VERFAHREN ZUR OPTIMIERTEN VERBRENNUNG VON ERSATZBRENNSTOFFEN IN EINER VORRICHTUNG ZUR THERMISCHEN BEHANDLUNG VON ANORGANISCHEN STOFFEN, INSBESONDERE ZUR HERSTELLUNG VON ZEMENTKLINKER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein aktives Regelungsverfahren zur Ermittlung des Brennwertes eines Ersatzbrennstoffes und Steuerung des Stoffstroms in Abhängigkeit davon.

[0002] Ersatzbrennstoffe sollen Primärbrennstoffe, beispielsweise Kohle und Öl, ersetzen, zum einen aus Kostengründen, zum anderen, um wertvolle Ressourcen zu schonen und damit CO₂ Emissionen zu minimieren. Aufgrund des in den Ersatzbrennstoffen erhaltenen biogenen Anteils gelten diese mindestens teilweise als erneuerbare Brennstoffe.

[0003] Nachteil von Ersatzbrennstoffen ist jedoch, dass diese Ersatzbrennstoffe typischer Weise inhomogen sind, beispielsweise bestehen Siedlungsabfälle aber auch aus Gewerbeabfällen aufbereitete Fraktionen aus einer Vielzahl an möglichen Stoffen. Diese weisen sehr unterschiedliche Brennwerte auf. Hinzu kommt, dass der Feuchtegehalt einen sehr großen Einfluss auf den Brennwert hat, da durch den Verlust an Energie zur Verdampfung und Erhitzung des Wassers diese Energie für einen folgenden Prozess, beispielsweise die thermische Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, nicht zur Verfügung steht.

[0004] Rechnet man daher mit einem mittleren Brennwert, so ergeben sich Prozessschwankungen dadurch, dass zeitweise mehr Energie durch den Ersatzbrennstoff zugeführt wird und mal weniger und es so beispielsweise zu Temperaturschwankungen im System kommt. Zwar kann die Zugabe von Ersatzbrennstoffen anhand der realen Temperatur angepasst werden, dieses führt jedoch noch immer zur Schwankungen im Prozess, da die Steuerung immer nur auf bereits eingetretene Veränderungen reagieren kann.

[0005] Daher wurden Verfahren entwickelt, um die Zusammensetzung von Ersatzbrennstoffen online zu ermitteln.

[0006] Aus der WO 2017/009158 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Brennprozesses mit wenigstens einem Ersatzbrennstoff mit einer schwingungsspektroskopischen Analyse bekannt.

[0007] Aus der WO 2005/003696 A1 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen, gravimetrischen Dosierung von fließfähigen Gütern für Feuerungsanlagen mit Bestimmung des momentanen Brennwertes und Regelung bekannt.

[0008] Aus der DE 103 30 376 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, gravimetrischen Dosierung von fließfähigen Gütern für Feuerungsanlagen bekannt.

[0009] Es ist somit bekannt, die Zusammensetzung und damit den ungefähren Brennwertes eines Ersatzbrennstoffes online zu ermitteln.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, die automatische online Erkennung von Ersatzbrennstoffen optimal in einen Prozess zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker einzubinden.

[0011] Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

[0012] In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Behandlung anorganischer Stoffe, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, wird wenigstens ein erster Ersatzbrennstoff verwendet.

[0013] Ersatzbrennstoffe sind Brennstoffe, die aus Abfällen gewonnen werden. Dabei kann es sich sowohl um feste, flüssige oder gasförmige Abfälle handeln, die in unterschiedlicher Aufbereitungstiefe aufbereitet sind. Die zur Herstellung von Ersatzbrennstoff verwendeten Abfälle können beispielsweise aus Haushalten, Industrie oder Gewerbe stammen. Unter den Begriff Ersatzbrennstoff fallen sämtliche nicht-fossilen Brennstoffe. Sie können aus selektiv gewonnenen, produktionsspezifischen (Gewerbe-)Abfällen wie auch aus unspezifischen Abfallgemischen, wie Siedlungsabfall, hergestellt werden.

[0014] Beispielsweise werden die aus ausgewählten Stoffströmen gezielt aufbereiteten Sekundärbrennstoffe aufgrund der höheren Qualitätsanforderungen durch anspruchsvolle Verarbeitungstechnologien maßgeblich in den Zementkraftwerken eingesetzt. Mit Energieanteilen von heute beispielsweise in Deutschland ungefähr 70 % und darüber eignen sich Rohabfälle wie Altreifen, Kunststoffe, Industrie- und Gewerbeabfälle sowie Tiermehl und Tierfette zur Ersatzbrennstoffaufbereitung für den Einsatz in der Zementindustrie. Mit geringeren Energieanteilen werden unter anderem auch Altöl, Lösungsmittel sowie Siedlungsabfälle für die Aufbereitung genutzt.

[0015] Hieraus ergibt sich, dass Ersatzbrennstoffe in der Regel inhomogen sind, also aus verschiedenen Stoffen mit verschiedenen Brennwerten bestehen und schwankende Feuchtigkeitsgehalte aufweisen.

