Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Der Einbau eines Abwärmekraftwerks (waste heat recovery; WHR) in den Ofenstrang eines Zementwerks erzeugt eine hohe Anzahl Schnittstellen zwischen bestehender Infrastruktur und neuer Anlage. Einerseits müssen Stromversorgung und Automatisierung mit der WHR harmonieren. Andererseits ergeben sich diverse Prozessschnittstellen, obwohl die einzigen offensichtlichen Kontaktpunkte ein Abgaswärmetauscher (HEX) und ein Booster-Ventilator sind. Während des An- und Abfahrens der WHR müssen Druck- und Temperatureffekte berücksichtigt werden. Trippt die WHR, werden wieder andere Anforderungen an die Prozessregelung gestellt. Die größte Herausforderung jedoch ist die durch die WHR veränderte Gaszusammensetzung, welche erhebliche Auswirkungen auf die Leistung des nachgeschalteten Elektrofilters (ESP) hat. Der erste Teil des Berichts zeigt auf, dass die Anforderungen an die Strömungsverhältnisse innerhalb eines HEX und eines ESP sehr ähnlich sind. Bei beiden ist eine gleichmäßige Gasverteilung außerordentlich wichtig. Zu Beginn des Projekts WHR wurde diesem Umstand zu wenig Beachtung geschenkt, weshalb die hier präsentierten Designiterationen nötig waren. Im zweiten Teil des Berichts wird gezeigt, wie sich ein HEX auf den Ofenstaub auswirkt. Man kann einen HEX als Mühlensichter erachten und mit den gleichen Mitteln eine Abscheidekurve erarbeiten. Wie sich zeigt, scheidet der HEX etwa 70 % des Ofenstaubmassenstroms ab. Die Staubfraktion, welche den ESP während des Direktbetriebs passiert, ist dadurch erheblich feiner und nagt an der Abscheideleistung des ESP. Bis jetzt konnten diese Einflüsse durch Anpassen von Standardprozessen abgefangen werden. Nichtsdestotrotz verringerte sich die Reserve zum gesetzlichen Grenzwert für Staubemissionen.
The interfaces of a waste heat recovery (WHR) installation in a cement plant are manifold. Obviously, there is a connection in power supply and programmable logic controllers. Even so if the only process-wise connection consists of a flue gas heat exchanger (HEX) and a flue gas booster fan. During start-up and shut-down procedures of the WHR plant, e.g. certain pressure and temperature effects need to be accounted for. Matters get more severe when the WHR trips. However, in fact the most difficult condition is actually the effect of a WHR and its HEX on the performance of an electrostatic precipitator (ESP) due to the change in flue gas composition. As shown in the first part of the contribution, the requirements regarding flow distribution inside a HEX are simiiar to the ones for an ESP. Flow distribution is of utter importance for the performance of both types of equipment. Similar measures correct similar issues. However, at the beginning of the WHR project, this circumstance was not sufficiently respected, which made the design iterations presented in this contribution necessary. Furthermore, in the second part of the contribution it is shown that a HEX in a cement kiln's flue gas stream behaves in respect to dust very similarly to a separator in a cement mill circuit. The coarser lust fraction and around 70 % of dust mass flow is separated in the HEX by its tube bundles. The dust fraction entering the ESP during direct operation is thus considerably finer, challenging the ESP in its de-dusting efficiency. Up to now, these issues could be overcome by a change of standard operational procedures. Nonetheless, a decrease in the reserve gap to the legal dust emission limit had to be taken into account.
