Betriebserfahrungen mit einem erdgasgefeuerten Eberhardt Kalkschachtofen G 135

1 Einleitung

Weltweit finden koksgefeuerte Mischfeueröfen - nicht zuletzt wegen ihrer vergleichsweise  robusten Technologie verbunden mit einem guten Wirkungsgrad - breite Anwendung u.a. in der Soda-Industrie sowie in der Zucker-Industrie, da neben dem Produkt Kalk auch das an Kohlendioxid hochangereichte Abgas für den nachgeschalteten Prozess benötigt wird. Im Soda-Prozess nach dem Solvay-Verfahren wird zunächst die ammonikhaltige NaCl-Lösung carbonatisiert und danach wird das Ammoniak mittels CaO aus einer NH₄Cl-Lösung wieder zurückgewonnen. Im Zucker-Prozess wird der Rohsaft zunächst mit Kalkmilch versetzt. Danach wird das CO₂-haltige Ofenabgas vom Behälterboden her eingeperlt. Nichtzucker­bestandteile werden nun durch Recarbonatation ausgefällt. So hat Eberhardt z.B. in den letzten 20 Jahren mehrere Dutzend Mischfeueröfen des Typs KR in Größen von 100 t/d bis 440 t/d in Europa, Ägypten und Marokko errichtet.

 

Permanent steigende Brennstoffkosten für Koks waren vor einigen Jahren in Deutschland bereits ein Thema, welches sich mittlerweile relativiert hat. Die ägyptische Zucker-Industrie jedoch leidet seit einiger Zeit unter einem künstlich kleingehaltenen Markt für importierte Kokse mit enormen Preissteigerungen. Hinzu kommt, dass in Ägypten staatseigene Erdgasvorkommen erschlossen wurden und der Staat den Einsatz von Erdgas als Brennstoff in der Industrie fördert.

 

Gesucht wurde eine Lösung, welche neben dem Einsatz der Brennstoffe Erdgas oder Leicht-/Schweröl auch die speziellen Anforderungen der Zucker-Industrie an Ofentechnik, Branntkalk und Ofenabgas erfüllt.

 

2 Aufgabenstellung

Die Fa. EBERHARDT GmbH beschäftigt sich seit ihrer Gründung im Jahre 1860 als Maschinenfabrik Heinrich Eberhardt mit der Entwicklung und Herstellung von Komponenten für die Zucker-Industrie, im Speziellen mit Kalköfen, Kalkmilchanlagen und Gasreinigungsanlagen. Aufgrund langjähriger Geschäftsbeziehungen zur umstrukturierten und modernisierten, ägyptischen Zucker-Industrie (u.  a. wurden alle Mischfeueröfen der dortigen Rübenzuckerindustrie geliefert) wurde die Aufgabenstellung angenommen, in Anpassung auf die veränderten Marktbedingungen nunmehr gasbefeuerte Kalkschachtöfen zu konzipieren.

Neben den generellen Anforderungen nach Energieeffizienz, Kalkqualität und Umweltaspekten sind die folgenden speziellen Anforderungen der Zuckerindustrie geschuldet:

­– Die Zuckerherstellung aus Rüben wird in so genannten Kampagnen während der Rübenernte durchgeführt,
d.  h. in der Regel wird eine Kampagne mit einer Dauer
von bis zu 120 Tagen pro Jahr gefahren. In der übrigen Zeit ist die Fabrik außer Betrieb. Somit muss der Kalkofen, spe­ziell die Geometrie der feuerfesten Ausmauerung, einer jährlichen Aufheiz- und vollständigen Abkühlung gewachsen sein.

­– Der Kalk muss, obwohl mit Erdgas oder Öl gebrannt, eine mittlere Reaktivität ausweisen, damit in der Kalklöschtrommel die geforderte Kalkmilchdichte von bis zu 220  g CaO pro Liter hergestellt werden kann.

­– Der CO₂-Gehalt im Abgas muss möglichst hoch sein und darf nur minimalen Schwankungen auch während des Beschickungsprozesses unterliegen.