[0016] Der erste Ersatzbrennstoff wird an einem ersten Aufgabebereich aufgegeben. Beispielsweise kann der erste Ersatzbrennstoff durch einen Radlader oder einen Kran aufgegeben werden. Ebenso kann der Ersatzbrennstoff aus einem Bunker aufgegeben werden, welcher beispielsweise durch Lastkraftwagen diskontinuierlich befüllt wird. Weiter kann der Ersatzbrennstoff direkt oder indirekt über ein Zwischenlager aus einer Ersatzbrennstoffaufbereitungsanlage aufgegeben werden.

[0017] Der erste Ersatzbrennstoff wird von dem ersten Aufgabebereich zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer ersten Fördervorrichtung transportiert.

[0018] Der erste Verbrennungsbereich kann beispielsweise ein Brenner am Calcinator sein. Brenner ist im Sinne der Erfindung breit zu verstehen und umfasst jede Vorrichtung zur Verbrennung eines Ersatzbrennstoffes. Daher können sehr unterschiedliche Brenner verwendet werden, insbesondere nach Art der Ersatzbrennstoffe. Ist der Ersatzbrennstoff flugfähig, so kann dieser beispielsweise durch ein Rohr mittels eines Gasstromes in den Brenner eingetragen werden. Insbesondere für feste Brennstoffe ist ein Brenner anders aufgebaut, beispielsweise weist ein Brenner für solche Ersatzbrennstoffe ein wanderndes Gitter als tragendes Element auf, durch das beispielsweise auch nicht brennbare Reststoffe oder Verbrennungsprodukte entfernt werden können. Derartige Brenner sind dem Fachmann je nach verwendetem Ersatzbrennstoff geläufig.

[0019] Als erste Fördervorrichtung wird eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt, beispielsweise ein Förderband. Die erste Fördervorrichtung kann somit zwei Aufgaben übernehmen. Zum einen transportiert diese den ersten Ersatzbrennstoff. Zum anderen stellt die erste Fördervorrichtung auch eine Speichervorrichtung für den ersten Ersatzbrennstoff dar, was sich aus der Menge des aufliegenden Materials an Ersatzbrennstoff und der Fördergeschwindigkeit ergibt. Diese Nutzbarkeit als Puffer, als kurzfristiger Speicher, ist sehr wichtig für dieses Verfahren.

[0020] Der erste Ersatzbrennstoff wird mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden ersten Sensors erfasst. Der erste Sensor ist oberhalb der ersten Fördervorrichtung angeordnet. Aus der durch den ersten Sensor erfassten Information wird eine ortsaufgelöste Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes ermittelt. Solche Sensoren und Verfahren sind prinzipiell bekannt und werden beispielsweise beim Kunststoffrecycling eingesetzt. Hierbei kommt es erfindungsgemäß nicht darauf an, die einzelnen Stoffe genau zu identifizieren, vielmehr reicht hier eine Grobklassifikation, beispielsweise in Holz, Pappe, Papier, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU), AcrylnitrilButadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polystyrol (PS), Glas, Keramik, Metall, Wasser, biologisches Material. Diese können gegebenfalls auch zusammengefasst werden, beispielsweise Holz, Pappe und Papier in einer ersten Gruppe, Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) in einer zweiten Gruppe und Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Polystyrol (PS) in einer dritten Gruppe. Hierbei kommt es nur darauf an, dass die Gruppen in sich einen ausreichend gleichen Brennwert haben. Ebenso kann es sinnvoll sein, Gruppen mit einheitlicher Schadstofffracht zu bilden, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) und andere chlorierte Polymere hinsichtlich der Chlor-Fracht.

[0021] Neben der Ortsauflösung erfolgt natürlich auch eine zeitliche Auflösung der Stoffinformation, wobei auf einer Fördervorrichtung über die Geschwindigkeit entlang der Förderrichtung eine Korrelation zwischen der Zeitauflösung und der Ortsauflösung besteht.

[0022] Ortsaufgelöst ist im Sinne der Erfindung aber so zu verstehen, dass wenigstens quer zur Förderrichtung ortsaufgelöst die Stoffinformation erfasst wird. Ersatzbrennstoffe sind üblicherweise inhomogen, sodass die Erfassung an lediglich einem Punkt quer zur Förderrichtung nur eine sehr schlechte Aussage über den gesamten Ersatzbrennstoff erlaubt. Besonders bevorzugt erfolgt die Ortsauflösung entlang der gesamten Förderbreite, sodass eine möglichst zuverlässige Aussage über den Ersatzbrennstoff getroffen werden kann.

[0023] Selbstverständlich kann auch eine zweidimensionale Erfassung erfolgen, sodass bei jeder Messung sowohl eine Ortsauflösung quer zur Förderrichtung als auch längs der Förderrichtung erzielt wird. Dieses kann besonders bevorzugt sein, wenn die Erfassung nicht mit einer parallelen Strahlführung erfolgt, sondern beispielsweise mittels einer Kamera mit einer Linse für kurze Brennweiten. Dieses hat den Vorteil, dass bei einer sehr rauen Oberfläche des geförderten Ersatzbrennstoffes eine Erfassung auch leicht seitlich erfolgen kann, sodass gegebenenfalls eine genauere Ermittlung möglich ist.

