DE3510491C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine wirksame Regelung kann den Betrieb eines Drehrohrofens für die Zementherstellung ver­ gleichmäßigen und dadurch die Produktqualität verbessern, die Beanspruchung der Ofenausmaue­ rung verringern und durch eine fast stöchiometri­ sche Verbrennung den Energieverbrauch und die Schadstoffemission senken. Trotz dieser offen­ sichtlichen Vorteile wird noch immer die über­ wiegende Zahl von Drehrohröfen ohne eine automa­ tisierte Regelung betrieben. Die Hauptursache hierfür liegt im Fehlen einer zuverlässigen, ein­ wandfrei auswertbaren Führungsgröße.

Die Sinterzonentemperatur ist häufig wegen einer staubigen Ofenatmosphäre nicht meßbar. Andere Größen, wie die Klinkeranalyse oder die Zement­ festigkeit, sind erst mit einer Verzögerung von Stunden bzw. Tagen verfügbar und scheiden daher für eine Ofenregelung praktisch aus.

Besondere Bedeutung wird seit einiger Zeit den in den Abgasen von Drehrohrofenanlagen der Zement­ industrie enthaltenen Stickstoffoxiden (NO _x -Gehalt) beigemessen (vgl. DE-Z- "Zement-Kalk-Gips" 1984, S. 499-507 und 508-512).

Bei Untersuchungen des Zusammenhanges zwischen dem NO _x -Gehalt der Ofenabgase und dem Betrieb des Dreh­ rohrofens beim Zementbrennen (DE-Z- "Zement-Kalk- Gips" 1980, S. 310-313) wurde in bestimmten Fäl­ len eine Korrelation zwischen dem NO _x -Gehalt der Ofenabgase und dem freien Kalk des Klinkers fest­ gestellt. Weiterhin bestehen Zusammenhänge zwischen dem NO _x -Gehalt und dem Ofenmoment. Es zeigte sich bei diesen Untersuchungen auch, daß sich die NO _x - Konzentration der Abgase sehr schnell mit der Temperatur der Brennzone ändert, sofern ein nor­ maler Luftüberschuß vorhanden ist.

Durch ein kontinuierliches Erfassen des NO _x -Gehal­ tes in den Abgasen kann daher die Ofentemperatur stabilisiert werden. Aus dem Verlauf der NO _x -Kon­ zentration können jedoch nur Temperaturänderungen abgeleitet werden, nicht jedoch die absolute Höhe der Ofentemperatur.

Es ist weiterhin in diesem Zusammenhang bekannt (I.C.S. Proceedings 1983, S. 80-83), außer dem NO _x -Gehalt der Ofenabgase und dem Gehalt des Klin­ kers an freiem Kalk auch den Sauerstoffgehalt der Ofenabgase zu bestimmen. Hierbei wurde festge­ stellt, daß der NO _x -Gehalt sowohl mit der Sin­ tertemperatur, als auch mit dem Sauerstoffgehalt korreliert. Die NO _x -Konzentration hängt jedoch nicht allein von der Sintertemperatur und dem Sauer­ stoffgehalt ab, sondern auch von der Art der Bren­ ner, der Brennereinstellung sowie von anderen Be­ triebsparametern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genann­ ten Art so auszubilden, daß eine gut meßbare Füh­ rungsgröße für die Ofenregelung bereitgestellt wird, die die Vorteile einer auf NO _x -Gehalt-Mes­ sung basierenden Regelung (schnelle Ansprechzeit) und einer auf einer Messung des Freikalkgehaltes im Klinker basierenden Regelung (gute Korrelation mit der Produktqualität) verbindet, ohne ihre Nach­ teile (nur relativer Meßwert bzw. große Zeitverzö­ gerung) in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zu­ nächst in einer ersten Betriebsphase (gewisser­ maßen einer Lernphase) zusammengehörige Werte des Sauerstoffgehaltes der Ofenabgase, des NO _x -Gehal­ tes der Ofenabgase und des Freikalkgehaltes im Klinker gemessen. Mit der Methode der zweidimen­ sionalen Klassierung baut dann ein digitales Aus­ wertesystem aus einer genügenden Anzahl von NO _x -, O₂- und CaO-Frei-Meßwerten ein dreidimensionales Kennlinienfeld auf, wie es in Fig. 1 schematisch veranschaulicht ist. Dabei ist in der einen Koor­ dinate der NO _x -Gehalt (in ppm) aufgetragen, in der anderen Koordinate der in den Ofenabgasen gemesse­ ne Luftüberschußfaktor n und in der dritten Koordi­ nate der Freikalkgehalt des Klinkers (in %).