­– Der Brennstoffwechsel zwischen Erdgas und Leicht- oder Schweröl muss nach kurzen Rüstzeiten im laufenden Betrieb möglich sein.

­– Der Kalkofen muss eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit aufweisen, da bei einem Ausfall die Rübenverarbeitung in der Fabrik zum Zwangsstillstand kommt.

­– Dennoch muss der Kalkofen eine gewisse Flexibilität in puncto Branntkalkleistung haben, um mögliche Schwankungen in der Rübenverarbeitung ausgleichen zu können.

­– Eine Besonderheit der ägyptischen Kalksteinvorkommen ist deren z.  T. geringe Druckfestigkeit [1–2]. Der Kalkstein hat sowohl beim Beschickungsvorgang als auch während des Calcinationsprozesses eine verstärkte Tendenz zum Zerfall zu neigen, d.h. es ist mit erhöhten Druckverlusten in der Schüttung zu rechnen.

 

3 Aufbau, Arbeitsweise und konstruktive Merkmale

Der prinzipielle Aufbau und die Arbeitsweise des hier vorgestellten gasgefeuerten Kalkschachtofens vom Typ G 135 geht zurück auf die Firma WEST’s (GB). Dort wurde in den 1960-ger Jahren einen Ofentyp für die Kalkindustrie entwickelt, der in der Regel direkt im Steinbruch errichtet wurde und über ein Förderband mit Kalkstein beschickt wurde. In den Jahren 1970 –1975 lieferte EBERHARDT in Kooperation mit WEST’s Pyro (Manchester) Kalköfen dieser Bauart für mehrere Fabriken der westeuropäischen Zucker-Industrie. Nach Abschluss eines entsprechenden Lizenzvertrages nutzte Eberhardt die Technologie und entwickelte sie vor allem steuerungstechnisch weiter, um danach eigenständig Kunden u.a. in mehreren asiatischen Ländern zu beliefern.

 

Beschickt wird der Kalkofen G 135 mittels eines Skipaufzugs. Die Ofenbegichtung besteht aus einem Schleusensystem, bei dem ein Begichtungstrichter, ausgestattet mit einem Gichtschieber und einer Gichtglocke, bei jeder Skip-Beschickung für den gasdichten Abschluss sorgt.

 

Der G 135 arbeitet nach dem Saugzugprinzip und wird mittels eines Abgasventilators betrieben. Dieses stellt einen zusätzlichen Anspruch an die Dichtheit der Ofenbegichtung dar. Wäre diese nicht gegeben, würde das Abgas durch den Eintritt von Falschluft verdünnt. Somit wäre das erklärte Ziel nach hochangereichertem CO₂ verfehlt. Das Ofenabgas wird über einen Abgasbalken aus dem Ofen abgesaugt. Die über dem Balken liegende Kalksteinlage bildet eine Art Vorsilo. Der Abgasbalken, der beiderseits außerhalb des Ofenmantels in eine Halbringleitung mündet, hat eine Mittenabsaugung zur Vermeidung der Randgängigkeit der Ofengase.

 

Der Ofenschacht hat durchgängig eine zylindrische Form
(Bild 1) mit erweitertem Durchmesser lediglich im Einfüll­bereich, sowie unterhalb der Brennerebene. Er ist gegenüber der ursprünglichen Version erheblich verlängert worden. Hierdurch konnten Wärmeverluste über das Abgas reduziert und
die Energiebilanz optimiert werden. Ein Teil des Abgases wird über eine Zyklonentstaubung mittels eines Rückgas-Ventilators dem ­Abgassystem entnommen und im Bereich der Brenn- oder Vergaserkammern als Rückgas zugeführt. Neben dem Kühl­effekt für das Mauerwerk der Brennerebene ist die Hauptaufgabe des Rückgases, die Energie über den gesamten Ofenquerschnitt zu verteilen- insbesondere hin zur Ofenmitte- um somit eine homogene Kalkqualität zu erzeugen.

