Standzeiterhöhung durch effiziente Drehrohrofenkühlung

RIPPERT
HeidelbergCement betreibt am Standort Burglengenfeld zwei KHD Drehrohrofenanlagen mit einer Kapazität von jeweils 2000 t/d. Aufgrund einer stetigen Steigerung der Sekundärstoffrate innerhalb der letzten Jahre unterliegt der Brennprozess – verursacht durch die Inhomogenität der Ersatzbrennstoffe – immer wieder starken Schwankungen. Vor allem das Feuerfestmaterial sowie das Drehrohr werden dadurch hohen Belastungen ausgesetzt und oftmals deutlich in Mitleidenschaft gezogen.

Verantwortlich sind dafür zum einen die instabilen Ansätze im Ofen (häufiger Ansatzfall) und zum anderen die wesentlich geringere Ansatzstärke, im Gegensatz zu einer Feuerung mit reinem Primärbrennstoff. Vor ­allem im Bereich der zentralen Sinterzone führt dies zu ­deutlich ­höheren Ofenmanteltemperaturen – teilweise mit Spitzen bis zu 450 °C. Neben dem Ofenmantel ist darüber hinaus auch die feuerfeste Ausmauerung extremen Belastungen ausgesetzt.

Eine Unterstützung erhält die Ofenauskleidung durch eine Kühlung der Ofenmantelfläche. Zur Kühlung werden hierfür oft Axialventilatoren mit einem Ausblasstutzen verwendet, die an dem Ofen befestigt werden. Werden mehrere Axiallüfter nebeneinander angeordnet, führt dies jedoch in der Regel zu einer erheblichen Geräuschbelastung.

Die Firma Rippert Anlagentechnik aus Herzebrock-Clarholz entwickelte eine spezielle Kühlung, die punktgenau diesen Belastungen vorbeugt. Mit Hilfe einer neuen, großflächigen Ofenmantelkühlung werden die Ansatzverhältnisse stabilisiert und somit die Standzeiten der Feuerfestausmauerung bzw. des Ofens erhöht. In erster Linie reguliert die Ofenmantelkühlung die Temperaturen im Bereich zwischen der mittleren und auslaufseitigen Laufrollenstation der beiden Drehrohröfen – den Sinterzonenbereich.

Um eine maßgebliche Kühlung zu erreichen, wird jeweils ein 17 Meter langer Sammelkanal mit entsprechenden Kühldüsen entlang der Ofenachse installiert (Bild 1). Der Abstand zur Ofenmantelfläche beträgt ca. 300 mm, wodurch eine sehr effektive Kühlung realisiert werden konnte. Durch den geringen Abstand zwischen den einzelnen Düsen (ca. 50 mm), ist eine gleichmäßige Luftzufuhr über die gesamte Kühlzone gewährleistet (Bild 2). Die strömungstechnische Auslegung des Kanalsytems sorgt für eine gleichmäßige Austrittsgeschwindigkeit an den Düsen. Für die Aufnahme der Kanalleitung wurde eine Stützkonstruktion mit Laufsteg installiert (Bild 3).

Die Luftversorgung erfolgt über zwei Axialventilatoren mit einem Laufraddurchmesser von 1600 mm und einer Antriebsleistung von 45 kW. Dabei werden je Axialventilator 130 000 m3/h gleichmäßig auf die Ofenmantelfläche verteilt. Zur Geräuschreduzierung sind die Axialventilatoren mit einem Zu- und Abluftschalldämpfer ausgestattet und zu einer kompakten Einheit montiert (Bild 4). Durch Drosselklappen an den einzelnen Düsen kann zum einen die Luftgeschwindigkeit (max. 20 m/s) eingestellt und darüber hinaus die zu kühlende Fläche ausgewählt werden. Die Kühlung lässt sich so auf die wechselnden Anforderungen einstellen.

Die erste Inbetriebnahme der großflächigen Ofenmantelkühlung im April 2012 zeigte durchweg positive Messergebnisse. Innerhalb kürzester Zeit verringerten sich die Temperaturen über den gesamten Bereich im Schnitt um 50 °C (Bild 5). Damit einhergehend ist auch der Ansatz im Drehrohr wesentlich stabiler, was vor allem bei betriebsbedingten Anlagenstörungen bzw. Ausfällen in der Sekundärbrennstoffversorgung deutlich wurde.

Abschließend lässt sich festhalten, dass durch die Entwicklung und Installation der Ofenmantelkühlung die Drehrohrofenanlangen weniger anfällig gegenüber Brennstoffschwankungen sind. Aufgrund der verbesserten Ansatzverhältnisse sind sowohl die feuerfeste Auskleidung als auch der Ofenmantel geringeren Belastungen ausgesetzt.

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