DE102020215492A1 - Process for the optimized combustion of substitute fuels in a device for the thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermische Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, wobei zur Herstellung wenigstens ein erster Ersatzbrennstoff verwendet wird, wobei der erste Ersatzbrennstoff an einem ersten Aufgabebereich 40 aufgegeben wird, wobei der erste Ersatzbrennstoff von dem ersten Aufgabebereich 40 zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer ersten Fördervorrichtung 50 transportiert wird, wobei als erste Fördervorrichtung 50 eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt wird, wobei der erste Ersatzbrennstoff mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden ersten Sensors 60 erfasst wird, wobei der erste Sensor 60 oberhalb der ersten Fördervorrichtung 50 angeordnet ist, wobei aus der durch den ersten Sensor 60 erfassten Information eine ortsaufgelöste Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes ermittelt wird, wobei aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes ein erster Brennwert abgeschätzt wird, wobei für die benötigte Heizenergie im ersten Verbrennungsbereich ein erster Wert vorgegeben wird, wobei der erste Stoffstrom des ersten Ersatzbrennstoffes des abgeschätzten ersten Brennwertes über die Anpassung des Stoffstromes auf die vorgegebene Heizenergie angepasst wird.The present invention relates to a method for the thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker, in which at least one first alternative fuel is used for the production, the first alternative fuel being fed in at a first feed area 40, the first alternative fuel being fed from the first feed area 40 is transported to a first combustion area with at least one first conveyor device 50, with a continuously transporting conveyor device being selected as the first conveyor device 50, with the first alternative fuel being detected by means of a first sensor 60 with at least linear resolution, with the first sensor 60 above the first conveyor device 50 is arranged, wherein from the information detected by the first sensor 60 a spatially resolved material information of the first substitute fuel is determined, wherein from the spatially resolved material information of the first substitute fuel fuel, a first calorific value is estimated, with a first value being specified for the required heating energy in the first combustion region, with the first material flow of the first substitute fuel being adapted to the estimated first calorific value by adjusting the material flow to the specified heating energy.
Description
Die Erfindung betrifft ein aktives Regelungsverfahren zur Ermittlung des Brennwertes eines Ersatzbrennstoffes und Steuerung des Stoffstroms in Abhängigkeit davon.The invention relates to an active control method for determining the calorific value of a substitute fuel and for controlling the material flow as a function thereof.
Ersatzbrennstoffe sollen Primärbrennstoffe, beispielsweise Kohle und Öl, ersetzen, zum einen aus Kostengründen, zum anderen, um wertvolle Ressourcen zu schonen und damit CO2 Emissionen zu minimieren. Aufgrund des in den Ersatzbrennstoffen erhaltenen biogenen Anteils gelten diese mindestens teilweise als erneuerbare Brennstoffe.Substitute fuels are intended to replace primary fuels such as coal and oil, on the one hand for cost reasons, on the other hand to conserve valuable resources and thus minimize CO2 emissions. Due to the biogenic content contained in the refuse-derived fuels, these are at least partially considered to be renewable fuels.
Nachteil von Ersatzbrennstoffen ist jedoch, dass diese Ersatzbrennstoffe typischer Weise inhomogen sind, beispielsweise bestehen Siedlungsabfälle aber auch aus Gewerbeabfällen aufbereitete Fraktionen aus einer Vielzahl an möglichen Stoffen. Diese weisen sehr unterschiedliche Brennwerte auf. Hinzu kommt, dass der Feuchtegehalt einen sehr großen Einfluss auf den Brennwert hat, da durch den Verlust an Energie zur Verdampfung und Erhitzung des Wassers diese Energie für einen folgenden Prozess, beispielsweise die thermische Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, nicht zur Verfügung steht.The disadvantage of alternative fuels, however, is that these alternative fuels are typically inhomogeneous, for example municipal waste but also fractions processed from commercial waste consist of a large number of possible substances. These have very different calorific values. In addition, the moisture content has a very large influence on the calorific value, since the loss of energy for the evaporation and heating of the water means that this energy is not available for a subsequent process, for example the thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker Available.
Rechnet man daher mit einem mittleren Brennwert, so ergeben sich Prozessschwankungen dadurch, dass zeitweise mehr Energie durch den Ersatzbrennstoff zugeführt wird und mal weniger und es so beispielsweise zu Temperaturschwankungen im System kommt. Zwar kann die Zugabe von Ersatzbrennstoffen anhand der realen Temperatur angepasst werden, dieses führt jedoch noch immer zur Schwankungen im Prozess, da die Steuerung immer nur auf bereits eingetretene Veränderungen reagieren kann.If one calculates with an average calorific value, process fluctuations result from the fact that at times more energy is supplied by the substitute fuel and at times less, which can lead to temperature fluctuations in the system, for example. Although the addition of substitute fuels can be adjusted based on the real temperature, this still leads to fluctuations in the process, since the controller can only react to changes that have already occurred.
Daher wurden Verfahren entwickelt, um die Zusammensetzung von Ersatzbrennstoffen online zu ermitteln.For this reason, methods were developed to determine the composition of alternative fuels online.
Aus der
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Es ist somit bekannt, die Zusammensetzung und damit den ungefähren Brennwertes eines Ersatzbrennstoffes online zu ermitteln.It is therefore known to determine the composition and thus the approximate calorific value of a substitute fuel online.