 

Die Brennstoffe werden beim G 135 über sieben externe, radial angeordnete und geneigte Brenn- oder Vergaserkammern aufgegeben (Bild 2). Bei Betrieb mit Erdgas kommen Hauptbrenner mit integrierten Pilotbrennern zum Einsatz. Bei ­Ölfeuerung wird mittels Pumpensystem und Injektoren ein Ölstrahl in die  Vergaserkammer gesprüht, welcher auf dem Weg in Richtung auf die glühende Schüttung vergast, jedoch nur z.T. verbrennt (Bild 3). In beiden Fällen werden die Kammern stark unterstöchiometrisch im Bereich von l = 0,3 – 0,8 betrieben. Lediglich ein Teil der erforderlichen Verbrennungsluft wird auf der Brennkammerebene zugeführt. Die restliche, zur vollständigen  Verbrennung notwendige Luft wird durch von unten, als Sekundärluft aufsteigende und vorgewärmte Kalkkühlluft bereitgestellt. Aufgrund des Saugzuges tritt diese am Ofenfuß ein. Einstellbare Lufteinlässe ermöglichen eine Veränderung der Luftzufuhr an der Peripherie des Kalksilos sowie auch der Zufuhr zu einem zentralen pilzförmigen Luftverteiler.

 

Der erdgasbetriebene Hauptbrenner wurde durch ­EBERHARDT weiter entwickelt. Unter anderem wurde ein Zünd- oder Pilotbrenner integriert, welcher nicht nur den Hauptbrenner sicher zündet, sondern gleichzeitig über Ionisation die Flamme überwacht (Bild 4). Auf Kundenwunsch kann ab einer Mauerwerkstemperatur von 750 °C auf den Betriebsmodus „Hochtemperatur“ umgeschaltet und damit die Ionisationsüberwachung ersetzt werden. Danach kann der Zündbrenner zur Schonung während des Dauerbetriebs zurückgezogen oder ausgebaut werden, da nun die erforderliche Zündtemperatur für das ­Erdgas über die Schüttungstemperatur jederzeit sicher gegeben ist.

 

Der Branntkalkaustrag ist durch einen Muschelverschluss realisiert. Dieser wird pneumatisch oder hydraulisch betätigt. Im Unterschied zu herkömmlichen Kalköfen wird diskontinuier­lich ausgetragen und zwar mit einer Zykluszeit von ca. 40 Mi­nuten. Am Ende des Zyklus, der durch die ­Brennstoffzugabe getaktet wird, öffnet sich der Muschelverschluss und gibt seinen vollen Querschnitt frei (Bild 5). Eine der Ofenleistung entsprechende Kalkmenge rutscht aus dem Ofen und wird in der darunterliegenden Behälterwaage aufgefangen. Der Sollwert der Waage gibt das Signal zum Schließen des Muschelverschlusses. Bei einer ausgelegten Ofenleistung von 150 t/d Branntkalk werden pro Abzug ca. 4,16 t ausgetragen. Dieser Vorgang dauert ca. 10 s. Die starke und abrupte Bewegung der gesamten Schüttung im Ofenschacht verhindert eine Brückenbildung in der Schüttung.

 

Aus der Behälterwaage wird der ofenfallende Branntkalk über eine Vibrationsrinne dosiert ausgetragen und der Kalkmilchanlage zugeführt. Für den Anfahrbetrieb sowie bei Störungen im nachgeschalteten Prozess kann der Kalk über einen Notweg automatisch aus der Waage ausgetragen werden.

