Neues innovatives GGR-Ofen Konzept
LUCKS Feuerfesttechnik und die IWP präsentieren neuen GGR-Ofen
Thorsten Ommerborn (Geschäftsführer der LUCKS Feuerfesttechnik GmbH) und Dr. Georg Kehse (Geschäftsführer der IWP GmbH) stellen Ihnen ein bahnbrechendes innovatives GR-Ofen-Konzept für den internationalen Kalkmarkt vor.
Inhalt:
1.) Bekannte Ofentypen
2.) Der neue GGR-Ofen
2.1.) Reduzierung Feuerfestbedarf
2.2.) Senkung der Feuerfest-Montagekosten
2.3.) Optimierung Brennprozess
2.4.) Verringerung Wartungskosten
2.5.) Umbau statt Neubau
3.) Feedback
Hier geht es zum Video auf Youtube:
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1.) Bislang bekannte GGR-Ofentypen:
Die heutigen GGR - Öfen bestehen standardmäßig aus zwei gleichen Schächten, bei denen abwechselnd ein Schacht als Brennschacht und der andere als sogenannter Regenerativschacht genutzt wird. Die Zeit, in der die Schächte diese unterschiedliche Funktion haben, wird als Zykluszeit bezeichnet. Sie ist prinzipiell frei wählbar und ist ein verfahrenstechnischer Parameter der Ofenfahrweise. Das Umschalten von Brenn- auf Regenerativschacht wird als Umsteuerperiode bezeichnet.
Der GGR - Ofen ist ein Druckofen. Im Brennschacht wird daher Verbrennungsluft unter Druck dem Ofen am Ofenkopf zugeführt. Diese nimmt dann in der sogenannten Vorwärmzone die Wärme von der Kalksteinschüttung auf, die in der vorherigen Zykluszeit (Funktion: Regenerativschacht) frisch zugeführt und durch das Ofenabgas vorgewärmt wurde. Der Brennstoff wird über eine Anzahl über dem Ofenquerschnitt verteilten Lanzen in Bewegungsrichtung des stückigen Gutes zugeführt. Die Vorwärmzone endet am unteren Ende der Lanze. Als Brennstoff werden Brenngase (Erdgas, Koskofengas, etc.) oder staubförmige Festbrennstoffe (Feinbraunkohle, Steinkohle) aber auch flüssige Brennstoffe (Schwer- und Leichtöle) eingesetzt. Die Zuführung der staubförmigen Brennstoffe erfolgt mit Transportluft, die einerseits die Aufgabe des Brennstofftransportes und andererseits die der Lanzenkühlung hat.
Die Verbrennungsluftmenge ist entsprechend um die Transportluftmenge zu reduzieren, damit letztendlich das gewählte Luft-Brennstoffverhältnis eingehalten wird.
Am unteren Ende der Lanzen endet die Vorwärmzone und die Brennzone beginnt, in der einerseits durch die Verbrennung des Brennstoffs die Prozesswärme für die thermische Behandlung des stückigen Gutes zur Verfügung gestellt und andererseits das stückige Gut thermisch behandelt wird. Bei diesem Kalzinierungsprozess wird der Kalkstein zu Kalk umgewandelt, bei dem Kohlendioxidgase frei gesetzt werden, die dann Bestandteil des Abgases bzw. des Prozessgases sind. Die Flamme steht im direkten Kontakt mit dem Brenngut. Die Brennzone endet, wenn die erzeugte Prozesswärme nicht mehr ausreicht, um die thermische Behandlung des stückigen Gutes aufrecht zu erhalten.
Die Strömung in der Vorwärm- und Brennzone erfolgt im Gleichstrom von Prozessgasen und Brenngut. In der Kühlzone wird im Gegenstrom vom Brenngutaustrag Kühlluft unter Druck dem Ofen zugeführt. Das Prozessgas und die vom Gutaustrag zugeführte Kühlluft werden innerhalb des Ofens gemeinsam über einen Ringkanal und Überströmkanal (Verbindungskanal zum zweiten Schacht) in den Regenerativschacht geführt, die zwischen Brenn- und Kühlzone sich befinden. Dieser Ringkanal ist nur bei GGR - Öfen mit runden Schächten vorhanden. Besitzen die Schächte eine eckige Form, werden das Prozessgas und die Kalkkühlluft direkt vom Schacht zum Überströmkanal geführt.
Im klassischen GGR - Ofen mit runden Schächten wird der Ringkanal durch einen Innenschacht-, einen Außenschacht-, und ein Deckenmauerwerk gebildet, wobei der Ringkanal integraler Bestandteil des Ofeninneres ist. Hierbei wird das Innenschachtmauerwerk entweder auf zentrisch ausgerichtete Mauerwerkspfeiler gelagert (Pfeilerofen) oder mittels eines gekühlten doppelwandigen Stahlzylinders hängend montiert (Ofen mit hängendem Zylinder).