In einer zweiten Betriebsphase wird dann durch laufende Messung des Sauerstoffgehaltes und des NO _x -Gehaltes der Ofenabgase sowie durch lineare Interpolation in dem Kennlinienfeld der zu erwar­ tende Freikalkgehalt des Klinkers ermittelt. Weicht dieser zu erwartende Freikalkgehalt des Klinkers von dem gewünschten Freikalkgehalt ab, so sucht man sich in dem zuvor ermittelten Kenn­ linienfeld diejenigen Werte des O₂-Gehaltes und des NO _x -Gehaltes, die zu dem gewünschten Freikalk­ gehalt des Klinkers gehören. Weiß man auf diese Weise, um wieviel der O₂-Gehalt und der NO _x -Gehalt der Ofenabgase geändert werden muß, um von dem der­ zeitigen Freikalkgehalt des Klinkers auf den ge­ wünschten Freikalkgehalt zu kommen, so ist damit eine Führungsgröße für die erforderliche Regelung des Ofenbetriebes gewonnen. "Führungsgröße" im Sin­ ne der Erfindung ist somit die neue Vorgabe für den O₂- und NO _x -Gehalt (bzw. die erforderliche Än­ derung des O₂- und NO _x -Gehaltes).

Anhand dieser neuen Vorgabe (Führungsgröße) werden dann die Parameter des Ofenbetriebes entsprechend eingestellt, was beispielsweise durch Änderung der Brennstoffmenge, der Verbrennungsluftmenge und/oder der Ofendrehzahl erfolgen kann.

Bereits 30 bis 60 Min., ehe das Fertigprodukt den dem Drehrohrofen nachgeschalteten Kühler verläßt, stehen damit zuverlässige Informationen über den Betriebszustand der Anlage zur Verfügung. Ein Re­ gelsystem, vorzugsweise ein Prozeßrechner, hat ge­ nügend Zeit, korrigierend in den Ofenbetrieb ein­ zugreifen.

Zweckmäßig wird auch in der zweiten Betriebsphase der Freikalkgehalt des Klinkers laufend oder von Zeit zu Zeit ermittelt und zusammen mit den zuge­ hörigen Werten des Sauerstoffgehaltes und des NO _x - Gehaltes der Ofenabgase zur Überprüfung und Berich­ tigung des Kennlinienfeldes verwendet. Auf diese Weise werden notwendige Änderungen des Kennlinien­ feldes durchgeführt, die sich beispielsweise durch eine Änderung der Brennstoffzusammensetzung ergeben.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den tatsächlich gemesse­ nen Verlauf (dicke Linie) des Freikalkgehaltes so­ wie - zum Vergleich hiermit - den nach der erfin­ dungsgemäßen Methode ermittelten Verlauf des Frei­ kalkgehaltes (berechnet aus den gemessenen Werten des O₂- und NO _x -Gehaltes und dem empirischen Kenn­ linienfeld). Man erkennt, daß ein Freikalkgehalt bis 2,5% korrekt wiedergegeben wird und daß ein Anstieg bereits 60 Min. vor dem gemessenen Anstieg erkennbar wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung des Betriebes eines Dreh­ rohrofens für die Zementherstellung, wobei der O₂-Gehalt und der NO _x -Gehalt der Ofenabgase so­ wie der Freikalkgehalt des Klinkers gemessen und für die Regelung verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zunächst in einer ersten Betriebsphase zu­ sammengehörige Werte des O₂-Gehaltes der Ofenabgase, des NO _x -Gehaltes der Ofenabgase und des Freikalkgehaltes des Klinkers gemes­ sen und in ein dreidimensionales Kennlinien­ feld eingespeichert werden,
• b) und daß dann in einer zweiten Betriebsphase durch laufende Messung des O₂-Gehaltes und des NO _x -Gehaltes der Ofenabgase sowie durch Interpolation im Kennlinienfeld der zu er­ wartende Freikalkgehalt des Klinkers ermit­ telt und hieraus eine Führungsgröße für die Regelung des Ofenbetriebes gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß auch in der zweiten Betriebsphase der Freikalkgehalt des Klinkers ermittelt und zu­ sammen mit den zugehörigen Werten des O₂-Gehal­ tes und des NO _x -Gehaltes der Ofenabgase zur Überprüfung und Berichtigung des Kennlinienfel­ des verwendet wird.