 

Das Ofenabgas wird nach der Entnahme des Rückgases der Gasreinigungsanlage bestehend aus einem zweistufigen Gas­wascher mit vorgeschaltetem Schmutzfänger zugeführt (Bild 6). Der anfallende Kalkstaub wird diskontinuierlich ausgeschwemmt und über Drainagen der Wasseraufbereitung der Zuckerfabrik übergeben. Der Gaswascher hat neben der Reinigungsfunktion außerdem eine Kühlwirkung, denn den nachgeschalteten CO₂-Wasserringkompressoren darf wegen einer möglichen Kavitation das Abgas nur mit maximal 40 °C zugeleitet werden. Für einen Einsatz außerhalb der Zucker-Industrie kann ein Schlauchfilter mit entsprechender Temperaturbeständigkeit zur Entstaubung des Abgases zum Einsatz kommen. Zur Verhinderung von Korrosionsschäden an gasberührten Maschinen und Rohrleitungen kann im Fall des Einsatzes schwefelhaltiger Brennstoffe dem Gaswascher eine Neutralisationsanlage- unter Verwendung von Sodalauge- für das Wasch- und Kühlwasser zugeschaltet werden.

 

Im Jahre 2004 forderten gleich zwei aufkommende Projekte die Wiederbelebung des bereits erworbenen Know-How im Hause EBERHARDT. Zum einen wurden zwei ­ölgefeuerte Kalkofen-Anlagen für den Iran mit einer Leistung von je 35 t/d in Auftrag genommen. Kurze Zeit später folgte der Auftrag zur Beteiligung am Bau einer komplett neuen Zuckerfabrik in Ägypten, in der zwei gasgefeuerte G 135 Kalköfen gebaut wurden, die nun bereits in den Jahren 2008 und 2009 in zwei ­Rübenzucker-Kampagnen in Betrieb waren bzw. sind. Die letztgenannten Kalköfen sind später Gegenstand der Betrachtung zu den Themen Inbetriebnahme und Betriebserfahrungen.

4 Feuerfeste Ausmauerung

Für die Feuerfestzustellung von Kalkschachtöfen stehen seit vielen Jahren bewährte Konzepte zur Verfügung, die im Allgemeinen allen Anforderungen dieser Öfen gerecht werden. Bei dem hier vorgestellten Ofentyp gilt es jedoch einige Besonderheiten im Rahmen der Feuerfestkonstruktion zu berücksichtigen, die einen wesentlichen Einfluss auf den erfolgreichen und zuverlässigen Ofenbetrieb haben können.

 

Im Unterschied zum herkömmlichen Typ des Normalschachtofens besitzen diese Öfen wie bereits beschrieben mehrere Brennkammern, die sich auf einer Ebene und gleichmäßig über den Querschnitt verteilt, am unteren Rand der eigentlichen Brennzone befinden. Die Anordnung dieser Brennkammern bedeutet für das Feuerfestsystem des Verschleißfutters in Brennkammerebene eine Schwächung des lastabtragenden Querschnitts um bis zu 40  %.

 

Da die Mauerwerkslasten bei Normalschachtöfen ausschließlich über den Ofenfuß abgetragen werden, müssen hier die Kräfte in der Ebene der Brennkammereintritte auf den „Restquerschnitt“ umgeleitet werden. Daneben gilt es, alle thermischen Dehnungen in geeigneter Art und Weise zu berücksichtigen. Dies stellt im Bereich der Brennkammern eine zusätzliche technische Herausforderung dar (Bild 7).

 

Erfahrungen mit der Feuerfestzustellung von Öfen der ursprünglichen Generation zeigten einerseits regelmäßig thermo-chemische Überlastungen, sofern Produkte des Al₂O₃-SiO₂-Systems verwendet wurden und andererseits auch frühzeitige Feuerfestschäden, die offensichtlich in der Verwendung ungeeigneter Steingeometrien begründet lagen.

Ausgehend von diesen Erfahrungen entschloss man sich bei EBERHARDT/MÖLLER das bestehende Feuerfestkonzept zu überarbeiten und unter Berücksichtigung folgender Eckpfeiler neu auszurichten:

­– Verwendung eines modularen Formsteinsystems im Brennkammerbereich, das den besonderen statischen Erfordernissen hinsichtlich Lastabtragung und thermischer Dehnungen gerecht werden kann.

