Modernisierungsarbeiten bei HeidelbergCement

Sonde mit automatischer Abreinigung für zuverlässige Rauchgasmessung

Burglengenfeld (ABZ). – Von 2016 bis 2018 modernisierte die HeidelbergCement AG ihr Werk in Burglengenfeld mit der bisher größten geplanten Einzelinvestition der Unternehmensgeschichte von mehr als 100 Millionen Euro. Das Ziel dieser Modernisierung, bei der unter anderem ein Wärmetauscherofen angeschafft wurde, war die Emissionsreduzierung, die fortlaufende Erhöhung des Anteils von Sekundärbrennstoffen und eine gleichbleibend gute Produktqualität.
Heidelberg Materials Unternehmen
Die Sonde ermöglicht aufgrund einer patentierten Drehvorrichtung sowie einer automatischen Abreinigung eine permanente Messung der Gase direkt im Drehrohr. Foto: Enotec

Eine Voraussetzung für die Realisierung dieser Ziele bilden unter anderem Daten aus der kontinuierlichen und präzisen Bestimmung der Rauchgasemissionen des neuen Zementdrehrohrofens. Da die Einlaufkammer zwischen Drehrohrofen und Zyklon-Vorwärmer in jedem Zementwerk einer der anspruchsvollsten Messorte ist, hat sich HeidelbergCement für den Einsatz einer besonders zuverlässigen Drehrohrofen-Einlaufsonde, der Cemtec der Enotec GmbH, entschieden. Dieses Messsystem zur Gasanalyse wurde speziell für die extremen Einsatzbedingungen in Zementwerken entwickelt. Aufgrund einer patentierten Drehvorrichtung sowie einer automatischen Abreinigung ermöglicht das System eine permanente Messung der Gase direkt im Drehrohr. Dadurch können die notwendigen Parameter dauerhaft und genau bestimmt werden.

Das Umbauvorhaben bei HeidelbergCement in Burglengenfeld wurde während des Betriebes der existierenden Ofenlinien durchgeführt. Für dieses Projekt benötigten die Ausführenden einen neuen fünfstufigen Wärmetauscherturm mit Kalzinator, einen verkürzten Drehrohrofen, zwei neue Mahlanlagen für Kalkstein (mit deutlich verringertem spezifischen Stromverbrauch) und einen neuen Gewebefilter mit einem Abscheidegrad von fast 100 Prozent. Als Resultate dieser Modernisierung waren die Senkung der Emissionen einschließlich der sicheren Einhaltung aller Grenzwerte, die deutliche Steigerung der Energieeffizienz, die Reduzierung der CO2-Emissionen durch den verbesserten Wirkungsgrad sowie eine gleichbleibende Produkt-Qualität avisiert.

Besonders die angestrebte Erhöhung der Sekundärbrennstoffaufgabe und der zusätzliche Kalzinator machten die permanent verfügbaren Messdaten einer Ofeneinlaufsonde wie des Modells von Enotec unentbehrlich. Auf Grundlage ihrer Messdaten werden die Mehl- und Brennstoffaufgabe, der Brennstoffmix und die Luftzufuhr beeinflusst. Das System erfasst und regelt dabei im Einzelnen den O2-, NOx- und CO-Gehalt. Dadurch wird die Klinkerqualität dauerhaft hoch gehalten, teilen die Verantwortlichen mit. "Wenn man ein klares Bild hat, was an der Ofeneinlaufkammer passiert, kann man eine sehr gute Korrelation zu anderen Prozessparametern herstellen und schnell Rückschlüsse und Verbesserungen ausführen", erläutert Valentin Hamar, Leiter Brennerei und Schichtbetrieb bei HeidelbergCement.