Die aus dem Überströmkanal austretenden Gase vereinigen sich im Regenerativschacht mit der Gutkühlluft aus dem genannten Schacht sowie weiter oben mit der in diesem Schacht zugeführten Lanzenkühlluft. Das entstehende Gesamtgas durchströmt die in der Umsteuerperiode frisch zugeführte Steinschüttung im Gegenstrom und gibt ihre Wärme an diese ab.
Aufgrund der regenerativen Wärmerückgewinnung weisen diese GGR - Öfen in der Regel die niedrigsten Energieverbräuche im Vergleich zu anderen Typen von Kalkschachtöfen auf und sind weit verbreitet.
Bei pfeilergeschützten GGR - Öfen, wie Bild 02 zeigt, ist von Nachteil, dass das Pfeilermauerwerk dreiseitig hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die durch die Ofenfahrweise bedingten Temperaturwechselbeanspruchungen und die massive Auflast des Innenschachtes führt zu Rissen im Pfeiler und schlussendlich zum Versagen der Ausmauerung. Zudem ist das Innenzylindermauerwerk, das sog. Arbeitsfutter, hohen Drucklasten durch das Brenngut, nämlich der Kalkstein-/Kalkschüttung, ausgesetzt. Dies führt oftmals zum Verschieben des Mauerwerkes nach außen (radialer Richtung) und zu direktem Einströmen von Gasen innerhalb der Brennzone in den den Innenzylinder umgebenden Ringkanal. In beiden Fällen ist kein geregelter Brennbetrieb mehr möglich und führt zum Abstellen des Ofens.
Des Weiteren ist der spezifische Bedarf an feuerfestem Material in Bezug auf die Ofenkapazität sehr hoch und somit die Instandhaltungskosten beim Versagen des Mauerwerkes.
Bei GGR - Öfen mit hängendem Innenzylinder, wie Bild 03 zeigt, ist von Nachteil, dass für das Tragen des Mauerwerks des Innenzylinders ein sehr hoher technischer Aufwand betrieben werden muss. Ein doppelwandiger Stahlzylinder mit Luft- oder Flüssigkeitskühlung muss vorgesehen werden, der ununterbrochen mit Kühlmedium durchströmt wird, um die Wärmeenergie, die das Mauerwerk aufnimmt, gezielt abzuführen.
Damit wird dem eigentlichen Prozess Wärme entzogen, was nachteilig ist. Zudem muss das Kühlmedium durch entsprechend leistungsfähige Gebläse oder Pumpen zugeführt werden, was wiederum den Energieverbrauch erhöht.
Ferner ist das Problem des unteren Mauerwerkabschlusses bzw. des Abschlusses im Zylinderfuß noch immer nicht zufriedenstellend gelöst. Dies senkt die Einsatzbereitschaft des Ofens und somit die Produktivität, da es sehr häufig zu Schäden in diesem Bereich kommt, die zu ungeplanten Ofenstillständen führen.
Beide GGR - Ofentypen (Pfeilerofen und hängender Innenzylinder) haben gemeinsam, dass sie runde Ofenschächte und einen rechteckigen Querschnitt im Ringkanal aufweisen. Bei derartigen Öfen besteht ein massives Problem dadurch, dass sich Stäube aus dem Gasstrom ablagern und in Strömungsschatten ablagern können. Diese müssen dann aufwändig von Hand mittels Pressluft oder Wasser in regelmäßigen Abständen entfernt werden. Insbesondere bei alkalihaltigen Stäuben führt das auch dazu, dass diese mit dem Material stark versintern. Beim häufigen Reinigen des feuerfesten Materials insbesondere mit Wasser wird dieses stark angegriffen, was wiederum den Verschleiß und damit die Instandhaltungskosten erhöht.
Die üblicherweise für derartige Öfen verwendeten Ausmauerungen sind so genannte Magnesiasteine, die in der Regel aus hochreinem Magnesiumoxid bestehen, welches entsprechend gesintert ist. Dies hat jedoch den Nachteil, dass es bei Vorhandensein von Wasser der Magnesiastein hydratisiert und dieser damit zerstört wird.
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2. Der neue GGR-Ofen!
Wir haben uns die Aufgabe gestellt, ein Aggregat zum Brennen von mineralischem, stückigem Gut zu schaffen, was gegenüber dem bekannten runden GGR - Ofentypen einfacher aufgebaut, erheblich wartungsfreundlicher und sowohl in der Erstellung als auch im Betrieb wirtschaftlicher ist, wobei dabei die Betriebsweise und die Verfahrenstechnik des GGR - Ofens nicht verändert wird.