­– Einsatz eines hochwertigen Magnesia-Spinell-Produkts für den gesamten Brennkammerbereich um die thermo-chemi­schen Anforderungen auch bei Schwankungen der Betriebs­parameter und der Kalksteinqualität sicher zu beherrschen.

 

Entwickelt wurde zunächst ein geometrisch optimiertes 3-dimensionales Formsteinmodell (Bild 8). Dieses System berücksichtigt sowohl die feuerfesttechnischen Anforderungen aus dem Ofenbetrieb, als auch wichtige fertigungstechnische Aspekte die bei Herstellung der bis zu 70 kg schweren basischen Formsteine relevant sind. Ein wesentliches Anforderungskriterium war neben der Rohstoffauswahl auch das Herstellungsverfahren, da die Formsteine in jedem Fall als gepresste und gebrannte Produkte Eigenschaftswerte garantieren sollen, die denen von Standardformaten dieser Qualität entsprechen müssen. Dieses Feuerfestkonzept konnte in den letzten Jahren in insgesamt 10 Öfen verschiedener Größe und Leistung für die Zuckerindustrie erfolgreich umgesetzt werden.

 

5 Regelung und Automatisierung des Kalkofens

Über das ausgetragene Kalkgewicht wird die Ofenleistung bestimmt. Die Beschickung des Ofens wird automatisch gestartet, wenn der Kalksteinvorrat im Bereich der Gichtglocke oberhalb des Abgasbalkens einen minimalen Stand erreicht hat. Während der Zykluszeit von ca. 40 Minuten wird exakt die Brennstoffmenge zugeführt, welche zu einer nahezu vollständigen Calcination des in der Brennzone befindlichen Kalksteinvolumens benötigt wird. Die Dosierung erfolgt über Regelventile, welche vor jedem Brenner angeordnet sind. Die benötigte Primärluftmenge wird nach Vorgabe des Luftfaktors für die Brenner ebenfalls automatisch geregelt.

 

Der Abgasventilator hält in einem Regelkreis mittels Regelklappe abhängig vom Ofenkopfdruck einen konstanten, leichten Unterdruck in der Brennerebene. Ein einzustellender Grenzwert des Unterdrucks in der Brennkammerebene schaltet bei Überschreitung aus Sicherheitsgründen die Brennstoffzufuhr ab. Geregelt wird ebenfalls die Rückgasmenge, welche in der Brennerebene zurückgeführt wird. Mittels des Rückgasventilators wird die vorgewählte Menge dem Abgasstrom entnommen. Die Verteilung auf die jeweils fünf Einleitungen pro Brennerkammer erfolgt über manuelle Handklappen.

 

Als Steuerungssystem ist auf Kundenwunsch eine hochverfügbare Simatic S7 400H im Einsatz. Im Störungsfall einer CPU wird simultan auf die zweite CPU umgeschaltet, ohne dass der Prozess hierdurch beeinträchtigt wird. Die Anbindung der Peripheriesignale erfolgt über Profibus DP und Y-Link Module. Die Gas- und Luftregelstrecken sind über Profibus PA eingebunden. Die Brennersteuerung erfolgt über die S7 und den Feuerungsautomaten, welche im Leitstand auf der Brenner­bühne zusammengefasst sind. Vor Ort befinden sich lediglich die Schalter/Taster und Anzeigen sowie der Zündtrafo.

 

Die Skipaufzüge werden mit modernen Frequenzumrichtern betrieben. Die Drehzahlregelung des Antriebes mit konstantem Drehmoment, auch bei langsamen Geschwindigkeiten, erfolgt über einen Motorinkrementalgeber. Weiterhin kann durch einen zweiten profibusfähigen Absolutwertgeber an der Winde eine zyklusoptimierte Fahrweise realisiert werden.

 

Für das Bedienen und Beobachten sind zwei WinCC-Einzelplatzsysteme im Einsatz. Beide Systeme laufen unabhängig voneinander und ergeben somit einen redundanten Aufbau des Bediensystems. Bei Ausfall eines der PC‘s kann mit dem zweiten System die Anlage vollständig weiter betrieben werden.