[0024] Aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes wird ein erster Brennwert abgeschätzt. Hierbei ist der Vorteil, dass durch die erste Fördervorrichtung ein Zwischenspeicher zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich gebildet wird, sodass exakt vorhersagbar ist, wann welcher Ersatzbrennstoff mit welchem Brennwert in welcher Menge in den ersten Verbrennungsbereich gelangt.

[0025] Für die benötigte Heizenergie im ersten Verbrennungsbereich wird ein erster Wert vorgegeben. Dieser Wert kann schwanken, beispielsweise in Abhängigkeit von der Auslastung, der Art und Menge der eingesetzten Edukte und dem gewünschten Produkt beziehungsweise der gewünschten Produktqualität oder anderer dem Prozess zugeführten Brennstoffe. Hierzu können auch weitere Sensoren zur Bestimmung der Edukte und/oder Eduktqualität sowie zur Produktqualität eingesetzt werden.

[0026] Der erste Stoffstrom des ersten Ersatzbrennstoffes des abgeschätzten ersten Brennwertes wird über die Anpassung des Stoffstromes auf die vorgegebene Heizenergie angepasst. Beispielsweise und insbesondere kann der Stoffstrom durch eine Anpassung der Fördergeschwindigkeit der ersten Fördervorrichtung angepasst werden.

[0027] Weitere Anpassungsmöglichkeiten, die auch im Folgenden weiter ausgeführt werden, sind die Zugabe von energiereichen Brennstoffen zum Stoffstrom oder die Mischung verschiedenere Stoffströme aus Ersatzbrennstoffen nach deren Brennwert. Hierdurch gelangt jeweils exakt die Menge an Ersatzbrennstoff in den ersten Verbrennungsbereich, die benötigt wird, um die für die Prozessführung richtige Temperatur zu halten. Die Regelung erfolgt also nicht erst nachgelagert, sodass es nur zu wesentlich geringeren Temperaturschwankungen kommt. Weiter ist es nicht notwendig, weitere Bauteile zu integrieren, da eine Anpassung alleine über die Fördergeschwindigkeit der ersten Fördervorrichtung, im einfachsten Fall die Laufgeschwindigkeit eines Förderbandes, geregelt wird. Weitere Anpassungen können beispielsweise durch die relative Anpassung paralleler Stoffströme gegeben sein. Ebenso können Zwischenspeicher oder Mischvorrichtungen als Vorrichtungen zur Anpassung des Stoffstromes, insbesondere zur Homogenisierung, verwendet werden. Ebenfalls eine Möglichkeit der Anpassung des Stoffstromes ist durch die selektive Entfernung gegeben. Beispielsweise können Bereiche mit sehr geringem Heizwert oder sehr hoher Schadstoffbelastung ausgeschleust werden, um einen bessern durchschnittlichen Brennwert zu erzielen.

[0028] Erfindungsgemäß wird an einem zweiten Aufgabebereich der erste Ersatzbrennstoff oder ein zweiter Ersatzbrennstoff aufgegeben. Wird in beide Aufgabeorte der gleiche Ersatzbrennstoff aus der gleichen Quelle aufgegeben, so unterscheiden sich die Stoffströme dennoch durch die üblichen Schwankungen in den Ersatzbrennstoffen. Es können aber auch gezielt unterschiedliche Ersatzbrennstoffe gewählt werden, die sich insbesondere im mittleren Brennwert und damit üblicherweise auch im Preis unterscheiden. Beispielsweise kann als erster Ersatzbrennstoff Hausmüll und als zweiter Ersatzbrennstoff Industriemüll ausgewählt werden. Weiter beispielhaft kann als erster Ersatzbrennstoff Biomüll ausgewählt werden und als zweiter Ersatzbrennstoff Kunststoffmüll.

[0029] Der Ersatzbrennstoff wird von dem zweiten Aufgabebereich zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer zweiten Fördervorrichtung transportiert. Als zweite Fördervorrichtung wird eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt. Der Ersatzbrennstoff wird mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden zweiten Sensors erfasst, wobei der zweite Sensor oberhalb der zweiten Fördervorrichtung angeordnet ist. Aus der durch den zweiten Sensor erfassten Information wird eine ortsaufgelöste Stoffinformation des Ersatzbrennstoffes ermittelt. Aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des Ersatzbrennstoffes wird ein zweiter Brennwert abgeschätzt. Der zweite Stoffstrom des Ersatzbrennstoffes wird anhand des abgeschätzten zweiten Brennwertes über die Anpassung der Fördergeschwindigkeit der zweiten Fördervorrichtung auf die vorgegebene Heizenergie angepasst. Dieser Bereich der Vorrichtung ist bevorzugt gleich zu dem ersten Bereich mit der ersten Fördervorrichtung aufgebaut.