Wesentliches Merkmal der Modifikation ist, dass der Ringkanal und die Überströmkanäle außerhalb des Ofens angebracht und somit nicht mehr integraler Bestandteil des Ofeninneren sind. Aus diesem Merkmal ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen:
2.1. Reduzierung des Feuerfest-Bedarfes
Der GGR – Ofen besteht aus zwei gleichen runden Schächten (Brenn- und Regenerativschacht), die einen jeweils gleichen Innendurchmesser bzw. gleichen Ofenquerschnitt haben. Dies senkt das spezifische Gewicht der Ausmauerung in Bezug auf die Ofenkapazität und verbessert die Statik wesentlich. Insbesondere bei einer zylinderförmigen Ausbildung besitzt diese deutlich geringere mechanische Beanspruchung auf das Brenngutes, auf die Ausmauerung, wodurch die Lebenszeit der Ausmauerung stark erhöht wird.
Durch die Reduzierung des Feuerfestmaterials und auch der damit notwendigen Stahlbauarbeiten werden erheblichen Kostenreduzierungen erreicht. Dies spiegelt sich in der Feuerfestmenge bei einem 450 t/d GGR – Ofen wider, die sich nach der um Modifikation um 30 % reduziert.
2.2. Reduzierung des Feuerfest-Montagekosten
Der Einbau von Sonderformaten in der feuerfesten Ausmauerung wird deutlich reduziert, was die Kosten pro Tonne feuerfesten Materials senkt. Durch den Einsatz von Standardformaten wird die Verfügbarkeit der feuerfesten Materialien im Revisionsfall deutlich gesteigert. Der Aufbau des Ofens ist erheblich leichter zu bewerkstelligen, da keine komplizierten Einbauten, wie Pfeiler und ähnliche Tragstrukturen, berücksichtigt werden müssen, was eine Einsparung an Montagekosten nach Modifikation um etwa 30 % zur Folge hat.
Eine weitere Kostensenkung der Instandhaltungskosten vom Feuerfestmaterial ist bei Verwendung der Konsoltechnik erreichbar. Die Realisierung der Konsoltechnik ist auch bei Umbauten möglich, da die statischen Lasten bei dem modifizierten gegenüber dem herkömmlichen Ofen reduziert sind.
2.3. Optimierung der Wärmeströmungen
Die Zugänge aus dem Ofen zu dem außen liegenden Ringkanal können im Querschnitt den Strömungsverhältnissen im Ofen angepasst und optimiert werden. Hierdurch wird die Gaszuleitung in den Regenerativschacht optimiert und führt dort zu einer homogeneren Wärmeverteilung im Ofenquerschnitt. Die in dem zylindrischen Schachtmauerwerk angeordneten Öffnungen beeinflussen die Statik des Schachtmauerwerkes nicht.
2.4. Verringerung der Wartungskosten
Der außen liegende Ringkanal wird zudem in Segmenten vorgefertigt und im Bedarfsfall partiell ausgetauscht, ohne ggf. den Ofen abfahren zu müssen. Hierbei kann die Innenauskleidung des Ringkanals aus Material gefertigt werden, was den Reinigungsbeanspruchungen, insbesondere bei Verwendung von Wasser besser standhält.
Die Querschnittsgeometrie des Ringkanals kann strömungsmäßig so gestaltet werden, dass eine optimierte Durchmischung von Brennabgasen und Kalkkühlluft sichergestellt wird, wodurch die Neigung zur Staubablagerung durch Vermeidung von Strömungsschatten verringert wird, da die Strömung aufgrund der einheitlichen Geometrie eine Konstanz aufweist, was die Häufigkeit der Reinigung verringert.
2.5. Umbau statt Neubau
Mit unserem neuen GGR-Ofenkonzept geben wir dem Ofenbetreiber die Möglichkeit einen bereits bestehenden klassischen GGR-Ofen kostengünstig zu modernisieren.
Des Weiteren wird es mit diesem Ofenkonzept erstmal möglich, zwei nebeneinander stehende Normalschachtöfen in einen GGR-Ofen umzugestalten.
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3. Feedback
Dieses innovative Ofensystem des GGR – Ofens ist bereits mit einigen Ofenbetreibern diskutiert worden und wurde sehr positiv bewertet, so dass Interesse besteht, herkömmliche GGR – Öfen auf dieses neue Design umzurüsten.
Wir haben sicher auch Ihr Interesse geweckt. Für weitere Informationen und ein maßgeschneidertes Konzept nach Ihren Bedürfnissen stehen wir Ihnen gern und jederzeit zur Verfügung