 

6 Kalkstein

Seit dem ersten Kalkofenprojekt 1995 kann eine Verschlechterung der Kalksteinqualität in Ägypten registriert und verfolgt werden. Sowohl die chemischen als auch die physikalischen Eigenschaften der Vorkommen schneiden im Vergleich zu Kalkstein aus europäischen Lagerstätten schlechter ab. Hierzu sind im Jahre 2008 umfangreiche Untersuchungen gemacht und veröffentlicht worden [1–2]. Hinzu kommt eine schwankende Qualität, selbst wenn aus ein- und derselben Lagerstätte die Lieferung bezogen wird, was auf Unterschiede bei Abbau und Klassierung des Kalksteins durch Lieferanten zurückzuführen ist. Ein seit Jahren durch unsere Firmengruppe betreuter Mehrkammerschachtofen wird in Ägypten unter den gleichen, verschlechterten Rahmenbedingungen betrieben.

 

In Tabelle 1 sind die vertraglichen sowie die in zwei Stichproben vorgefundenen und in den betrachteten Kalköfen eingesetzten Kalksteinqualitäten aufgeführt. Beide waren besser als die vertragliche Zusage, aber erwähnt werden sollten auch jene Lieferungen von Kalksteinen, welche als untauglich oder außerhalb der Spezifikation mehrfach zurückgewiesen werden mussten (Bild 9). Die Werte der vertraglichen Körnung von
80–120 mm wurde tendenziell auf 100 –150 mm verschoben und wiesen zusätzlich nicht unerhebliche Fraktionen um
60 mm bzw. 200 mm auf.

 

7 Brennstoffe

Der primär eingesetzte Brennstoff ist Erdgas, vergleichbar mit der europäischen Klasse Erdgas H. Gewonnen wird das Erdgas in staatseigenen Vorkommen und die gelieferte Zusammensetzung kann als stabil angesehen werden. Obwohl die Bereitstellung einer Analyse der gelierten Erdgasqualität noch nicht zum ägyptischen Standard gehört.

 

8 Inbetriebnahme und Betriebserfahrungen

Die im Jahre 2007 gebauten beiden Kalkschachtöfen vom
Typ G 135 wurden im Februar bzw. März 2008 gezündet und in Betrieb genommen (Bild 1). Die baugleichen Öfen haben
die in Tabelle 2 zusammengefassten Ofendaten und Garantiewerte.

 

Da nur noch begrenzt auf Erfahrungswissen bei der Inbetriebnahme zurückgegriffen werden konnte und im Vergleich zur ursprünglichen Version dieses Kalkofentyps konstruktive und technologische Veränderungen vorgenommen worden waren, ergaben  sich bei der Inbetriebnahme- beinahe zwangsläufig- Schwierigkeiten an Punkten, an denen niemand damit gerechnet hatte. Die auffälligsten Probleme sollen auch an dieser Stelle nicht verschwiegen werden.

 

Bereits kurz nach den ersten Leistungssteigerungen des Ofens konnte die erforderliche Menge an Primärluft dem Ofen nicht mehr zugeführt werden, was aber direkt nach Vergrößerung des Messblendenverhältnisses und somit des Querschnitts behoben werden konnte. Nach der Stabilisierung wurde plötzlich ein höherer als der zu erwartende Druckverlust des Ofens registriert- mit deutlich negativer Tendenz. Die erste Annahme war einem möglichen, hohen Feinkornanteil durch Kalksteinzerfall zugeschrieben worden, welcher das Lückenvolumen verkleinern und damit den Druckverlust über die Schüttung steigen lassen würde.

