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Verfahrenstechnik 9/2017

Verfahrenstechnik 9/2017

TOP-THEMA I TITEL

TOP-THEMA I TITEL Kleines Kalkwerk mit großer Technik Effiziente Luftförderung im Kalkbrennofen Bei der Kalzination wird Calciumcarbonat zu Calciumoxid umgewandelt. Das endotherme Verfahren benötigt reichlich thermische Energie, weshalb Ofenbauer und Kalkwerke ständig auf der Suche nach effizienteren Verfahren sind. In Nordhessen wurde jetzt ein neuer Brennofen in Betrieb genommen. Die neue Anlage zählt auch dank der Drehkolbenverdichter zu den effizientesten Lösungen in der Branche. Autor: Thorsten Sienk, freier Fachjournalist, Bodenwerder Temperaturen zwischen 900 und 1 200 °C sind notwendig, damit aus Kalkstein Branntkalk wird. Kalzination bezeichnen Chemiker diesen entsäuernden Prozess, bei dem das Mineral Kohlenstoffdioxid abgibt. Vom Calciumcarbonat zum Calciumoxid: Das endotherme Verfahren benötigt reichlich thermische Energie, weshalb Ofenbauer und Kalkwerke ständig auf der Suche nach effizienteren Verfahren sind. In Nordhessen wurde bei Köhlerkalk jetzt ein neuer Brennofen in Betrieb genommen. Die von Qualical gebaute Anlage zählt auch dank der Drehkolbenverdichter von Aerzen zu den effizientesten Lösungen in der Branche. In Nordhessen brennen sie Dolomit, ein kristallines Mineralgemisch aus Calciumund Magnesiumcarbonat. Dieser Branntkalk ist vor allem für die Stahlindustrie besonders gut geeignet, weil sich der Magnesiumanteil im Dolomit als Oxid (MgO) bei der Stahlherstellung positiv auswirkt und beim Veredeln des Roheisens zum Stahl die Konverterwände schützt. Generell hat der zugesetzte Kalk die Aufgabe, den Schwefel in der Schmelze zu binden. Stahlkocher gehören deshalb zu den Stammkunden von Köhlerkalk aus dem hessischen Vockerode, östlich von Kassel. „Dolomitvorkommen gibt es nicht ganz so viele in Deutschland“, berichtet Christian Köhler, technischer Leiter des kleinsten Kalkwerks in Deutschland. Mit Blick auf die Zukunftssicherheit des Kalkstandorts im Werra-Meißner-Kreis hat das Familienunternehmen die Entscheidung getroffen, 2017 in einen neuen Ofen zu investieren. Den Auftrag dafür erhielten die Spezialisten von Qualical aus Italien.