Aufgabe der Erfindung ist es, die automatische online Erkennung von Ersatzbrennstoffen optimal in einen Prozess zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker einzubinden.The object of the invention is to optimally integrate the automatic online detection of alternative fuels into a process for the thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.This problem is solved by the method with the features specified in claim 1 . Advantageous developments result from the dependent claims, the following description and the drawings.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Behandlung anorganischer Stoffe, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, wird wenigstens ein erster Ersatzbrennstoff verwendet.At least one first alternative fuel is used in the method according to the invention for the thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker.
Ersatzbrennstoffe sind Brennstoffe, die aus Abfällen gewonnen werden. Dabei kann es sich sowohl um feste, flüssige oder gasförmige Abfälle handeln, die in unterschiedlicher Aufbereitungstiefe aufbereitet sind. Die zur Herstellung von Ersatzbrennstoff verwendeten Abfälle können beispielsweise aus Haushalten, Industrie oder Gewerbe stammen. Unter den Begriff Ersatzbrennstoff fallen sämtliche nicht-fossilen Brennstoffe. Sie können aus selektiv gewonnenen, produktionsspezifischen (Gewerbe-)Abfällen wie auch aus unspezifischen Abfallgemischen, wie Siedlungsabfall, hergestellt werden. Beispielsweise werden die aus ausgewählten Stoffströmen gezielt aufbereiteten Sekundärbrennstoffe aufgrund der höheren Qualitätsanforderungen durch anspruchsvolle Verarbeitungstechnologien maßgeblich in den Zementkraftwerken eingesetzt. Mit Energieanteilen von heute beispielsweise in Deutschland ungefähr 70 % und darüber eignen sich Rohabfälle wie Altreifen, Kunststoffe, Industrie- und Gewerbeabfälle sowie Tiermehl und Tierfette zur Ersatzbrennstoffaufbereitung für den Einsatz in der Zementindustrie. Mit geringeren Energieanteilen werden unter anderem auch Altöl, Lösungsmittel sowie Siedlungsabfälle für die Aufbereitung genutzt.Substitute fuels are fuels that are obtained from waste. This can be solid, liquid or gaseous waste that is processed in different depths. The waste used to produce RDF can come from households, industry or commerce, for example. The term RDF includes all non-fossil fuels. They can be produced from selectively obtained, production-specific (commercial) waste as well as from non-specific waste mixtures such as municipal waste. For example, the secondary fuels that are specifically processed from selected material flows are mainly used in cement power plants due to the higher quality requirements using sophisticated processing technologies. With an energy share of around 70% or more in Germany today, raw waste such as used tires, plastics, industrial and commercial waste as well as animal meal and animal fats are suitable for processing RDF for use in the cement industry. With lower energy shares, waste oil, solvents and municipal waste, among other things, are also used for processing.
Hieraus ergibt sich, dass Ersatzbrennstoffe in der Regel inhomogen sind, also aus verschiedenen Stoffen mit verschiedenen Brennwerten bestehen und schwankende Feuchtigkeitsgehalte aufweisen.This means that RDFs are usually inhomogeneous, i.e. they consist of different substances with different calorific values and fluctuating moisture content.
Der erste Ersatzbrennstoff wird an einem ersten Aufgabebereich aufgegeben. Beispielsweise kann der erste Ersatzbrennstoff durch einen Radlader oder einen Kran aufgegeben werden. Ebenso kann der Ersatzbrennstoff aus einem Bunker aufgegeben werden, welcher beispielsweise durch Lastkraftwagen diskontinuierlich befüllt wird. Weiter kann der Ersatzbrennstoff direkt oder indirekt über ein Zwischenlager aus einer Ersatzbrennstoffaufbereitungsanlage aufgegeben werden.The first refuse-derived fuel is fed into a first feed area. For example, the first substitute fuel can be fed in by a wheel loader or a crane. Likewise, the substitute fuel can be fed from a bunker, which is filled discontinuously, for example, by trucks. Furthermore, the refuse-derived fuel can be fed directly or indirectly via an interim storage facility from a refuse-derived fuel processing plant.
Der erste Ersatzbrennstoff wird von dem ersten Aufgabebereich zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer ersten Fördervorrichtung transportiert.The first substitute fuel is transported from the first feed area to a first combustion area with at least one first conveyor device.
Der erste Verbrennungsbereich kann beispielsweise ein Brenner am Calcinator sein. Brenner ist im Sinne der Erfindung breit zu verstehen und umfasst jede Vorrichtung zur Verbrennung eines Ersatzbrennstoffes. Daher können sehr unterschiedliche Brenner verwendet werden, insbesondere nach Art der Ersatzbrennstoffe. Ist der Ersatzbrennstoff flugfähig, so kann dieser beispielsweise durch ein Rohr mittels eines Gasstromes in den Brenner eingetragen werden. Insbesondere für feste Brennstoffe ist ein Brenner anders aufgebaut, beispielsweise weist ein Brenner für solche Ersatzbrennstoffe ein wanderndes Gitter als tragendes Element auf, durch das beispielsweise auch nicht brennbare Reststoffe oder Verbrennungsprodukte entfernt werden können. Derartige Brenner sind dem Fachmann je nach verwendetem Ersatzbrennstoff geläufig.The first combustion area can be, for example, a burner on the calciner. Burner is to be understood broadly within the meaning of the invention and includes any device for burning a substitute fuel. Therefore, very different burners can be used, especially according to the type of substitute fuel. If the substitute fuel is capable of flying, it can be introduced into the burner, for example, through a pipe by means of a gas stream. In particular for solid fuels, a burner has a different structure, for example a burner for such substitute fuels has a moving grid as a supporting element, through which, for example, non-combustible residues or combustion products can also be removed. Such burners are familiar to those skilled in the art depending on the substitute fuel used.