Kritischer wurde die Situation, als trotz voller Abgasventilatorleistung und vollständig geöffneter Regelklappe der Druck am Ofenfuß als auch in der Brennkammerebene positiv wurde. Der Rückgasventilator konnte das Rückgas nicht mehr in ausreichender Menge in den Ofen befördern. Um die Rück­gaseintritte zeigten sich dadurch lokale Hotspots (Bild 10). Da der ofenfallende Kalk jedoch keine auffallend hohen Feinanteile zeigte, musste die Ursache für den geminderten Unterdruck im Ofen an anderer Stelle gesucht werden. Gefunden wurde sie im Bereich des inneren Abgasbalkens (Bild 11).
Dieser war zum Großteil seines Querschnitts mit Staub, aber hauptsächlich mit Kalkstein der Körnungen bis 150 mm verlegt. Eine Reinigung über die beiden Wartungsöffnungen brachte sofort Abhilfe und die gewünschten Druckverhältnisse stellten sich wieder ein. Eine Erklärung wie die Kalksteine in den Balken kommen konnten, gab es aber zunächst nicht. Es wurde entschieden, den Ofen weiter zu betreiben und den Abgasbalken in Abständen zu kontrollieren und gegebenenfalls zu reinigen. Der mittlerweile gezündete, zweite G 135 Kalkofen zeigte die Probleme mit dem Abgasbalken nicht. Die daraus resultierende Vermutung, auf der Oberseite des Abgasbalkens kann nur ein mechanischer Fehler vorliegen, wurde aber erst nach ­Beendigung der Kampagne 2008 bestätigt, als der Ofen abgekühlt und begangen werden konnte. Während der Montage war schlicht die obere Flanschabdeckung der Mittenabsaugung des Abgasbalkens nicht montiert worden! Beschickungs­material konnte sich somit im linken und rechten Kanal des Abgas­balkens ansammeln und damit den Druckverlust verursachen.

 

Um eine mögliche Gefahr von Verpuffungen auszuschließen wurde der Regelkreis des Abgasventilators vom Ofenkopfdruck auf den Unterdruck in der Brennkammerebene verlagert. Die zusätzliche Sicherheitsabschaltung aller Brenner bei positivem Brennkammerdruck musste aber aufgrund der durchgeführten Kontrollen des Abgasbalkens nie schalten.

Der weitere Betrieb- nun beider Öfen zeigte, dass eine Mindestmenge an Rückgas zurückgeführt werden muss, um die rückgasführenden Rohrleitungen, zu kühlen und die Energieverteilung über den gesamten Ofenquerschnitt zu gewährleisten. Für optimale Betriebsergebnisse sollte eine Rückgasmenge von bis zu 20  % der Abgasmenge eingesetzt werden.

Nachdem beide Öfen in stabile Betriebszustände geführt wurden und den Bedarf der Zuckerfabrik an Kalk und CO₂ deckten, wurden Rest-CO₂-Werte von unter 2  % im Kalk erreicht. Die geforderten 80  % chemisches CaO wurden mit Werten von 86  % bzw. 89  % übertroffen (Tabelle 1). Aufgrund der guten Calcination wurden die in Tabelle 3 dargestellten Abgaswerte erreicht.

 

Der Wärmebedarf des G   135 lag bei Verwendung eines ­Kalksteins mit einem CaCO₃-Gehalt von 96,4  % bei unter 1050 kcal/kg Branntkalk (BK). Der Kraftbedarf des Ofens inklusive der Beschickungseinrichtungen lag bei unter 25 kWh/t BK. Angemerkt sei hier, dass im vorliegenden Fall der staatlich subventionierte Gaspreis den Fokus vom Wärmebedarf und auch Kraftbedarf genommen hat, da eine Zuckerfabrik meist über ein eigenes gasbetriebenes Kraftwerk verfügt.

 

Nach Beendigung der Kampagne 2008 wurden im Oktober beide Öfen inspiziert. Zunächst wurde der Flansch am Abgasbalken des entsprechenden Ofens wie geplant verschlossen. Eine durchgeführte Inspektion der feuerfesten Ausmauerung zeigte, dass die magnesitische Ausmauerung in der Brennzone ohne jeglichen Verschleiß oder Beschädigung war (Bild 12). Schaden genommen hatten die Edelstahlrohre der Rückgaseinleitungen, welche zum Teil verzundert bzw. nicht mehr vorhanden waren (Bild 13). An diesen Stellen konnte es zu einer Hintergasung kommen, was sich in den hot spots im Bereich der Einführungen zeigte.