01 Bei Köhlerkalk sorgt ein Maschinenpark aus Delta Hybrid und Delta Blower für die Prozessluft 02 Der Braunkohlestaub wird von Delta Blowern durch Brennerlanzen hindurch in den Brennofen geblasen 03 Technischer Leiter Christian Köhler setzt auf modernste Brenntechnik Konzipiert als Gleichstrom-Gegenstrom- Regenerativofen (GGR) zählt dieser Typ zu den energieeffizientesten Kalkbrennern nach BVT (beste verfügbare Technik, Bestandteil des Anlagenzulassungsrechts nach EU-Richtlinie 2010/75/EU über Industrieemissionen). War in der Vergangenheit für Köhlerkalk vor allem der Verbrauch an Koks die bestimmende Größe bei den Betriebskosten, sind es heute Braunkohlestaub und elektrische Energie. „Strom war für uns bis dato nie ein Thema“, blickt Köhler zurück. „Der alte Ofen funktioniert quasi mechanisch.“ Wenn die neue Anlage eingefahren ist, wird der Brennstoff nicht mehr zusammen mit dem Dolomitgestein schichtweise in den Ofen eingebracht und unter Feuer gesetzt, sondern mit verteilten Brennerlanzen direkt in die Kalzinierungszonen eingeblasen. Dafür sind Gebläse für die Transport- und Kühlluft genauso notwendig, wie für das Erzeugen der Prozessluft in den GGR-Ofen. Hybride Gebläselösung senkt Energieverbrauch gleich zu herkömmlichen Gebläsen bei der absolut ölfreien Luftförderung bis zu 15 % weniger Strom benötigt. Dieser sparsame Umgang mit elektrischer Energie wirkt sich bei Köhlerkalk spürbar auf die Effizienz der Gesamtproduktion aus – und dieses mit kurzen ROI- Zeiten von maximal vier bis fünf Jahren. Welchen Stellenwert die Gebläsetechnik in modernen GGR-Öfen einnimmt, wird beim Blick in den Maschinenraum des neuen Ofens deutlich. Für die Verbrennungsluft sind drei Delta Hybrid D 75 L (max. 132 kW, 4 000 m³/h, 1 000 mbar) im Einsatz. Weitere zwei Aggregate mit gleicher Leistung fördern kalte Außenluft, die von unten in den fertig kalzinierten Kalk geblasen wird, um diesen vor dem Austrag aus dem Ofen auf eine deutlich niedrigere Temperatur abzukühlen. Für das Kühlen der Brennerlanzen in den beiden Ofentürmen sowie die pneumatische Förderung des Braunkohlestaubes setzt Köhlerkalk weiterhin auf die Aerzen Baureihe Delta Blower. Weil die insgesamt drei Einheiten vom Typ GM25 S (max. 1 450 m³/h, 55 kW) deutlich weniger Leistung liefern, als die fünf Delta Hybrid Gebläse, hat sich das Unternehmen entschieden, hierbei kein Upgrade vorzunehmen. „Unser Ziel bestand darin, maximale Effizienzgewinne zu einem möglichst geringen Anstieg des Anlagenpreises zu erzielen“, blickt Köhler zurück. Spezielle Profile, exakte Drehzahlsteuerung „Traditionell sind in Brennöfen durchweg Drehkolbengebläse im Einsatz. Die arbeiten zwar sehr zuverlässig, verbrauchen aber recht viel Energie“, erklärt Francesco Cella, CTO von Qualical. Durch den Wechsel auf Drehkolbenverdichter ist es dem Anlagenbauer gelungen, im Zusammenspiel mit einer exakten Drehzahlsteuerung der Gebläse die notwendigen Luftmengen so energieeffizient wie nur möglich zur Ver- Das gezielte Einblasen der Braunkohle mit insgesamt 24 Brennerlanzen – je zur Hälfte verteilt auf die beiden Schächte – verbessert den thermischen Wirkungsgrad, weil die Kohle ihre Energie direkt an das Gestein abgibt. Begleitet wird die Kalzination von einer ausgefeilten Luftführung – der Gleichstrom-Gegenstrom-Regeneration (GGR). Diese Aufgabe übernehmen bei Köhlerkalk Drehkolbenverdichter der Aerzen-Baureihe Delta Hybrid. Die Hybridgebläse vereinen zwei Luftförderverfahren in einem Gerät: Das Roots-Prinzip als Volldruckverdichtung für niedrigen Druck und das Schraubenverdichter-Prinzip mit innerer Verdichtung für höheren Druck. Der Delta Hybrid basiert dabei konzeptionell auf den bekannten und erfolgreichen Aerzen-Baureihen Delta Blower und Delta Screw. Aerzen hat errechnet, dass der Drehkolbenverdichter im Verfügung zu stellen. Aufgrund der speziellen Schraubendichterprofile ist der Delta Hybrid in der Lage, nur durch mechanische Kompression Energie einzusparen. Zum ersten Mal ist es im Niederdruckmarkt gelungen, solch eine bedeutende Einsparung ohne Qualitätseinbußen und Minderung der Zuverlässigkeit der Drehkolbengebläse zu erzielen. „Wir pflegen zu Aerzen eine langjährige Partnerschaft und verfolgen dabei eine Vision, die gekennzeichnet ist von Qualität, Zuverlässigkeit und Innovation.“ Dieser Anspruch mündete bei diesem Projekt in einer sehr engen Zusammenarbeit von Qualical und Aerzen bereits im frühen Entwicklungsstadium. Hierbei wurden Prozessdaten analysiert, simuliert und die Ergebnisse letztlich auf die Gebläsetechnik reflektiert. „Der Erfolg ist das Ergebnis eines sehr vertrauensvollen und umfassenden Informationsaustausches. Wir können sehr gut Kalk brennen, Aerzen sehr gut Prozessluft erzeugen – das passt zusammen“, freut sich Carlo Cello, CEO von Qualical. Die neue Anlage bei Köhlerkalk zeigt anschaulich, wie sich ökonomische Vorteile, Nachhaltigkeit und steigende Produktqualität in Einklang bringen lassen. Auch wenn die Hybridtechnologie beim Blick auf die Hardwarekosten zunächst aufwändiger ist als die herkömmliche Gebläsetechnik, so sprechen die spürbar sinkenden Betriebskosten dafür, in Delta Hybrid Drehkolbenverdichter zu investieren. Aus Betreibersicht ist Christian Köhler davon überzeugt, dass den Hybridgebläsen im Ofenbau für die Kalkverarbeitung generell die Zukunft gehört. „Unser Ofen ist der erste in Deutschland, mit dem im GGR-Verfahren Dolomit gebrannt wird. Wir gehören quasi zu den Pionieren und sind gespannt, wie hoch der Effizienzgewinn nach dem Einlaufbetrieb letztlich ausfallen wird.“ Halle 4, Stand 271 www.aerzen.com VERFAHRENSTECHNIK 9/2017 17

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