[0030] Alternativ oder zusätzlich zur Anpassung des ersten Stoffstromes und des zweiten Stoffstromes in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes kann auch eine Anpassung aufgrund der ermittelten Schadstofffracht des ersten Stoffstromes und der ermittelten Schadstofffracht des zweiten Stoffstromes erfolgen.

[0031] Selbstverständlich sind auch Verfahren denkbar, bei denen an mehr als zwei Aufgabebereichen Ersatzbrennstoffe aufgegeben werden und über Fördervorrichtungen unter einem Sensor transportiert werden. Auf der einen Seite steigt mit der Steigerung der Anzahl der Teilstoffströme die Möglichkeit zur Vergleichmäßigung, auf der anderen Seite steigt der apparative Aufwand.

[0032] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes eingestellt. Insbesondere kann dieses so erfolgen, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom so gewählt wird, dass der Stoffstrom mit dem geringeren Brennwert maximal gewählt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass insbesondere Materialen mit geringerem Heizwert gut verbrannt werden. Hierdurch kann weitestgehend vermieden werden, dass in beiden Masseströmen Bereiche mit geringem Brennwert zeitgleich auftreten. Außerdem ist der Ersatzbrennstoff mit dem geringeren Heizwert im Regelfall der kostengünstigere, sodass hierdurch gleichzeitig auch eine finanzielle Optimierung möglich ist.

[0033] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Anhängigkeit einer Schadstofffracht gewählt, wobei die Schadstofffracht aus den ortsaufgelösten Stoffinformationen ermittelt wird. Enthält beispielsweise der erste Stoffstrom einen hohen Anteil an Quecksilber, beispielsweise aus alten Fieberthermometern, so kann dieser Stoffstrom im Vergleich zum zweiten Stoffstrom reduziert werden, um die maximale Emission zu unterschreiten. Gleichzeitig kann aber auch gewährleistet werden, dass die zur Verfügung stehenden Emissionsmöglichkeiten genutzt werden und so eine Verbrennung auch einer schadstoffbelasteten Fracht möglich ist. Hierzu kann die Konzentration des Schadstoffes im Abgas des Brennprozesses der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, mit einem Schadstoffsensor erfasst werden. Daneben kann auch die Produktqualität ein Parameter für die Schadstofffracht sein, da Schadstoffe auch die Qualität des Zementklinkers beeinflussen können. Ziel ist es, so viel wie möglich, aber nicht mehr dem Verbrennungsprozess zuzuführen. Dieses kann durch die Verschiebung zwischen den beiden Masseströmen erreicht werden.

[0034] Andere Schadstoffe können beispielsweise neben Quecksilber, insbesondere aus Leuchtmitteln, Chlor, Dioxine, insbesondere aus Textilien, polycyclische Aromaten, insbesondere aus Industrieabfällen sein. Es kann sich hierbei auch um Stoffe handeln, die selber zunächst keine Schadstoffe sind, sondern erst bei einem Verbrennungsprozess zu einem Schadstoff umgesetzt werden können. So kann selbst Kochsalz in einer Verbrennung organischer Verbindung zu einer Dioxinbildung führen.

[0035] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration des Schadstoffes in einem Bypass der Vorrichtung zur therm ischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst. Dieses ist insbesondere für Chlor als Schadstoff bevorzugt, da sich hier Chlor anreichert.

[0036] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration des Schadstoffes im Produkt der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst. Dieses ist für Schadstoffe bevorzugt, die sich im Produkt anreichern können.

[0037] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Anhängigkeit der Kohlenstoffquelle der Stoffströme ermittelt. Beispielsweise werden CO₂-Frachten, die aus fossilen Brennstoffen entstehen, anders bewertet als CO₂-Frachten, welches aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise Biomüll, stammen. Hierdurch kann auch eine Optimierung hinsichtlich der Nachhaltigkeit sowie der vorhandenen CO₂-Zertifikate erfolgen.

[0038] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Anhängigkeit des Preises der aufgetragenen Ersatzbrennstoffe erfolgen. Es wird somit versucht, den notwendigen Brennwert über möglichst günstige Komponenten zu erreichen.

[0039] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Schadstoffgehalt im Produkt, also dem thermisch behandelten anorganischen Stoff, beispielsweise im Klinker, oder im Bypassstaub detektiert und dieser zur Regelung anstelle der Schadstofffracht im Abgas verwendet.

[0040] Des Weiteren ist es möglich, auch die Schadstofffracht des Eduktstromes zu analysieren und durch eine Korrelation mit der erfassten Schadstofffracht des Ersatzbrennstoffes eine Anpassung vorzunehmen, um die Grenzwerte nicht zu überschreiten.