Unter Federführung der Fa. MÖLLER wurde die Reparatur der Isolierschicht um die Rohreintritte herum durch ein Injektionsverfahren von außen durchgeführt. Die Edelstahlrohre wurden ebenfalls von außen erneuert. Lediglich an vier Stellen wurde der Ofenmantel geöffnet und von außen die Feuerfestisolierung erneuert. Diese minimalinvasive Reparatur dauerte in Summe lediglich sieben Tage und wurde kurz vor dem Kampagnestart 2009 durchgeführt.

 

Ende Februar 2009 startete die zweite Rübenkampagne und bislang haben beide G 135 Kalköfen den Anforderungen des Kunden an die neue Anlage entsprochen. Die ägyptischen Anlagenfahrer wurden von EBERHARDT- Inbetriebnahmepersonal geschult und betreiben nach dem Neustart 2009 beide G 135 Kalköfen vollkommen selbstständig.

 

9 Weitere Optimierung auf Basis der Betriebserfahrungen und Modellen zur Materialflussuntersuchung

Fa. EBERHARDT GmbH hat Aufträge für sechs weitere, ­erdgasgefeuerte Kalkschachtöfen im Hause und hat bereits die Betriebserfahrungen der ersten beiden Jahre mit einfließen ­lassen. Hinzu kommen nun auch die Verbesserungen der mechanischen Komponenten wie Aufzugswinden, Begichtungssysteme und Kalkaustragungen. Hier fließt bereits die Expertise des Geschäftsbereiches SCHAFFRATH mit ein. Mit Hilfe von Modellversuchen wird u.a. der Materialfluss im Ofenschacht simuliert und bislang vorgenommene mechanischen Veränderungen verifiziert (Bild 14). Diese Art der Modellversuche hat sich bereits bei Kalkschachtöfen der Ofentypen, Ring-schacht-, Zweischacht- oder Mehrkammerschachtofen durch das Schwesterunternehmen SCHWAB bewährt.

 

10 Ausblick

Bei den derzeit in Ägypten im Bau befindlichen Kalköfen handelt es sich um zwei G 135 Kalkofen für die Rübenkampagne und einen G 30 Kalkofen für den anschließenden Raffinerie-Betrieb. Der kleine, gasgefeuerte G 30 Ofen mit einer Leistung von 35 t/d Branntkalk kann auch eine Lösung in der europäischen Zuckerindustrie sein, wo augenblicklich Überlegungen angestellt werden, zukünftig Fabriken durch nachgeschaltete Raffinerie-Betriebe zur Veredelung von Rohzucker – beispielsweise aus Brasilien – besser auszulasten. Hier wird Kalk und CO₂ benötigt.

 

Die erreichten Betriebsergebnisse der beiden erdgasgefeuerten G 135 Kalkschachtöfen und die neuen Aufträge für weitere sechs Öfen dieses Typs unterstreichen und bestätigen, dass die Produktpalette der Fa. EBERHARDT wieder erfolgreich im Markt platziert wurde und sich stetig im Ausbau auf den neuesten Stand der Technik befindet.

 

Auch das gewählte Feuerfestkonzept kann als bestätigt angesehen werden und ein Einsatz des beschriebenen Ofentyps in der Kalk- und Baustoffindustrie scheint möglich. Beispiels­weise beim Umbau von bestehenden Mischfeueröfen. Blechmanteldurchmesser von 4500 mm und Branntkalkleistungen von 200 t/d sind mit diesem Ofentypen bereits realisiert. Zurzeit wird im Hause EBERHARDT des Weiteren der Einsatz von Kohlenstaublanzen am G 135 Ofentyp überprüft. Die gemachten Erfahrungen und der technische Austausch mit den Betreibern von umgerüsteten Ringschacht- oder Mehrkammerschachtöfen motivieren dabei zusätzlich.