Als erste Fördervorrichtung wird eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt, beispielsweise ein Förderband. Die erste Fördervorrichtung kann somit zwei Aufgaben übernehmen. Zum einen transportiert diese den ersten Ersatzbrennstoff. Zum anderen stellt die erste Fördervorrichtung auch eine Speichervorrichtung für den ersten Ersatzbrennstoff dar, was sich aus der Menge des aufliegenden Materials an Ersatzbrennstoff und der Fördergeschwindigkeit ergibt. Diese Nutzbarkeit als Puffer, als kurzfristiger Speicher, ist sehr wichtig für dieses Verfahren.A continuously transporting conveyor device, for example a conveyor belt, is selected as the first conveyor device. The first conveyor can thus take on two tasks. On the one hand, this transports the first substitute fuel. On the other hand, the first conveying device also represents a storage device for the first substitute fuel, which results from the amount of substitute fuel material lying on it and the conveying speed. This usability as a buffer, as a short-term storage, is very important for this method.
Der erste Ersatzbrennstoff wird mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden ersten Sensors erfasst. Der erste Sensor ist oberhalb der ersten Fördervorrichtung angeordnet. Aus der durch den ersten Sensor erfassten Information wird eine ortsaufgelöste Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes ermittelt. Solche Sensoren und Verfahren sind prinzipiell bekannt und werden beispielsweise beim Kunststoffrecycling eingesetzt. Hierbei kommt es erfindungsgemäß nicht darauf an, die einzelnen Stoffe genau zu identifizieren, vielmehr reicht hier eine Grobklassifikation, beispielsweise in Holz, Pappe, Papier, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polystyrol (PS), Glas, Keramik, Metall, Wasser, biologisches Material. Diese können gegebenfalls auch zusammengefasst werden, beispielsweise Holz, Pappe und Papier in einer ersten Gruppe, Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) in einer zweiten Gruppe und Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Polystyrol (PS) in einer dritten Gruppe. Hierbei kommt es nur darauf an, dass die Gruppen in sich einen ausreichend gleichen Brennwert haben. Ebenso kann es sinnvoll sein, Gruppen mit einheitlicher Schadstofffracht zu bilden, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) und andere chlorierte Polymere hinsichtlich der Chlor-Fracht.The first refuse-derived fuel is detected by means of a first sensor with at least linear resolution. The first sensor is arranged above the first conveyor. From the information recorded by the first sensor, a spatially resolved material information of the first alternative fuel is determined. Such sensors and methods are known in principle and are used, for example, in plastics recycling. According to the invention, it is not important to identify the individual substances precisely, but rather a rough classification, for example into wood, cardboard, paper, polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyurethane (PU), acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS), polystyrene (PS), glass, ceramics, metal, water, biological material. These can optionally also be grouped together, for example wood, cardboard and paper in a first group, polyethylene (PE) and polypropylene (PP) in a second group and butadiene-styrene copolymer (ABS) and polystyrene (PS) in a third group. It is only important that the groups have a sufficiently equal calorific value. It can also make sense to form groups with a uniform pollutant load, for example polyvinyl chloride (PVC) and other chlorinated polymers with regard to the chlorine load.
Neben der Ortsauflösung erfolgt natürlich auch eine zeitliche Auflösung der Stoffinformation, wobei auf einer Fördervorrichtung über die Geschwindigkeit entlang der Förderrichtung eine Korrelation zwischen der Zeitauflösung und der Ortsauflösung besteht.In addition to the spatial resolution, there is of course also a temporal resolution of the substance information, with a correlation between the temporal resolution and the spatial resolution being present on a conveying device via the speed along the conveying direction.
Ortsaufgelöst ist im Sinne der Erfindung aber so zu verstehen, dass wenigstens quer zur Förderrichtung ortsaufgelöst die Stoffinformation erfasst wird. Ersatzbrennstoffe sind üblicherweise inhomogen, sodass die Erfassung an lediglich einem Punkt quer zur Förderrichtung nur eine sehr schlechte Aussage über den gesamten Ersatzbrennstoff erlaubt. Besonders bevorzugt erfolgt die Ortsauflösung entlang der gesamten Förderbreite, sodass eine möglichst zuverlässige Aussage über den Ersatzbrennstoff getroffen werden kann.In terms of the invention, spatially resolved is to be understood in such a way that the material information is recorded spatially resolved at least transversely to the conveying direction. RDFs are usually inhomogeneous, so that detection at just one point transverse to the conveying direction only allows a very poor statement to be made about the entire RDF. The local resolution is particularly preferably carried out along the entire conveying width, so that a statement that is as reliable as possible can be made about the refuse-derived fuel.
Selbstverständlich kann auch eine zweidimensionale Erfassung erfolgen, sodass bei jeder Messung sowohl eine Ortsauflösung quer zur Förderrichtung als auch längs der Förderrichtung erzielt wird. Dieses kann besonders bevorzugt sein, wenn die Erfassung nicht mit einer parallelen Strahlführung erfolgt, sondern beispielsweise mittels einer Kamera mit einer Linse für kurze Brennweiten. Dieses hat den Vorteil, dass bei einer sehr rauen Oberfläche des geförderten Ersatzbrennstoffes eine Erfassung auch leicht seitlich erfolgen kann, sodass gegebenenfalls eine genauere Ermittlung möglich ist.Of course, a two-dimensional detection can also take place, so that with each measurement a spatial resolution is achieved both transversely to the conveying direction and along the conveying direction. This can be particularly preferred if the detection does not take place with a parallel beam guidance, but for example by means of a camera with a lens for short focal lengths. This has the advantage that, if the surface of the RDF being conveyed is very rough, it can also be detected slightly from the side, so that a more precise determination is possible if necessary.
Aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes wird ein erster Brennwert abgeschätzt. Hierbei ist der Vorteil, dass durch die erste Fördervorrichtung ein Zwischenspeicher zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich gebildet wird, sodass exakt vorhersagbar ist, wann welcher Ersatzbrennstoff mit welchem Brennwert in welcher Menge in den ersten Verbrennungsbereich gelangt.A first calorific value is estimated from the spatially resolved substance information of the first substitute fuel. The advantage here is that the first conveying device forms an intermediate store between the first sensor and the first combustion area, so that it is possible to predict exactly when which alternative fuel with what calorific value and in what quantity will reach the first combustion area.
Für die benötigte Heizenergie im ersten Verbrennungsbereich wird ein erster Wert vorgegeben. Dieser Wert kann schwanken, beispielsweise in Abhängigkeit von der Auslastung, der Art und Menge der eingesetzten Edukte und dem gewünschten Produkt beziehungsweise der gewünschten Produktqualität oder anderer dem Prozess zugeführten Brennstoffe. Hierzu können auch weitere Sensoren zur Bestimmung der Edukte und/oder Eduktqualität sowie zur Produktqualität eingesetzt werden.A first value is specified for the required heating energy in the first combustion area. This value can vary, for example depending on the capacity utilization, the type and amount of the starting materials used and the desired product or the desired product quality or other fuels fed to the process. To this end, other sensors can also be used to determine the educts and/or educt quality and product quality.
Der erste Stoffstrom des ersten Ersatzbrennstoffes des abgeschätzten ersten Brennwertes wird über die Anpassung des Stoffstromes auf die vorgegebene Heizenergie angepasst. Beispielsweise und insbesondere kann der Stoffstrom durch eine Anpassung der Fördergeschwindigkeit der ersten Fördervorrichtung angepasst werden. Weitere Anpassungsmöglichkeiten, die auch im Folgenden weiter ausgeführt werden, sind die Zugabe von energiereichen Brennstoffen zum Stoffstrom oder die Mischung verschiedenere Stoffströme aus Ersatzbrennstoffen nach deren Brennwert. Hierdurch gelangt jeweils exakt die Menge an Ersatzbrennstoff in den ersten Verbrennungsbereich, die benötigt wird, um die für die Prozessführung richtige Temperatur zu halten. Die Regelung erfolgt also nicht erst nachgelagert, sodass es nur zu wesentlich geringeren Temperaturschwankungen kommt. Weiter ist es nicht notwendig, weitere Bauteile zu integrieren, da eine Anpassung alleine über die Fördergeschwindigkeit der ersten Fördervorrichtung, im einfachsten Fall die Laufgeschwindigkeit eines Förderbandes, geregelt wird. Weitere Anpassungen können beispielsweise durch die relative Anpassung paralleler Stoffströme gegeben sein. Ebenso können Zwischenspeicher oder Mischvorrichtungen als Vorrichtungen zur Anpassung des Stoffstromes, insbesondere zur Homogenisierung, verwendet werden. Ebenfalls eine Möglichkeit der Anpassung des Stoffstromes ist durch die selektive Entfernung gegeben. Beispielsweise können Bereiche mit sehr geringem Heizwert oder sehr hoher Schadstoffbelastung ausgeschleust werden, um einen bessern durchschnittlichen Brennwert zu erzielen.The first material flow of the first refuse-derived fuel of the estimated first calorific value is adjusted to the specified heating energy by adjusting the material flow. For example and in particular, the material flow can be adjusted by adjusting the conveying speed of the first conveying device. Other adjustment options, which are also explained in more detail below, are the addition of high-energy fuels to the material flow or the mixing of different material flows from substitute fuels according to their calorific value. As a result, exactly the amount of substitute fuel that is required to maintain the right temperature for the process gets into the first combustion area. The control is therefore not carried out downstream, so that there are only significantly lower temperature fluctuations. Furthermore, it is not necessary to integrate further components since an adjustment is regulated solely via the conveying speed of the first conveying device, in the simplest case the running speed of a conveyor belt. Further adjustments can be made, for example, by the relative adjustment of parallel material flows. Likewise, intermediate storage or mixing devices can be used as devices for adjusting the material flow, in particular for homogenization. Another way of adjusting the material flow is through selective removal. For example, areas with a very low calorific value or very high levels of pollution can be ejected in order to achieve a better average calorific value.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird an einem zweiten Aufgabebereich der erste Ersatzbrennstoff oder ein zweiter Ersatzbrennstoff aufgegeben. Wird in beide Aufgabeorte der gleiche Ersatzbrennstoff aus der gleichen Quelle aufgegeben, so unterscheiden sich die Stoffströme dennoch durch die üblichen Schwankungen in den Ersatzbrennstoffen. Es können aber auch gezielt unterschiedliche Ersatzbrennstoffe gewählt werden, die sich insbesondere im mittleren Brennwert und damit üblicherweise auch im Preis unterscheiden. Beispielsweise kann als erster Ersatzbrennstoff Hausmüll und als zweiter Ersatzbrennstoff Industriemüll ausgewählt werden. Weiter beispielhaft kann als erster Ersatzbrennstoff Biomüll ausgewählt werden und als zweiter Ersatzbrennstoff Kunststoffmüll.In a further embodiment of the invention, the first alternative fuel or a second alternative fuel is fed in at a second feed area. If the same substitute fuel from the same source is fed into both feed points, the material flows still differ due to the usual fluctuations in the substitute fuels. However, different substitute fuels can also be selected in a targeted manner, which differ in particular in terms of their average calorific value and therefore usually also in terms of price. For example, household waste can be selected as the first alternative fuel and industrial waste can be selected as the second alternative fuel. As a further example, biowaste can be selected as the first substitute fuel and plastic waste as the second substitute fuel.