[0041] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem ersten Stoffstrom auf der ersten Fördervorrichtung zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich ein hochenergetischer Brennstoff mit wenigstens 10 GJ/t zugegeben. Beispiele und bevorzugte Formen von hochenergetischen Brennstoffen sind Primärbrennstoff, Biomasse, homogener Abfall mit hoher Energiedichte, zum Beispiel Tiermehl, oder Fluff. Bevorzugt kann der Primärbrennstoff Kohle, Kohlenstaub oder Öl sein. Alternativ können andere Brennstoffe mit einem sehr hohen Brennwert zugegeben werden. Diese sind in der Regel im Vergleich zu den Ersatzbrennstoffen vergleichsweise teuer. Dieses soll dazu dienen, jedoch einen Mindestbrennwert einzustellen und so sicher zu stellen, dass die Temperaturen, welche für den Prozess der thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, benötigt werden, auch erreicht werden und so die Qualität des Produktes nicht leidet. Insbesondere wird dem ersten Stoffstrom auf der ersten Fördervorrichtung zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich ein Primärbrennstoff zur Erreichung eines Brennwertes von wenigstens 2 GJ/t zugegeben.

[0042] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können dem ersten Stoffstrom Störstoffe auf der ersten Fördervorrichtung zwischen dem ersten Sensor und dem ersten Verbrennungsbereich entfernt werden, wobei die Störstoffe aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes identifiziert werden. Störstoffe können beispielsweise Glas oder Metall sein, die zwar im Ersatzbrennstoffvorkommen können, jedoch nicht zu gasförmigen Produkten verbrannt werden und so das Produkt kontaminieren und so beispielsweise zu Farbbeeinträchtigungen oder Qualitätsverschlechterungen führen.

[0043] In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der ersten Fördervorrichtung und der ersten Aufgabestelle ein erste Zwischenspeicher angeordnet. Der Zwischenspeicher kann dazu dienen, eine Vergleichmäßigung im Stoffstrom des Ersatzbrennstoffes zu erreichen. Besonders bevorzugt fördern die erste Fördervorrichtung und die zweite Fördervorrichtung in den Zwischenspeicher, wobei durch die relativen Stoffströme es zu einer weiteren Homogenisierung des Brennwertes des Ersatzbrennstoffes im Zwischenspeicher kommt.

[0044] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Stoffstrom neben dem direkten Transport von der ersten Fördervorrichtung zum ersten Aufgabebereich alternativ über eine Verarbeitungsvorrichtung geleitet werden. Beispielsweise ist die Verarbeitungsvorrichtung eine Trocknungsvorrichtung. Insbesondere wird die Trocknung anhand der durch den ersten Sensor ermittelten Daten, insbesondere der Feuchtigkeit des Ersatzbrennstoffes durchgeführt. In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausführungsform ist zwischen der ersten Fördervorrichtung und dem ersten Aufgabebereich ein erster Zwischenspeicher angeordnet, um einen kontinuierlichen Stoffstrom zu gewährleisten. Bevorzugt wird der durch die Verarbeitungsvorrichtung geführte Stoffstrom in den ersten Zwischenspeicher geführt.

[0045] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aufgeben des ersten Ersatzbrennstoffes an dem ersten Aufgabebereich in einer diskontinuierlichen Weise aus verschiedenen Quellen. Beispielsweise wird der erste Ersatzbrennstoff mit Hilfe eines Radladers aufgegeben, wobei der Radlader den ersten Ersatzbrennstoff aus unterschiedlichen Quellen beziehen kann. Aufgrund der durch den ersten Sensor erfassten Informationen wird ausgewählt, aus welcher Quelle zu welcher Zeit der erste Ersatzbrennstoff aufgegeben werden soll, also beispielsweise von welcher Quelle ein Radlader den ersten Ersatzbrennstoff aufnehmen und aufgeben soll. Hierzu muss natürlich auch erfasst werden, von welcher Quelle wann welcher Ersatzstoff aufgegeben wird.

[0046] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden weitere Prozessdaten erfasst und bei der Anpassung des Stoffstromes berücksichtig. Dieses sind beispielsweise Temperaturen innerhalb der Vorrichtung, insbesondere die Flammtemperatur, Gaszusammensetzung, beispielsweise der Sauerstoffgehalt des zugeführten Verbrennungsgases, chemische Zusammensetzung der Edukte zur thermischen Behandlung, äußere Wetterdaten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck, bereits in einem Erfassungszeitraum emittierte Schadstofffracht, einschließlich CO₂, oder Auslastungsgrad der Vorrichtung sein.

[0047] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Ersatzbrennstoff ein fester erster Ersatzbrennstoff. Ebenso ist der optionale zweite Ersatzbrennstoff bevorzugt ein fester zweiter Ersatzbrennstoff. Diese festen Ersatzbrennstoff sind zum einen üblicherweise günstig. Zum anderen tritt bei solchen festen Ersatzbrennstoffen das Problem auf, dass diese inhomogen sind und daher keinen konstanten Heizwert aufweisen. Des Weiteren ist das Volumen eines festen Ersatzbrennstoffes nicht oder nur sehr schwer zu erfassen, sodass von der erfassten Oberfläche auf das Volumen geschlossen wird. Hierbei heißt fest im Sinne der Erfindung, dass der Ersatzbrennstoff im Wesentlichen fest ist. Beispielsweise ist Hausmüll ein Ersatzbrennstoff, kann aber auch fließfähige oder flüssige Komponenten enthalten. Ein Ersatzbrennstoff wird daher als fest im Sinne der Erfindung angesehen, wenn wenigstens 50 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 75 Gew.-%, feste Bestandteile enthalten sind. Ein solcher fester Ersatzbrennstoff kann daher als nicht fließfähig angesehen werden.

