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Modellierung der Anreicherung von Nebenkomponenten in Zementdrehrohröfen mit Hilfe von thermochemischen und Strömungssimulationswerkzeugen

Bei der Zementherstellung wird ein pulverförmiges Rohmehl in einer Drehrohrofenanlage auf ca. 1400 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur werden die eigentlichen Zementphasen gebildet. Der Drehrohrofen wird durch eine Kohle-, Öl- oder Gasflamme beheizt. Dadurch, dass Verbrennungsluft und Feststoff in der Anlage im Gegenstrom geführt werden, werden flüchtige Bestandteile der Roh- und Brennstoffe, die in heißen Ofenzonen verdampfen, mit der Gasphase wieder zurück in kühlere Bereiche transportiert. Dort kondensieren sie und bilden eine Schmelze, die das pulverförmige Aufgabegut verklebt und so Ansätze an den Ofenwänden verursacht. Außerdem verbleiben die Flüchtigen in der Anlage und reichern sich in Verdampfungs-Kondensationskreisläufen an, was die Ansatzbildung weiter verstärkt. Die Anwendung der entwickelten Methodik zur Simulation von Hochtemperaturprozessen auf den Klinkerbrennprozess ermöglicht eine detaillierte Abbildung des Prozesses.

Die durch die großen Stoffsysteme sehr komplexen chemischen Verhältnisse in der Zementanlage können wegen der langen Verweilzeit der Rohstoffe bei hohen Temperaturen zutreffend durch thermochemische Gleichgewichte beschrieben werden. Das Verhalten der Anlage kann so in Abhängigkeit von Roh- und Brennstoffzusammensetzungen sowie von Betriebsparametern modelliert werden. Der stationäre Zustand der im Gegenstrom betriebenen Anlage wird durch ein iteratives Verfahren berechnet. Das Ausbilden von Alkali- und Schwefelkreisläufen in der Anlage wird gut abgebildet. Die entwickelte Simulationsmethodik gibt insbesondere die Möglichkeit, Betriebspunkte zu beschreiben, die vom Auslegungspunkt abweichen, wie sie z.B. beim Einsatz von neuen Roh- und Brennstoffen auftreten.