Calcia optimiert den Klinkerbrennungsprozess mit einem Ofen-Einlaufsystem

Die Hauptaufgaben von Prozessgasanalysatoren am Ofeneinlauf in Zementwerken sind folgende:

• Messen der Zusammensetzung des Prozessgases im rotierenden Teil des Ofens

• Regelung des Luftüberschussverhältnisses (O₂) am Ofeneinlauf

• Regelung der Kohlenmonoxidkonzentration (CO) und der Verbrennungsqualität

• Überwachung der NO- und NO2-Konzentrationen für die Emissions- und Temperaturregelung

• Überwachen flüchtiger Schwefelverbindungen (SO₂)

• Übertragung von Informationen über die Konzentrationen der oben genannten Gase zur Brennersteuerung, zur Anpassung der Brennstoff- und Rohstoffmischung sowie zur Prozessgassregelung.

Neben diesen Funktionen haben andere Kunden von der Fähigkeit des Analysesystems profitiert, durch die Messung der Chlorwasserstoffkonzentration (HCl) im Brennofen Einblicke in den internen Chlorzyklus zu bekommen, was den Anlagenbetreibern dabei hilft, Verstopfungsprobleme aufgrund hoher Chlorflüchtigkeit zu reduzieren. Darüber hinaus sind diese Informationen nützlich, um den Volumenstrom des Chlor-Bypassgases zu begrenzen und so die HCl-Emissionen niedrig zu halten.

Messungen in rauen Umgebungen mit Staubkonzentrationen von bis zu 2.000 Gramm pro Kubikmeter (g/m³) und Temperaturen von fast 1.400 °C stellen eine Herausforderung dar; doch die Hochtemperatur Gasentnahmesonde SCP3000 mit ihrer wassergekühlten Sonde und ihrer hochwirksamen Selbstreinigungsfunktion ist jedoch eine zuverlässige Lösung für die Gasentnahme am Ofeneinlass. Dank ihrer speziellen Konstruktion und des Hochdruck-Rückspülsystems wird ein Verstopfen der Sonde selbst bei Einsatz in Ofengasen mit hohem Staubgehalt und großen Mengen an Chlor- und Schwefelverbindungen verhindert. Der optimierte und verstärkte Gaseinlass an der Sonde ist in einem Winkel entgegen der Gasströmung angebracht, wodurch das direkte Eindringen von Staub und Partikeln in das Entnahmesystem minimiert wird. Dies schützt das hochkorrosionsbeständige Sondenrohr, das in Längen von 2,5 bis 4 Metern erhältlich ist, vor Abrieb und Verstopfung.

Endress+Hauser ist einer der wenigen Anbieter, die Komplettlösungen für Gasentnahmesonden und Analysatoren anbieten. Darüber hinaus verfügt das Unternehmen über die längste Erfahrung mit Gasanalysatoren am Ofeneinlauf von Zementdrehrohröfen, die auf der Hot-Wet-Messtechnik basieren. Mit dem Mehrkomponenten-Gasanalysator MCS300P HW und seinem nicht-dispersiven Infrarot (IR)-Photometer können Zementhersteller bis zu 6 aktive Gaskomponenten im IR-Bereich, und sowie Sauerstoff messen. Für Anwendungen am Ofeneinlass ist das Analysesystem in der Regel so konfiguriert, dass es alle verbrennungsrelevanten Gaskomponenten wie O₂, CO, CH₄ (bei Verwendung von Erdgas), NO, CO₂ sowie Prozessparameter wie SO₂, HCl und NH₃ misst. Dank der Hot-Wet-Messtechnik wird der Gasweg von der Probenahmesonde bis zum Gasanalysator vollständig beheizt. Dies gewährleistet, dass die entnommenen Gase stets oberhalb ihres Taupunkts verbleiben, wodurch Risiken im Zusammenhang mit Kondensatbildung – wie etwa Säurekorrosion oder Verstopfungen der Leitungen – minimiert werden. Da die Gasprobe nicht gekühlt wird, können sogar wasserlösliche Komponenten wie NH3, HCl und SO2 mit einer einzigen Messzelle und ohne aufwändige Gasaufbereitung oder rechnerische Korrekturen gemessen werden. Zudem erfordert die Hot-Wet-Technologie von Endress+Hauser keine zusätzlichen Gaskühler, speziellen Säurefilter undWasserabscheider. Ein Wasserstoffperoxid-Dosiersystem, um korrosives SO2 aus dem Prozessgas zu entfernen, ist ebenfalls nicht notwendig. Dies reduziert den Wartungsaufwand und den Verbrauch von Verbrauchs- und Ersatzteilen.