[0048] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Fördervorrichtung ein erstes Förderband und ist die zweite Fördervorrichtung ein zweites Förderband. Beispielsweise kann das erste Förderband und/oder das zweite Förderband ein Gurtförderer sein.

[0049] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfasst der erste Sensor die Oberfläche des ersten Ersatzbrennstoffs auf der ersten Fördervorrichtung und der zweite Sensor erfasst die Oberfläche des ersten Ersatzbrennstoffs oder des zweiten Ersatzbrennstoffs auf der zweiten Fördervorrichtung. Da eine Erfassung des Volumens und damit des exakten Brennwerts bei den meisten festen Ersatzbrennstoffen nicht möglich ist, wird die Oberfläche erfasst und der Brennwert, welcher für die Oberfläche ermittelt werden kann als repräsentativer Wert für das Volumen angenommen und verwendet. Alternativ könnte anstelle eines Förderbands beispielsweise eine Schwingrinne verwendet werden.

[0050] Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Zementanlage

[0051] In Fig. 1 Grobe schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker gezeigt, um das erfindungsgemäße Verfahren darzustellen.

[0052] Die Edukte gelangen zunächst in einen Vorwärmer 10, anschließend in einen Calcinator 20 und abschließend in einen Drehrohrofen 30. Heiße Luft strömt üblicherweise im Gegenstrom. Im gezeigten Beispiel werden im Calcinator 20 Ersatzbrennstoffe zur Bereitstellung der für den Prozess notwendigen Energie verfeuert.

[0053] Die benötigte Menge an Ersatzbrennstoff wird über zwei getrennte Masseströme dem Calcinator 20 zur Verfügung gestellt.

[0054] Ersatzbrennstoff wird beispielsweise mittels eines Radladers auf den ersten Aufgabebereich 40 aufgegeben und mittels der ersten Fördereinrichtung 50 in einen Verbrennungsbereich im Inneren des Calcinators 20 befördert. Hierbei läuft der Ersatzbrennstoff unter einem ersten Sensor 60 durch, der zeilenförmig über der gesamte Breite des als Förderbands ausgebildeten ersten Fördereinrichtung 50 angeordnet ist. Der erste Sensor 60 erfasst ortsaufgelöst Informationen, welche zur Klassifizierung und somit zur Ermittlung des Brennwertes verwendet werden können. Insbesondere ist der erste Sensor ein NIR-Spektrometer, welches zeilenweise die spektrale Information erfasst und so eine Charakterisierung der Bestandteile des Ersatzbrennstoffes ermöglicht. Angetrieben wird die erste Fördereinrichtung 50 mittels eines ersten Antriebs 52.

[0055] Ersatzbrennstoff wird beispielsweise mittels eines Radladers auf den zweiten Aufgabebereich 70 aufgegeben und mittels der zweiten Fördereinrichtung 80 in einen Verbrennungsbereich im Inneren des Calcinators 20 befördert. Hierbei läuft der Ersatzbrennstoff unter einem zweiten Sensor 90 durch, der zeilenförmig über der gesamten Breite des als Förderbands ausgebildeten zweiten Fördereinrichtung 80 angeordnet ist. Der zweite Sensor 90 erfasst ortsaufgelöst Informationen, welche zur Klassifizierung und somit zur Ermittlung des Brennwertes verwendet werden können. Insbesondere ist der erste Sensor ein NIR-Spektrometer, welches zeilenweise die spektrale Information erfasst und so eine Charakterisierung der Bestandteile des Ersatzbrennstoffes ermöglicht. Angetrieben wird die zweite Fördereinrichtung 80 mittels eines zweiten Antriebs 82.

[0056] Die Daten des ersten Sensors 60 und des zweiten Sensor 90 werden an die Steuereinheit 100 übertragen. Diese wertet diese aus und errechnet daraus auf Basis der hinterlegten Daten die wahrscheinlichen Brennwerte ab. Die Berechnung kann nur eine Näherung sein, da insbesondere die stoffliche Zusammensetzung unterhalb der Oberfläche nur abgeschätzt werden kann. Dieser Näherungswert hat sich jedoch als ausreichend genau herausgestellt. Als weitere Information erhält die Steuereinheit 100 die Information, welche Energiemenge für die Befeuerung des Calcinators 20 benötigt wird. Diese Information kann beispielsweise durch eine zentrale Steuereinheit vorgegeben werden und ist beispielsweise von der Auslastung der Anlage, der Art der Edukte sowie von der Art oder Qualität des gewünschten Zementklinker-Produkts abhängig. Aus diesen Informationen ermittelt die Steuereinheit 100 die benötigten Stoffströme der ersten Fördervorrichtung 40 und der zweiten Fördervorrichtung 80 und regelt den ersten Antrieb 52 und den zweiten Antrieb 82 entsprechend.