Der Ersatzbrennstoff wird von dem zweiten Aufgabebereich zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer zweiten Fördervorrichtung transportiert. Als zweite Fördervorrichtung wird eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt. Der Ersatzbrennstoff wird mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden zweiten Sensors erfasst, wobei der zweite Sensor oberhalb der zweiten Fördervorrichtung angeordnet ist. Aus der durch den zweiten Sensor erfassten Information wird eine ortsaufgelöste Stoffinformation des Ersatzbrennstoffes ermittelt. Aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des Ersatzbrennstoffes wird ein zweiter Brennwert abgeschätzt. Der zweite Stoffstrom des Ersatzbrennstoffes wird anhand des abgeschätzten zweiten Brennwertes über die Anpassung der Fördergeschwindigkeit der zweiten Fördervorrichtung auf die vorgegebene Heizenergie angepasst. Dieser Bereich der Vorrichtung ist bevorzugt gleich zu dem ersten Bereich mit der ersten Fördervorrichtung aufgebaut.The substitute fuel is transported from the second feed area to a first combustion area with at least one second conveyor device. A continuously transporting conveyor device is selected as the second conveyor device. The substitute fuel is detected by means of a second sensor with at least linear resolution, the second sensor being arranged above the second conveying device. From the information recorded by the second sensor, spatially resolved information on the substance of the refuse-derived fuel is determined. A second calorific value is estimated from the spatially resolved material information of the refuse-derived fuel. The second stream of substitute fuel is adjusted to the specified heating energy using the estimated second calorific value by adjusting the conveying speed of the second conveying device. This area of the device is preferably constructed in the same way as the first area with the first conveying device.
Alternativ oder zusätzlich zur Anpassung des ersten Stoffstromes und des zweiten Stoffstromes in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes kann auch eine Anpassung aufgrund der ermittelten Schadstofffracht des ersten Stoffstromes und der ermittelten Schadstofffracht des zweiten Stoffstromes erfolgen.Alternatively or in addition to adjusting the first material flow and the second material flow depending on the first calorific value and the second calorific value, an adjustment can also be made based on the determined pollutant load of the first material flow and the determined pollutant load of the second material flow.
Selbstverständlich sind auch Verfahren denkbar, bei denen an mehr als zwei Aufgabebereichen Ersatzbrennstoffe aufgegeben werden und über Fördervorrichtungen unter einem Sensor transportiert werden. Auf der einen Seite steigt mit der Steigerung der Anzahl der Teilstoffströme die Möglichkeit zur Vergleichmäßigung, auf der anderen Seite steigt der apparative Aufwand.Of course, methods are also conceivable in which alternative fuels are fed in at more than two feed areas and are transported via conveying devices under a sensor. On the one hand, the possibility of equalization increases with the increase in the number of component streams, on the other hand, the expenditure on equipment increases.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes eingestellt. Insbesondere kann dieses so erfolgen, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom so gewählt wird, dass der Stoffstrom mit dem geringeren Brennwert maximal gewählt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass insbesondere Materialen mit geringerem Heizwert gut verbrannt werden. Hierdurch kann weitestgehend vermieden werden, dass in beiden Masseströmen Bereiche mit geringem Brennwert zeitgleich auftreten. Außerdem ist der Ersatzbrennstoff mit dem geringeren Heizwert im Regelfall der kostengünstigere, sodass hierdurch gleichzeitig auch eine finanzielle Optimierung möglich ist.In a further embodiment of the invention, the ratio between the first material flow and the second material flow is set as a function of the first calorific value and the second calorific value. In particular, this can be done in such a way that the ratio between the first stream and the second stream is selected such that the stream with the lower calorific value is selected as a maximum. This can ensure that materials with a lower calorific value in particular are burned well. In this way it can be largely avoided that areas with a low calorific value occur simultaneously in both mass flows. In addition, the substitute fuel with the lower calorific value is usually the cheaper one, so that financial optimization is also possible at the same time.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Anhängigkeit einer Schadstofffracht gewählt, wobei die Schadstofffracht aus den ortsaufgelösten Stoffinformationen ermittelt wird. Enthält beispielsweise der erste Stoffstrom einen hohen Anteil an Quecksilber, beispielsweise aus alten Fieberthermometern, so kann dieser Stoffstrom im Vergleich zum zweiten Stoffstrom reduziert werden, um die maximale Emission zu unterschreiten. Gleichzeitig kann aber auch gewährleistet werden, dass die zur Verfügung stehenden Emissionsmöglichkeiten genutzt werden und so eine Verbrennung auch einer schadstoffbelasteten Fracht möglich ist. Hierzu kann die Konzentration des Schadstoffes im Abgas des Brennprozesses der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, mit einem Schadstoffsensor erfasst werden. Daneben kann auch die Produktqualität ein Parameter für die Schadstofffracht sein, da Schadstoffe auch die Qualität des Zementklinkers beeinflussen können. Ziel ist es, so viel wie möglich, aber nicht mehr dem Verbrennungsprozess zuzuführen. Dieses kann durch die Verschiebung zwischen den beiden Masseströmen erreicht werden.In a further embodiment of the invention, the ratio between the first material flow and the second material flow is selected as a function of the first calorific value and the second calorific value and as a function of a pollutant load, with the pollutant load being determined from the spatially resolved substance information. If, for example, the first stream contains a high proportion of mercury, for example from old clinical thermometers, this stream can be reduced in comparison to the second stream to fall below the maximum emission. At the same time, however, it can also be ensured that the available emission options are used and that combustion of a polluted load is also possible. For this purpose, the concentration of the pollutant in the exhaust gas of the combustion process of the device for the thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker, can be detected with a pollutant sensor. In addition, the product quality can also be a parameter for the pollutant load, since pollutants can also influence the quality of the cement clinker. The aim is to add as much as possible, but not more to the combustion process. This can be achieved by shifting the two mass flows.