Die Cemtec-Sonde, die in Burglengenfeld für die Bestimmung der benötigten Parameter eingesetzt wird, besteht aus einer wassergekühlten Entnahmesonde, einem Drucklufttank, einem Rückkühler für das Kühlwasser, einem Regelschrank für die Kühlung, einem Vorort-Steuerschrank sowie einem Steuerschrank mit eingebauter SPS-Steuerung. Eine Besonderheit der Sonde ist, dass sie als einziges Modell auf dem Markt alle für den dauerhaften Massenbetrieb notwendigen Bewegungen voll automatisch ausführt, erläutern die Verantwortlichen. Dazu zählt das Ein- und Ausfahren und das Drehen um ± 45° ebenso wie das Stößeln und das Impulsreinigen. Alle Bewegungen werden über Druckluft umgesetzt, womit eine einzige Versorgungmethode den sicheren Betrieb der Sonde gewährleistet.

Bei einem Ausfall von Druckluft oder Spannungsversorgung sorgt ein 1000-Liter-Drucklufttank für ausreichend Reserve, um das sichere Ausfahren der Cemtec zu gewährleisten. Darüber hinaus gewährleistet eine akkubetriebene USV-Anlage (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) im Schaltschrank, dass die Sonde bei Spannungsausfall mithilfe der Steuerung in eine sichere Position fährt. Desweitern werden alle für die Sonde wichtigen Parameter wie Temperaturen und Drücke überwacht, um die Sonde im Notfall aus dem Prozess herauszufahren und ein Überhitzen zu verhindern.

Die Cemtec-Sonde zieht das Messgas über das innenliegende Sintermetall-Filterrohr aus dem Drehrohrofen. Anhaftungen von Staub auf dem inneren Filterrohr und in der Messgasöffnung werden durch das regelmäßige Stößeln entfernt – das bedeutet, dass das interne Filterrohr mittels zweier pneumatischer Zylinder regelmäßig axial ein- und ausgefahren wird. Das verhindert Rohmehl-Anbackungen an der Sondenspitze.

Dies ist für die zuverlässige Analyse entscheidend, da sonst heiße Anbackungen am Messgaseingang durch Oxidation des Rauchgases das gemessene O2 und CO senken und damit die Messwerte verfälschen. Alle zyklischen Funktionen der Cemtec – neben dem Stößeln, Drehen, Rückspülen sowie Ein- und Ausfahren – können die Mitarbeiter variabel über das Human Machine Interface (HMI) einstellen. Die Einstellungen können den jeweiligen Anforderungen der Ofenanlage angepasst werden. Das Messgas wird über die beheizte Entnahmeleitung in den Gasanalyse-Systemschrank gefördert und dem Analysator über eine vorgeschaltete Messgasaufbereitung getrocknet und gereinigt zugeführt. Laut Aussage der Verantwortlichen hat sich hier seit mehr als einem Jahr eine an die Cemtec-Sonde angepasste kalt-extraktive Analysenmessung mit verbesserter Messgasaufbereitung bewährt.

Die Cemtec wurde im März 2018 von Enotec in Burglengenfeld installiert. Die Montage verlief ohne Probleme und war innerhalb weniger Tage abgeschlossen. Die Sonde lieferte vom ersten Moment der Zündung an zuverlässig Messgas. Um die Gefahr von herabfallenden Anbackungen in der Ofeneinlaufkammer – eines der größten Risiken bei der Ofeneinlaufmessung – so gering wie möglich zu halten, wurde die Sonde nach Absprache zwischen Enotec, der Montagefirma vor Ort und HeidelbergCement durch eine feuerfeste Ausmauerung geschützt.

Mithilfe der Cemtec konnte HeidelbergCement eigenen Angaben zufolge alle Ziele der Modernisierung innerhalb einer sehr kurzen Betriebszeit erreichen. Die seit 2019 geltenden verschärften Grenzwerte in Bezug auf Stickoxide und Ammoniak-Emissionen können sicher eingehalten werden. Zudem wurde der Anteil der Sekundärbrennstoffe angehoben. Er werde sich in naher Zukunft auf die angestrebten 80 % belaufen, heißt es.

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