtechnik und KI-gestützter Bildauswertung validiert.
Anschließend erfolgt die Simulation einer realen Anlage unter Oxyfuel-Bedingungen, um Empfehlung zur
Umstellung des konventionellen Prozesses abzuleiten.
Die Projektergebnisse werden die Bereitschaft zur Umrüstung bestehender Anlagen auf das Oxyfuel-
Verfahren erhöhen und damit die langfristige Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Zementindustrie und
ihrer oft mittelständischen Zulieferer (ca. 65.000 Arbeitsplätze) steigern. KMU in den Bereichen
Brennstoffaufbereitung, CFD-Dienstleistungen und maschinelles Lernen werden direkt von den
Ergebnissen profitieren.