Andere Schadstoffe können beispielsweise neben Quecksilber, insbesondere aus Leuchtmitteln, Chlor, Dioxine, insbesondere aus Textilien, polycyclische Aromaten, insbesondere aus Industrieabfällen sein. Es kann sich hierbei auch um Stoffe handeln, die selber zunächst keine Schadstoffe sind, sondern erst bei einem Verbrennungsprozess zu einem Schadstoff umgesetzt werden können. So kann selbst Kochsalz in einer Verbrennung organischer Verbindung zu einer Dioxinbildung führen.Other pollutants can be, for example, in addition to mercury, especially from illuminants, chlorine, dioxins, especially from textiles, polycyclic aromatics, especially from industrial waste. Substances can also be involved that are not initially pollutants themselves, but can only be converted into a pollutant during a combustion process. Even common salt in a combustion of organic compounds can lead to the formation of dioxins.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration des Schadstoffes im Bypass der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst. Dieses ist insbesondere für Chlor als Schadstoff bevorzugt, da sich hier Chlor anreichert.In a further embodiment of the invention, the concentration of the pollutant in the bypass of the device for the thermal treatment of inorganic substances is detected using a pollutant sensor. This is particularly preferred for chlorine as a pollutant, since chlorine accumulates here.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration des Schadstoffes im Produkt der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst. Dieses ist für Schadstoffe bevorzugt, die sich im Produkt anreichern können.In a further embodiment of the invention, the concentration of the pollutant in the product of the device for the thermal treatment of inorganic substances is detected using a pollutant sensor. This is preferred for pollutants that can accumulate in the product.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Anhängigkeit der Kohlenstoffquelle der Stoffströme ermittelt. Beispielsweise werden CO2-Frachten, die aus fossilen Brennstoffen entstehen, anders bewertet als CO2-Frachten, welches aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise Biomüll, stammen. Hierdurch kann auch eine Optimierung hinsichtlich der Nachhaltigkeit sowie der vorhandenen CO2-Zertifikate erfolgen.In a further embodiment of the invention, the ratio between the first material flow and the second material flow is determined as a function of the first calorific value and the second calorific value and as a function of the carbon source of the material flows. For example, CO 2 loads that arise from fossil fuels are evaluated differently than CO 2 loads that come from renewable raw materials, such as organic waste. This can also lead to optimization with regard to sustainability and the existing CO 2 certificates.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Anhängigkeit des Preises der aufgetragenen Ersatzbrennstoffe erfolgen. Es wird somit versucht, den notwendigen Brennwert über möglichst günstige Komponenten zu erreichen.In a further embodiment of the invention, the ratio between the first material flow and the second material flow is determined as a function of the first calorific value and the second calorific value and as a function of the price of the substitute fuels applied. An attempt is therefore made to achieve the necessary calorific value using components that are as cheap as possible.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Schadstoffgehalt im Produkt, also dem thermisch behandelten anorganischen Stoff, beispielsweise im Klinker, oder im Bypassstaub detektiert und dieser zur Regelung anstelle der Schadstofffracht im Abgas verwendet.In a further embodiment of the invention, the pollutant content in the product, ie the thermally treated inorganic substance, for example in the clinker, or in the bypass dust is detected and used for regulation instead of the pollutant load in the exhaust gas.