Der Einbau eines Abwärmekraftwerks (waste heat recovery; WHR) in den Ofenstrang eines Zementwerks erzeugt eine hohe Anzahl Schnittstellen zwischen bestehender Infrastruktur und neuer Anlage. Einerseits müssen Stromversorgung und Automatisierung mit der WHR harmonieren. Andererseits ergeben sich diverse Prozessschnittstellen, obwohl die einzigen offensichtlichen Kontaktpunkte ein Abgaswärmetauscher (HEX) und ein Booster-Ventilator sind. Während des An- und Abfahrens der WHR müssen Druck- und Temperatureffekte berücksichtigt werden. Trippt die WHR, werden wieder andere Anforderungen an die Prozessregelung gestellt. Die größte Herausforderung jedoch ist die durch die WHR veränderte Gaszusammensetzung, welche erhebliche Auswirkungen auf die Leistung des nachgeschalteten Elektrofilters (ESP) hat. Der erste Teil des Berichts zeigt auf, dass die Anforderungen an die Strömungsverhältnisse innerhalb eines HEX und eines ESP sehr ähnlich sind. Bei beiden ist eine gleichmäßige Gasverteilung außerordentlich wichtig. Zu Beginn des Projekts WHR wurde diesem Umstand zu wenig Beachtung geschenkt, weshalb die hier präsentierten Designiterationen nötig waren. Im zweiten Teil des Berichts wird gezeigt, wie sich ein HEX auf den Ofenstaub auswirkt. Man kann einen HEX als Mühlensichter erachten und mit den gleichen Mitteln eine Abscheidekurve erarbeiten. Wie sich zeigt, scheidet der HEX etwa 70 % des Ofenstaubmassenstroms ab. Die Staubfraktion, welche den ESP während des Direktbetriebs passiert, ist dadurch erheblich feiner und nagt an der Abscheideleistung des ESP. Bis jetzt konnten diese Einflüsse durch Anpassen von Standardprozessen abgefangen werden. Nichtsdestotrotz verringerte sich die Reserve zum gesetzlichen Grenzwert für Staubemissionen.
The interfaces of a waste heat recovery (WHR) installation in a cement plant are manifold. Obviously, there is a connection in power supply and programmable logic controllers. Even so if the only process-wise connection consists of a flue gas heat exchanger (HEX) and a flue gas booster fan. During start-up and shut-down procedures of the WHR plant, e.g. certain pressure and temperature effects need to be accounted for. Matters get more severe when the WHR trips. However, in fact the most difficult condition is actually the effect of a WHR and its HEX on the performance of an electrostatic precipitator (ESP) due to the change in flue gas composition. As shown in the first part of the contribution, the requirements regarding flow distribution inside a HEX are simiiar to the ones for an ESP. Flow distribution is of utter importance for the performance of both types of equipment. Similar measures correct similar issues. However, at the beginning of the WHR project, this circumstance was not sufficiently respected, which made the design iterations presented in this contribution necessary. Furthermore, in the second part of the contribution it is shown that a HEX in a cement kiln's flue gas stream behaves in respect to dust very similarly to a separator in a cement mill circuit. The coarser lust fraction and around 70 % of dust mass flow is separated in the HEX by its tube bundles. The dust fraction entering the ESP during direct operation is thus considerably finer, challenging the ESP in its de-dusting efficiency. Up to now, these issues could be overcome by a change of standard operational procedures. Nonetheless, a decrease in the reserve gap to the legal dust emission limit had to be taken into account.
Experiences with waste heat recovery at the cement plant Unterwaz of Holcim (Switzerland) AG
Erfahrungen mit Wärmerückgewinnung im Zementwerk Untervaz der Holcim (Schweiz) AG
Wider, F. (Autor:in)
Cement International ; 13 ; 38-42
2015
5 Seiten, Bilder, Tabellen, 3 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
Wärmerückgewinnung , Zementwerk , Einbauten , Stromversorgung , Anfahren , Prozessregelung , Gasverteilung , Schweiz , Kontaktpunkt , Elektrofilter , Gaszusammensetzung , Strömungsverhältnis , Kraftwerk , Wärmetauscher , Infrastruktur , Schnittstelle (Computertechnik) , Staubemission , Grenzwert , Strömungsverteilung , Abwärmeverwertung , Installation , Versorgung , Netzanschluss , Gestaltung , Iterationsverfahren , Brennofen , Zementbrennen , Massendurchfluss , Zementindustrie
Experiences with waste heat recovery at the cement plant Untervaz of Holcim (Switzerland) AG
| British Library Online Contents | 2015
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