1. Alfonsstr. 44 52070 Aachen Tel. +49 241 4134492-50 info@aixergee.de www.aixergee.de Kompetenz & Service fr die Zementindustrie

2. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie aixergee Kompetenz & Service fr Zement Unser Beitrag: Durch die Kombination aus langjhriger Branchenerfahrung und fhrender Kenntnis im numerischen Engineering knnen wir die komplexen Prozesse in der Zementindustrie im Detail untersuchen und auf der so geschaffenen Grundlage besser optimieren. Unsere Kunden profitieren von dieser Prozessoptimierung durch geringere Brennstoffkosten, geringe Instandhaltungskosten, geringe Energiekosten und hhere Produktivitt 3. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie aixergee Kompetenz & Service fr Zement Wir helfen Ihnen! Bei der Senkung Ihrer Produktionskosten Bei der Steigerung Ihrer Produktivitt Bei der Verbesserung Ihrer Produktions- prozesse Bei dem Einsatz von Sekundrbrennstoffen Bei der Qualifikation Ihres Personals 4. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Die Produktion von Zement Produktion Ausrstung - Maschinen - Automation Betrieb Einsatz- material Brennstoff Roh- material Produkte Klinker Zement Energie Brennstoff Elektrizitt 5. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Die Produktion von Zement Produktion Ausrstung - Maschinen - Automation Betrieb Einsatz- material Brennstoff Roh- material Produkte Klinker Zement Energie Brennstoff Elektrizitt 6. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Prozessoptimierung Ist-Zustand: Optimierung: Beobachtung Messung Berechnung - konventionell - CFD - CPFD - PFD - Thermochemie - Validation Modifikation der Anlagentechnik Modifikation der Einsatzstoffe Modifikation des Anlagenbetriebs 7. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Zum Beispiel: Modifikation der Anlagentechnik Wassereindsung in Mischkamer: Untersuchung der Strmungssituation Identifikation der Bottlenecks Dsenengineering Identifikation der geeigneten Positionen und Ausrichtungen der Dsenstcke Verringerung der Ansatzneigung Erhhung der Produktionsleistung Stabilisierung des Anlagenbetriebs 35 500 1500 35 500 1500 8. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Zum Beispiel: Modifikation der Anlagentechnik Optimierung der Zyklone: Untersuchung der Strmungssituation Identifikation der Bottlenecks Optimierung der Strmung Verringerung des Druckverlustes Verringerung der Ansatzneigung Verbesserung des Abscheidegrades 9. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Zum Beispiel: Modifikation der Einsatzstoffe Verbrennung von Reifenschnitzeln im Kalzinator Untersuchung des Strmungs-und Verweilzeitverhaltens Berechnung des Ausbrands und der Strmung beim Einsatz der Reifenschnitzel Festlegung des optimalen Aufgabeortes und der erreichbaren Einsatzmenge Identifikation von potentiellen Prozessstrungen und Erarbeitung von Gegenmanahmen 10. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Zum Beispiel: Modifikation des Anlagenbetriebs Alle Eingriffe und Vernderungen in den Produktionsprozess bedingen oder begrnden eine Modifikation des Anlagenbetriebs! Wir lassen Sie nach der Implementierung der Modifikation nicht im Regen stehen: Optimierung des Anlagenbetriebs auf die neue Situation Schulung des Personals Betriebsoptimierung auch ohne vorhergehende Anlagenmodifikation 11. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Die Zementproduktion als vernetzter Prozess 12. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Die Zementproduktion als komplexer Prozess Der Zementprozess ist gekennzeichnet durch: Das Vorliegen der (Zwischen-) Produkte in allen Aggregatzustnden insbesondere feststofffrmig Unterschiedlichste Ablaufzeiten von teilweise berlagerten Prozessen (Millisekunden bis zu Stunden) Zyklisches schwingendes Verhalten Extrem energieintensiv Direkter Kontakt zwischen Brennstoff(-asche) und Produkt Hohe Variationsrate der Qualitten und Quantitten der Einsatzstoffe mglich Kernprozesse sind mineralogisch getrieben Als Massenprodukt vertrgt Zement keine hheren Produktionskosten 13. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Prozessoptimierung ist permanente Notwendigkeit Der hohe Energiebedarf zwingt zu stndigen Effizienzsteigerungen Neue Technologien mssen in die prinzipiell langlebige Anlagenausrstung integriert werden Permanenter Kostendruck bewirkt den Einsatz immer minderwertigerer Brennstoffe / Reststoffe Wachsende Umweltauflagen verlangen immer umweltschonendere, und besser gefhrte Produktionsweise 14. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Von der Analyse zur Optimierung Ist-Zustand Optimierung Analyse Vorschlag Umsetzung Anlagenbegutachtung: Beobachtung Messung Berechnung: konventionell CFD CPFD Thermochemie Verbrennung Energiebilanz ... Beschaffung: Lieferanten Partner Engineering: Verfahrenstechnik Stoff- und Energiebilanzen Konstruktion Bauteil Elektrik/Automation Behrden Projektmanagement Behrdenengineering Resourcenbeschaffung Lieferung Montage Inbetriebnahme Optimierung Leistungsnachweis Training Finanzierung: Projektplanung: 15. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Wie wir fr Sie arbeiten Anlagenbetrieb Auslegung von Maschinen u. Anlagen Konstruktion von Maschinen u. Anlagen Berechnung von: - Strmungen - Druckverlusten - Ausbrandraten - Chemischen Zusammensetzungen - Kalzinationsraten - Emissionen - Partikelbahnen ... ProduktionsprozessProduktionsprozess 16. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Numerische Engineeringwerkzeuge Werkzeug Anwendung Beispiel Verbrennungsprozesse Ofenbrenner PFD Thermochemie CFD (mit zustzlichen Modellen zur Bercksichtigung des Partikelverhaltens) FLUENT Reingas und gering beladene Mehrphasenstrmungen Filter, Gasstrmungen in Apparaten und Leitungen Strmungen mit berlagerten Reaktionen und Strahlungstransport Kalzinatorstrmung mit Augenmerk auf Gas CPFD Barracuda hoch beladene Gasstrmungen Zyklonstrmungen, Mehleinbringungen, statische Sichter durchstrmte Haufwerke Festbett- und Wirbelbettreaktoren Bunkeraustragsstrmung Partikelstrmungen Siloaustrge, Feststoffstrmungen Mehrkomponenten- und Mehrphasenreaktionen Vorausberechnung der Abgaszusammensetzung Vorausberechnung der (Zwischen-)Produktzusam mensetzung PartikelGas 17. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Warum wir uns so viel Mhe geben E-Filterstrmung nach und vor der Optimierung Bessere Strmungsverteilung Lngere mittlere Verweilzeit Bessere Abscheideleistung Geringerer Druckverlust bei uerlich gleicher Erscheinung! 18. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie CFD fr die Zementindustrie: Einige Beispiele 19. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Wrmetauscheroptimierung Zyklonstrmung bei hoher Feststoffbeladung: Partikel werden als solche berechnet und dargestellt Der Impulsaustausch der Partikel untereinandert wird bercksichtigt Der Impulsaustausch der Partikel zum Gas wird bercksichtigt Unterschiedliche Partikelgren und Kornbandverteilungen werden bercksichtigt Dynamisches Verhalten wird dargestellt zurck 20. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Wrmetauscheroptimierung Mehlaufgabe auf Zyklon: dynamisches Verhalten Partikelgren- abhngigkeit Untersuchungsergebnisse: Zyklizitt bei beidseitiger Aufgabe Ausbildung von Partikelwolken sub-optimaler Abscheidegrad zurck 21. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Wrmetauscheroptimierung Mehlverteilerweiche: Partikelstrhnen dynamisches Austragsverhalten aus der Zyklonspitze asymmetrisches Eintrittsverhalten in Mehlverteilerweiche Klappenstellung ungleich Mehlverteilung zurck 22. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Kalzinatoroptimierung Aufgabe stckigen Brennstoffs im Kalzinator: Partikellaufbahnen Verweilzeitverhalten Ausbrand nach Partikelgre Kalzinationsfortschritt Kollisions- und Anhaftungsorte zurck 23. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Berechnung des Drehrohrofens Strmungsdynamisch-thermochemische Berechnung des Ofenprozesses: CaO C3S CaCO3 C2S zurck 24. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Berechnung des Drehrohrbrenners Berechnung des Ofenbrenners: Unterschiedliche (Sekundr-) Brennstoffe Auswirkung auf die Flammenform (Wrmefreisetzungszonen) Untersuchungsergebnisse: Niederregnen von unausgebranntem Brennstoff Auswirkungen auf O2- Angebot an der Bettoberflche Qualittsprobleme Kohle: Tiermehl: Fluff: zurck 25. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Berechnung des Ofenkopfes Ofenkopfstrmung: Sekundrluft-Tertirluftsplit Strmung im Ofenkopf Staubbeladung Druckverlustminderung durch Rotationsabsetzkammer Entstaubungsleistung fr die Tertirluft zurck 26. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Onsite-Services: Manche Verbesserungen sind auch ohne numerisches Engineering mglich: Optimierung der Anlagenbetriebs Optimierung der Regelkreise und Produktionsfhrungs- strategien Training des Personals Durchfhrung von Leistungstests Anlagenassessment 27. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Der Vorteil fr Sie: sofortiger ROI! Beispielhafte Abschtzung der Wirtschaftlichkeit Annahmen: Energiekosten: 20/t Produktionsleistung: 3000t/d Beispiel erreichte Einsparung Kosten Amortisation aixergee Umbau % /t /d Tage 1 0,2 600 15.000 10.000 42 Optimierung SNCR 3 0,6 1800 20.000 100.000 67 Optimierung Sekundrbrennstoff 5 1 3000 35.000 300.000 112 Umstellung neuer Sek.-Brennstoff 10 2 6000 65.000 800.000 144 Repositionierung SNCR Return innerhalb von wenigen Monaten mglich ! 28. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Was wir fr Sie tun knnen Ist-Zustand Optimierung Analyse Vorschlag Umsetzung Anlagenbegutachtung: Beobachtung Messung Berichterstattung Berechnung: konventionell CFD CPFD Thermochemie Verbrennung Energiebilanz ... Studien / Berichte: Betriebsoptimierung Machbarkeitsstudien Szenariostudien Engineering: Basic engineering Detail engineering Spezifikation der bent. Ausrstung Auswahl der bent. Ausrstung Design der bent. Ausrstung Optimierung des Anlagenbetriebs vor Ort Projektmanagement Behrdenengineering Personalgestellung fr Inbetriebnahme, Leistungstests und Optimierungen Training / Qualifikation 29. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustr - Wir setzen Ihre Energie um! Fr mehr Information wenden Sie sich an: aixergee process optimisation Alfonsstrasse 44 52070 Aachen Tel.: +49 241 413 44 92 40 info@aixergee.de www.aixergee.de 30. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Referenzen und Beispiele Verbrennungsmodelle fr: Rostfeuerung Kohlenstaub Nachverbrennung l- und Gasbrenner Brennstoffe: Gas-Phasen Verbrenungsprodukte: H2 , H2 O, O2 , CO, CO2 , CH4 , O3 , N2 ,... Koksausbrand (auch fr Rest- und Abfallbrennstoffe) Sekundrbrenstoffe (z.B. Fluff, Altreifen, biogene Reststofffe ...) Biomasse Schadstoffe und Spuren: Nox , Schwermetalle, Alkali- u. Erdalkalimetalle Physikalische Modelle fr: Strahlung, Konvektion, Wrmeleitung Turbulenz (unterschiedliche Modelle) Feststoffe, Staubkonzentrationen, Schmelzen 31. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Referenzen und Beispiele vorher nachher Verteilung des Reduktionsmittels Optimierung des SNCR- Verfahrens: Berechnung der Verdampfungspfade Berechnung der Randgngigkeit Optimierung der Dsenposition und -ausrichtung Dsenauswahl und -engineering 32. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Referenzen und Beispiele Optimierung der Ofenkopfgestaltung: Berechnung der Einstrmung in die Tertirluftleitung Optimierung der Strmungsgeometrie durch den Einsatz von Leitblechen Minimierung der Staubbeladung der Tertirluft Verringerung des Druckverlustes des Ofenkopfes Verbesserung des Kalzinatorbetriebs 33. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Referenzen und Beispiele Optimierung der Mehlbox: Berechnung des 2- Phasengemischs unter vollstndiger Bercksichtigung des Einflusses der Mehlpartikel Gleichverteilung des Mehls in den aufsteigenden Gasstrom Optimierung des Wrmetransports Effizienzsteigerung des Wrmetauschers Detailoptimierung an der Splash-plate Darstellung der Suspension der Mehlpartikel in der Strmung 34. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie Mehrphasenstrmungen Zyklon Kalzinator Sichter Filter Siloaustrag Bunkerstrmungen Bei hohen Beladungen (>5vol-%) schwierig zu berechnen Besonders bedeutungsvoll in der Zementindustrie 35. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie Mehrphasenstrmungen: Komplexitt der herrschenden physikalischen Vorgnge Stark unterschiedliche Gren- und Zeitskalen Geschlossene Modellierung und Berechnung nicht mglich 2 unterschiedliche Anstze stehen zur Verfgung: 1. Euler/Lagrange 2. Euler/Euler Beide Anstze haben Strken und Schwchen 36. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie Euler/Lagrange-Ansatz: Fr die Partikel werden die Bewegungsgleichungen diskrete gelst Krftebilanz um Partikel Partikel fhrt seine granularen Eigenschaften mit sich Fr das Fluid werden die Erhaltungsgleichungen in den Gitterzellen gelst Impuls, Massen- und Energieerhaltung + Die Partikel behalten ihre granularen Eingenschaften - die beiden Phasen werden in unterschiedlichen Bezugssystemen gefhrt und deren Interaktion muss aufwendig modelliert werden Zeitab- hngigkeit Advektion Diffusion Quellterm 37. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie Euler/Euler-Ansatz: Jede (beide) Phase wird als Fluid behandelt Fr jede Phase werden die Erhaltungsgleichungen kontinuumsmechanisch gelst Partikel knnen als Pseudo-Fluide modelliert werden Phasenbergnge werden bercksichtigt + Interaktion zwischen den Phasen wird vollstndig und geschlossen bercksichtigt - Partikel verlieren ihre granularen Eigenschaften (Gre, Korngrenverteilung...) Phasenbergang 38. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie BARRACUDA CPFD Neuartiger CFD-Code schliet die Lcke zwischen den beiden herkmmlichen Methoden Fluid wird in Euler'schem Gitter berechnet Partikel werden grundstzlich in einem Langrange-Modell berechnet Die Partikeleigenschaften werden auf das Euler'sche Gitter aufgeprgt und die Auswirkungen der Strmung auf diese wiederum zurck auf die Partikel. Vollkommen geschlossene Modellierung der Partikel-Interaktionen untereinander und auf die Gasphase Partikel behalten Ihre granularen Eigenschaften Einsetzbar auch bei Beladungen >5vol-% 39. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie Standard Euler-Lagrange-Methode (SEL) Standard Euler-Granular-Methode (SEG) Computational Particle Fluid Dynamics (CPFD) Extended Euler-Lagrange-Methode (EEL) Extended Euler-Granular-Methode (EEG) Discrete-Element-Methode (DEM) Berechnung diskreter Partikel mit Partikel- Partikel-Interaktion und bi-direktionaler Kopplung der Fluid-Partikel-Interaktion. Das Partikel verdrngt in der Zelle des Euler'schen Gitters ein best. Gasvolumen Um Partikelkollisionen, Agglomerationsverhalten und anderes erweitertes SEL SEG erweitert um die Abbildung der Reibungsviskositt der Feststoffphase nahe der Packungsdichte Detaillierte Berechnung der Partikel-Partikel- Interaktionen unter Bercksichtigung der Partikelgre und -gestalt Fluide knnen nicht bercksichtigt werden Explizite Berechnung diskreter Partikel ohne Partikel-Partikel-Interaktion nur fr verdnnte Strmungen gltig Die Feststoff-Phase wird wie ein Pseudo-Fluid mit spezifischen Eigenschaften behandelt Probleme bei Beladungen nahe der Pack.-dichte 40. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustrie Spezielle Berechnungsmethoden fr die Zementindustrie SEL SEG CPFD EEL EEG DEM fluid physics ++ + + ++ + -- inertia effects + + ++ ++ + o particle size distribution ++ - ++ ++ - ++ large particles o - o o - + particle form o - o o - + particle-particle-interaction -- o + + o ++ packing limit -- o ++ - o ++ multi-physics + - + ++ o - accretion/obstruction -- o + - + + dynamic/static - o + - + o complex geometry ++ o - ++ - o computation efficiency + o o - + - -- very bad - bad o moderate + good ++ very good 41. aixergee Kompetenz & Service fr die Zementindustr - Wir setzen Ihre Energie um! Fr mehr Information wenden Sie sich an: aixergee process optimisation Alfonsstrasse 44 52070 Aachen Tel.: +49 241 413 44 92 40 info@aixergee.de www.aixergee.de