Des Weiteren ist es möglich, auch die Schadstofffracht des Eduktstromes zu analysieren und durch eine Korrelation mit der erfassten Schadstofffracht des Ersatzbrennstoffes eine Anpassung vorzunehmen, um die Grenzwerte nicht zu überschreiten.Furthermore, it is also possible to analyze the pollutant load of the educt stream and to make an adjustment by correlating it with the recorded pollutant load of the refuse-derived fuel so that the limit values are not exceeded.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem ersten Stoffstrom auf der ersten Fördervorrichtung zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich ein hochenergetischer Brennstoff mit wenigstens 10 GJ/t zugegeben. Beispiele und bevorzugte Formen von hochenergetischen Brennstoffen sind Primärbrennstoff, Biomasse, homogener Abfall mit hoher Energiedichte, zum Beispiel Tiermehl, oder Fluff. Bevorzugt kann der Primärbrennstoff Kohle, Kohlenstaub oder Öl sein. Alternativ können andere Brennstoffe mit einem sehr hohen Brennwert zugegeben werden. Diese sind in der Regel im Vergleich zu den Ersatzbrennstoffen vergleichsweise teuer. Dieses soll dazu dienen, jedoch einen Mindestbrennwert einzustellen und so sicher zu stellen, dass die Temperaturen, welche für den Prozess der thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, benötigt werden, auch erreicht werden und so die Qualität des Produktes nicht leidet. Insbesondere wird dem ersten Stoffstrom auf der ersten Fördervorrichtung zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich ein Primärbrennstoff zur Erreichung eines Brennwertes von wenigstens 2 GJ/t zugegeben.In a further embodiment of the invention, a high-energy fuel with at least 10 GJ/t is added to the first material flow on the first conveying device between the first sensor and the first combustion area. Examples and preferred forms of high energy fuels are primary fuel, biomass, homogeneous high energy density waste such as animal meal, or fluff. Preferably, the primary fuel can be coal, pulverized coal or oil. Alternatively, other fuels with a very high calorific value can be added. These are usually comparatively expensive compared to substitute fuels. However, this should serve to set a minimum calorific value and thus ensure that the temperatures required for the process of thermal treatment of inorganic substances, in particular for the production of cement clinker, are also reached and the quality of the product does not suffer . In particular, a primary fuel is added to the first material flow on the first conveyor device between the first sensor and the first combustion area in order to achieve a calorific value of at least 2 GJ/t.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können dem ersten Stoffstrom Störstoffe auf der ersten Fördervorrichtung zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich entfernt werden, wobei die Störstoffe aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes identifiziert werden. Störstoffe können beispielsweise Glas oder Metall sein, die zwar im Ersatzbrennstoffvorkommen können, jedoch nicht zu gasförmigen Produkten verbrannt werden und so das Produkt kontaminieren und so beispielsweise zu Farbbeeinträchtigungen oder Qualitätsverschlechterungen führen.In a further embodiment of the invention, impurities can be removed from the first stream of material on the first conveying device between the first sensor and the first combustion area, with the impurities being identified from the spatially resolved material information of the first refuse-derived fuel. Impurities can be glass or metal, for example, which can occur in the alternative fuel, but cannot be burned to form gaseous products and thus contaminate the product and thus lead, for example, to color impairments or deterioration in quality.
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der ersten Fördervorrichtung und der ersten Aufgabestelle ein erste Zwischenspeicher angeordnet. Der Zwischenspeicher kann dazu dienen, eine Vergleichmäßigung im Stoffstrom des Ersatzbrennstoffes zu erreichen. Besonders bevorzugt fördern die erste Fördervorrichtung und die zweite Fördervorrichtung in den Zwischenspeicher, wobei durch die relativen Stoffströme es zu einer weiteren Homogenisierung des Brennwertes des Ersatzbrennstoffes im Zwischenspeicher kommt.In a further embodiment, a first buffer store is arranged between the first conveyor device and the first delivery point. The intermediate store can be used to achieve an equalization in the material flow of the refuse-derived fuel. Particularly preferably, the first conveying device and the second conveying device convey into the intermediate store, with the relative material flows resulting in a further homogenization of the calorific value of the refuse-derived fuel in the intermediate store.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Stoffstrom neben dem direkten Transport von der ersten Fördervorrichtung zum ersten Aufgabebereich alternativ über eine Verarbeitungsvorrichtung geleitet werden. Beispielsweise ist die Verarbeitungsvorrichtung eine Trocknungsvorrichtung. Insbesondere wird die Trocknung anhand der durch den ersten Sensor ermittelten Daten, insbesondere der Feuchtigkeit des Ersatzbrennstoffes durchgeführt. In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausführungsform ist zwischen der ersten Fördervorrichtung und dem ersten Aufgabebereich ein erster Zwischenspeicher angeordnet, um einen kontinuierlichen Stoffstrom zu gewährleisten. Bevorzugt wird der durch die Verarbeitungsvorrichtung geführte Stoffstrom in den ersten Zwischenspeicher geführt.In a further embodiment of the invention, in addition to the direct transport from the first conveying device to the first feed area, the material flow can alternatively be routed via a processing device. For example, the processing device is a drying device. In particular, the drying is carried out using the data determined by the first sensor, in particular the moisture content of the refuse-derived fuel. In a particular development of this embodiment, a first intermediate store is arranged between the first conveyor device and the first feed area in order to ensure a continuous flow of material. The material flow guided through the processing device is preferably guided into the first buffer store.