Bezugszeichen

[0057] 

10

Vorwärmer

20

Calcinator

30

Drehrohrofen

40

erster Aufgabebereich

50

erste Fördervorrichtung

52

erster Antrieb

60

erster Sensor

70

zweiter Aufgabebereich

80

zweite Fördervorrichtung

82

zweiter Antrieb

90

zweiter Sensor

100

Steuereinheit

Ansprüche

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen, wobei zur Herstellung wenigstens ein erster Ersatzbrennstoff verwendet wird, wobei der erste Ersatzbrennstoff an einem ersten Aufgabebereich (40) aufgegeben wird, wobei der erste Ersatzbrennstoff von dem ersten Aufgabebereich (40) zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer ersten Fördervorrichtung (50) transportiert wird, wobei als erste Fördervorrichtung (50) eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt wird, wobei der erste Ersatzbrennstoff mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden ersten Sensors (60) erfasst wird, wobei der erste Sensor (60) oberhalb der ersten Fördervorrichtung (50) angeordnet ist, wobei aus der durch den ersten Sensor (60) erfassten Information eine ortsaufgelöste Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes ermittelt wird, wobei aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes ein erster Brennwert abgeschätzt wird, wobei für die benötigte Heizenergie im ersten Verbrennungsbereich ein erster Wert vorgegeben wird, wobei der erste Stoffstrom des ersten Ersatzbrennstoffes des abgeschätzten ersten Brennwertes über die Anpassung des Stoffstromes auf die vorgegebene Heizenergie angepasst wird, wobei an einem zweiten Aufgabebereich (70) der erste Ersatzbrennstoff oder ein zweiter Ersatzbrennstoff aufgegeben wird, wobei der Ersatzbrennstoff von dem zweiten Aufgabebereich (70) zu einem ersten Verbrennungsbereich mit wenigstens einer zweiten Fördervorrichtung (80) transportiert wird, wobei als zweite Fördervorrichtung (80) eine kontinuierlich transportierende Fördervorrichtung ausgewählt wird, wobei der Ersatzbrennstoff mittels eines wenigstens zeilenförmig auflösenden zweiten Sensors (90) erfasst wird, wobei der zweite Sensor (90) oberhalb der zweiten Fördervorrichtung (80) angeordnet ist, wobei aus der durch den zweiten Sensor (90) erfassten Information eine ortsaufgelöste Stoffinformation des Ersatzbrennstoffes ermittelt wird, wobei aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des Ersatzbrennstoffes ein zweiter Brennwert abgeschätzt wird, wobei der zweite Stoffstrom des Ersatzbrennstoffes des abgeschätzten zweiten Brennwertes über die Anpassung der Fördergeschwindigkeit der zweiten Fördervorrichtung (80) auf die vorgegebene Heizenergie angepasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom so gewählt wird, dass der Stoffstrom mit dem geringeren Brennwert maximal gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Stoffstrom und dem zweiten Stoffstrom in Abhängigkeit des ersten Brennwertes und des zweiten Brennwertes sowie in Abhängigkeit einer Schadstofffracht gewählt wird, wobei die Schadstofffracht aus den ortsaufgelösten Stoffinformationen ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Konzentration des Schadstoffes im Abgas des Brennprozesses der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Konzentration des Schadstoffes in einem Bypass der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Konzentration des Schadstoffes im Produkt der Vorrichtung zur thermischen Behandlung von anorganischen Stoffen mit einem Schadstoffsensor erfasst wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem ersten Stoffstrom auf der ersten Fördervorrichtung (50) zwischen dem ersten Sensor (60) und dem ersten Verbrennungsbereich ein hochenergetischer Brennstoff mit einem Brennwert von wenigstens 10 GJ/t zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei dem ersten Stoffstrom auf der ersten Fördervorrichtung (50) zwischen dem ersten Sensor (60) und dem ersten Verbrennungsbereich ein Primärbrennstoff zur Erreichung eines Brennwertes von wenigstens 2 GJ/t zugegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem ersten Stoffstrom Störstoffe auf der ersten Fördervorrichtung (50) zwischen dem ersten Sensor (60) und dem ersten Verbrennungsbereich entfernt werden können, wobei die Störstoffe aus der ortsaufgelösten Stoffinformation des ersten Ersatzbrennstoffes identifiziert werden.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Ersatzbrennstoff ein fester erster Ersatzbrennstoff ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Fördervorrichtung (50) ein erstes Förderband ist und die zweite Fördervorrichtung (80) ein zweites Förderband ist.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Sensor (60) die Oberfläche des ersten Ersatzbrennstoffs auf der ersten Fördervorrichtung (50) erfasst und der zweite Sensor (90) die Oberfläche des ersten Ersatzbrennstoffs oder des zweiten Ersatzbrennstoffs auf der zweiten Fördervorrichtung (80) erfasst.