Die Kombination aus der Hochtemperatur-Gasentnahmesonde SCP3000 und dem Mehrkomponenten Hot-Wet-Gasanalysator MCS300P ermöglicht es, die Herausforderungen bei der Gasmessung am Ofeneinlass in Zementwerken zu bewältigen – unabhängig von hohen Gastemperaturen, hoher Staubbeladung oder korrosiven Gasen – ohne dass komplexe und wartungsintensive Probenaufbereitungssysteme erforderlich sind. Die automatisierten Selbstreinigungs- und Selbstjustierungsfunktionen des Analysesystems gewährleisten eine hohe Verfügbarkeit und führen zu deutlich niedrigeren Betriebskosten als bei herkömmlichen Systemen auf Basis der Kalt-Trocken-Messtechnik, bei denen die Gasprobenaufbereitung in der Regel sehr komplex und wartungsaufwendig ist. Dadurch können die Betriebskosten der Hot-wet-Messtechnik bis zu 40 % niedriger sein als die von Systemen auf Basis der Kalt-Trocken-Messtechnik. Das System ist für den Einsatz mit schwierigen Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt (z. B. Petrolkoks) und alternativen Brennstoffen (Reifen, RDF, Öle, Holzhackschnitzel, medizinische Abfälle usw.) optimiert und somit auch in hochaggressiven Messatmosphären zuverlässig einsetzbar.

©Endress+Hauser

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Calcia plant, in Zukunft die Condtions Monitoring Lösung von Endress+Hauser einzuführen, einen neuen digitalen Dienst, der die Verfügbarkeit des Prozessgasanalysesystems am Ofeneinlauf erhöht. Monitoring Box ist eine digitale Lösung zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Geräten und Anlagen sowie des Prozesses selbst. Wichtige Daten von angeschlossenen Geräten werden vom Gateway erfasst, verschlüsselt und über Mobilfunk, LAN oder WLAN zur weiteren Verarbeitung an einen sicheren Cloud-Host gesendet.

Die zustandsorientierte Instandhaltung überwacht alle wichtigen Parameter, die Aufschluss über den Zustand des gesamten Systems geben – einschließlich des Gasanalysators, des Probeentnahmesystems und aller Zusatzgeräte wie des wassergekühlten Kühlsystems für das Gasentnahmeschlauchrohr oder der speicherprogrammierbaren Steuerung.

Diese erfassten Daten können in der Web-Anwendung der Zustandsüberwachung angezeigt und ausgewertet werden. Wesentliche Veränderungen beim Zustand des Geräts werden überwacht, sodass das Wartungspersonal rechtzeitig eingreifen und die Systemverfügbarkeit gewährleisten kann. Der Service der Zustandsüberwachung verbessert damit die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Anlage und trägt dazu bei, ungeplante Ausfälle und Stillstandszeiten zu vermeiden. Im Rahmen eines Servicevertrags können verbundene Geräte als Option auch durch Endress+Hauser überwacht werden.

Diese Informationen ermöglichen es, Probleme zu erkennen, bevor sie auftreten. Für die Betreiber bedeutet dies eine längere Lebensdauer des Systems und eine schnellere Amortisation der Investition. Darüber hinaus ermöglicht diese Lösung Endress+Hauser, die Wartung zu optimieren und eine sofortige Fehlerbehebung sicherzustellen, wodurch Reisekosten und Arbeitsstunden für Wartungstechniker reduziert werden.

Diese Einsparungen kommen direkt dem Zementhersteller zugute. Gründliche Fernüberprüfungen verbessern zudem die Qualität der Daten aus den Analysesystemen. Diese Verbesserungen steigern die allgemeine Wartungseffizienz und können die Lebensdauer der des kompletten Gasentnahmesystems verlängern.

Dank der guten Beziehung zwischen SICK und Calcia sowie vielen anderen Zementwerken der Heidelberg Materials Group weltweit wurde das Werk in Couvrot am Ofeneinlauf mit dem Prozessgasanalysesystem SCPS3300 ausgestattet, bestehend aus einer Gasentnahmesonde SCP3000 und einem extraktiven Hot-wet-Mehrkomponenten-Gasanalysator MCS300P – der am besten geeignete Lösung für diese wichtige und anspruchsvolle Messaufgabe. Auch die Standorte Beaucaire und Airvault haben diese Lösung installiert.