Effiziente Drehkolbenverdichter für neuen Brennofen

ARTIKEL AUS DER SCHÜTTGUT & Prozess 4/2022

Von Thorsten Sienk, freier Fachjournalist

Temperaturen zwischen 900 und 1200 Grad Celsius 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.

Edoardo Cella von QualiCal aus Italien und Arkadiusz Mrozek von AERZEN aus Polen vor Aerzen Drehkolbenverdichtern, auf schuettgutmagazin.de
Partnerschaft im Engineering, internationale Zusammenarbeit bei der Inbetriebnahme: Edoardo Cella von QualiCal aus Italien und Arkadiusz Mrozek von AERZEN aus Polen.

In Nordhessen wurde bei Köhler Kalk 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 wird Dolomit gebrannt, ein kristallines Mineralgemisch aus Calcium- und 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 Köhler Kalk 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.

Beim Kalkbrennen die bestverfügbare Technik einsetzen

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. Konzipiert als Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR) zählt dieser Typ zu den energieeffizientesten Kalkbrennern nach BVT (Beste verfügbare Technik, Bestandteil des Anlagenzulassungsrecht nach EU-Richtlinie 2010/75/EU über Industrieemissionen). War in der Vergangenheit für Köhler Kalk 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.

Das Besondere an Dolomit als Kalkstein ist der Anteil an Magnesiumcarbonat.
Brennerlanzen eines Brennofens für Kalk, auf schuettgutmagazin.de
Der Braunkohlestaub wird von Delta Blowern von AERZEN durch Brennerlanzen hindurch in den Brennofen geblasen.

Hybride Gebläselösung senkt den Energieverbrauch

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 Köhler Kalk Drehkolbenverdichter der AERZEN-Baureihe Delta Hybrid. 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 Vergleich zu herkömmlichen Gebläsen bei der absolut ölfreien Luftförderung bis zu 15 Prozent weniger Strom benötigt.

Dieser sparsame Umgang mit elektrischer Energie wirkt sich bei Köhler Kalk spürbar auf die Effizienz der Gesamtproduktion aus. Und dieses mit kurzen ROI-Zeiten. 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, 4000 m³/h, 1000 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 Köhler Kalk weiterhin auf die AERZEN Baureihe Delta Blower. Weil die insgesamt drei Einheiten vom Typ GM25 S ((max. 1450 m³/h, 55 kW) deutlich weniger Leistung liefern, als die fünf Delta Hybrid Gebläse, hat sich Köhler Kalk entschieden, hierbei kein Upgrade vorzunehmen. „Unser Ziel bestand darin, maximale Effizienzgewinne zu einem möglichst geringen Anstieg des Anlagenpreises zu erzielen“, blickt Köhler zurück.

Alter Brennofen der Köhler Kalk auf schuettgutmagazin.de
Beim alten Brennofen war der Verbrauch an elektrischer Energie nicht so dominierend.
Köhler Kalk Werksgelände auf schuettgutmagazin.de
Mit der Investition in einen GGR-Ofen von QualiCal sichert Köhler Kalk nachhaltig den eigenen Standort.

Hybridgebläsen gehört die Zukunft

„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 Verfügung zu stellen. Aufgrund der speziellen Rotorenprofile ist der Delta Hybrid in der Lage, nur durch innere Verdichtung Energie einzusparen. Zum ersten Mal ist es im Niederdruckmarkt gelungen, solch eine bedeutende Einsparung ohne Qualitätseinbußen und Minderung der Zuverlässigkeit der Drehkolbengebläse zu erzielen.

Fazit

Die neue Anlage bei Köhler Kalk zeigt anschaulich, wie sich ökonomische Vorteile, Nachhaltigkeit und steigende Produktqualität in Einklang bringen lassen. Auch wenn die Hybridtechnologie beim Blick auf die Hardwarekosten zunächst aufwendiger 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.“

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