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aufgeben des ersten Ersatzbrennstoffes an dem ersten Aufgabebereich in einer diskontinuierlichen Weise aus verschiedenen Quellen. Beispielsweise wird der erste Ersatzbrennstoff mit Hilfe eines Radladers aufgegeben, wobei der Radlader den ersten Ersatzbrennstoff aus unterschiedlichen Quellen beziehen kann. Aufgrund der durch den ersten Sensor erfassten Informationen wird ausgewählt, aus welcher Quelle zu welcher Zeit der erste Ersatzbrennstoff aufgegeben werden soll, also beispielsweise von welcher Quelle ein Radlader den ersten Ersatzbrennstoff aufnehmen und aufgeben soll. Hierzu muss natürlich auch erfasst werden, von welcher Quelle wann welcher Ersatzstoff aufgegeben wird.In a further embodiment of the invention, the feeding of the first refuse derived fuel at the first feeding area occurs in a discontinuous manner from different sources. For example, the first alternative fuel is given up with the help of a wheel loader, it being possible for the wheel loader to obtain the first alternative fuel from different sources. On the basis of the information detected by the first sensor, it is selected from which source and at what time the first substitute fuel should be fed, ie for example from which source a wheel loader should pick up and give up the first substitute fuel. For this purpose, of course, it must also be recorded from which source and when which substitute material is given up.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden weitere Prozessdaten erfasst und bei der Anpassung des Stoffstromes berücksichtig. Dieses sind beispielsweise Temperaturen innerhalb der Vorrichtung, insbesondere die Flammtemperatur, Gaszusammensetzung, beispielsweise der Sauerstoffgehalt des zugeführten Verbrennungsgases, chemische Zusammensetzung der Edukte zur thermischen Behandlung, äußere Wetterdaten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck, bereits in einem Erfassungszeitraum emittierte Schadstofffracht, einschließlich CO2, oder Auslastungsgrad der Vorrichtung sein.In a further embodiment of the invention, further process data are recorded and taken into account when adjusting the material flow. These are, for example, temperatures within the device, in particular the flame temperature, gas composition, for example the oxygen content of the combustion gas supplied, chemical composition of the educts for thermal treatment, external weather data such as temperature, humidity and air pressure, pollutant load already emitted in a recording period, including CO 2 , or utilization rate of the device.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
1 Schematische Darstellung einer Zementanlage
-
1 Schematic representation of a cement plant
In
Die Edukte gelangen zunächst in einen Vorwärmer 10, anschließend in einen Calcinator 20 und abschließend in einen Drehrohrofen 30. Heiße Luft strömt üblicherweise im Gegenstrom. Im gezeigten Beispiel werden im Calcinator 20 Ersatzbrennstoffe zur Bereitstellung der für den Prozess notwendigen Energie verfeuert.The reactants first reach a
Die benötigte Menge an Ersatzbrennstoff wird über zwei getrennte Masseströme dem Calcinator 20 zur Verfügung gestellt.The required amount of substitute fuel is made available to the
Ersatzbrennstoff wird beispielsweise mittels eines Radladers auf den ersten Aufgabebereich 40 aufgegeben und mittels der ersten Fördereinrichtung 50 in einen Verbrennungsbereich im Inneren des Calcinators 20 befördert. Hierbei läuft der Ersatzbrennstoff unter einem ersten Sensor 60 durch, der zeilenförmig über der gesamte Breite des als Förderbands ausgebildeten ersten Fördereinrichtung 50 angeordnet ist. Der erste Sensor 60 erfasst ortsaufgelöst Informationen, welche zur Klassifizierung und somit zur Ermittlung des Brennwertes verwendet werden können. Insbesondere ist der erste Sensor ein NIR-Spektrometer, welches zeilenweise die spektrale Information erfasst und so eine Charakterisierung der Bestandteile des Ersatzbrennstoffes ermöglicht. Angetrieben wird die erste Fördereinrichtung 50 mittels eines ersten Antriebs 52.Substitute fuel is fed to the
Ersatzbrennstoff wird beispielsweise mittels eines Radladers auf den zweiten Aufgabebereich 70 aufgegeben und mittels der zweiten Fördereinrichtung 80 in einen Verbrennungsbereich im Inneren des Calcinators 20 befördert. Hierbei läuft der Ersatzbrennstoff unter einem zweiten Sensor 90 durch, der zeilenförmig über der gesamten Breite des als Förderbands ausgebildeten zweiten Fördereinrichtung 80 angeordnet ist. Der zweite Sensor 90 erfasst ortsaufgelöst Informationen, welche zur Klassifizierung und somit zur Ermittlung des Brennwertes verwendet werden können. Insbesondere ist der erste Sensor ein NIR-Spektrometer, welches zeilenweise die spektrale Information erfasst und so eine Charakterisierung der Bestandteile des Ersatzbrennstoffes ermöglicht. Angetrieben wird die zweite Fördereinrichtung 80 mittels eines zweiten Antriebs 82.Substitute fuel is fed to the
Die Daten des ersten Sensors 60 und des zweiten Sensor 90 werden an die Steuereinheit 100 übertragen. Diese wertet diese aus und errechnet daraus auf Basis der hinterlegten Daten die wahrscheinlichen Brennwerte ab. Die Berechnung kann nur eine Näherung sein, da insbesondere die stoffliche Zusammensetzung unterhalb der Oberfläche nur abgeschätzt werden kann. Dieser Näherungswert hat sich jedoch als ausreichend genau herausgestellt. Als weitere Information erhält die Steuereinheit 100 die Information, welche Energiemenge für die Befeuerung des Calcinators 20 benötigt wird. Diese Information kann beispielsweise durch eine zentrale Steuereinheit vorgegeben werden und ist beispielsweise von der Auslastung der Anlage, der Art der Edukte sowie von der Art oder Qualität des gewünschten Zementklinker-Produkts abhängig. Aus diesen Informationen ermittelt die Steuereinheit 100 die benötigten Stoffströme der ersten Fördervorrichtung 40 und der zweiten Fördervorrichtung 80 und regelt den ersten Antrieb 52 und den zweiten Antrieb 82 entsprechend.The data from the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Vorwärmerpreheater
- 2020
- Calcinatorcalciner
- 3030
- Drehrohrofenrotary kiln
- 4040
- erster Aufgabebereichfirst task area
- 5050
- erste Fördervorrichtungfirst conveyor
- 5252
- erster Antriebfirst drive
- 6060
- erster Sensorfirst sensor
- 7070
- zweiter Aufgabebereichsecond task area
- 8080
- zweite Fördervorrichtungsecond conveyor
- 8282
- zweiter Antriebsecond drive
- 9090
- zweiter Sensorsecond sensor
- 100100
- Steuereinheitcontrol unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2017/009158 A1 [0006]WO 2017/009158 A1 [0006]
- WO 2005/003696 A1 [0007]WO 2005/003696 A1 [0007]
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