Claims

1. Method for the thermal treatment of inorganic materials, at least one first substitute fuel being used for production, the first substitute fuel being fed to a first feed region (40), the first substitute fuel being transported from the first feed region (40) to a first combustion region with at least one first conveying device (50), a continuously transporting conveying device being selected as the first conveying device (50), wherein the first substitute fuel is detected by means of a first sensor (60) with at least line resolution, wherein the first sensor (60) is arranged above the first conveying device (50), wherein a spatially resolved material information of the first substitute fuel is determined from the information detected by the first sensor (60), wherein a first calorific value is estimated from the spatially resolved material information of the first substitute fuel, wherein a first value is predetermined for the required heating energy in the first combustion area, wherein the first material flow of the first substitute fuel of the estimated first calorific value is adapted to the predetermined heating energy via the adaptation of the material flow , wherein the first substitute fuel or a second substitute fuel is fed to a second feed region (70), wherein the substitute fuel is transported from the second feed region (70) to a first combustion region with at least one second conveying device (80), wherein a continuously transporting conveying device is selected as the second conveying device (80), wherein the substitute fuel is detected by means of a second sensor (90) with at least line resolution, wherein the second sensor (90) is arranged above the second conveying device (80), wherein a spatially resolved material information of the substitute fuel is determined from the information detected by the second sensor (90), wherein a second calorific value is estimated from the spatially resolved material information of the substitute fuel, wherein the second material flow of the substitute fuel of the estimated second calorific value is adapted to the predetermined heating energy by adjusting the conveying speed of the second conveying device (80).

2. Process according to claim 1, wherein the ratio between the first material flow and the second material flow is adjusted as a function of the first calorific value and the second calorific value.

3. Process according to claim 2, wherein the ratio between the first material stream and the second material stream is selected such that the material stream with the lower calorific value is selected as a maximum.

4. Method according to claim 1, wherein the ratio between the first material stream and the second material stream is selected as a function of the first calorific value and the second calorific value and as a function of a pollutant load, the pollutant load being determined from the spatially resolved material information.

5. Method according to claim 4, wherein the concentration of the pollutant in the exhaust gas of the combustion process of the device for the thermal treatment of inorganic substances is detected with a pollutant sensor.

6. Process according to claim 4, wherein the concentration of the pollutant in a bypass of the device for the thermal treatment of inorganic substances is detected by a pollutant sensor.

7. Process according to claim 4, wherein the concentration of the pollutant in the product of the device for the thermal treatment of inorganic substances is detected by means of a pollutant sensor.

8. Method according to one of the preceding claims, wherein a high-energy fuel with a calorific value of at least 10 GJ/t is added to the first material flow on the first conveyor device (50) between the first sensor (60) and the first combustion region.

9. Method according to claim 8, wherein a primary fuel is added to the first material flow on the first conveying device (50) between the first sensor (60) and the first combustion area to achieve a calorific value of at least 2 GJ/t.

10. Method according to one of the preceding claims, wherein impurities can be removed from the first material flow on the first conveyor device (50) between the first sensor (60) and the first combustion region, the impurities being identified from the spatially resolved material information of the first substitute fuel.

11. Process according to one of the preceding claims, wherein the first refuse derived fuel is a solid first refuse derived fuel.

12. Method according to one of the preceding claims, wherein the first conveyor device (50) is a first conveyor belt and the second conveyor device (80) is a second conveyor belt.

13. Method according to one of the preceding claims, wherein the first sensor (60) detects the surface of the first substitute fuel on the first conveying device (50) and the second sensor (90) detects the surface of the first substitute fuel or the second substitute fuel on the second conveying device (80).

Revendications

1. Procédé de traitement thermique de matières inorganiques, dans lequel on utilise au moins un premier combustible de substitution pour la fabrication, dans lequel le premier combustible de substitution est chargé dans une première zone de chargement (40), dans lequel le premier combustible de substitution est transporté de la première zone de chargement (40) à une première zone de combustion avec au moins un premier dispositif de transport (50), dans lequel on choisit comme premier dispositif de transport (50) un dispositif de transport transportant en continu, le premier combustible de substitution étant détecté au moyen d'un premier capteur (60) à résolution au moins linéaire, le premier capteur (60) étant disposé au-dessus du premier dispositif de transport (50), une information de matière à résolution locale du premier combustible de substitution étant déterminée à partir de l'information détectée par le premier capteur (60), une première valeur de combustion étant estimée à partir de l'information de matière à résolution locale du premier combustible de substitution, une première valeur étant prédéfinie pour l'énergie de chauffage nécessaire dans la première zone de combustion, le premier flux de matière du premier combustible de substitution de la première valeur de combustion estimée étant adapté à l'énergie de chauffage prédéfinie par l'adaptation du flux de matière , le premier combustible de substitution ou un deuxième combustible de substitution étant chargé dans une deuxième zone de chargement (70), le combustible de substitution étant transporté de la deuxième zone de chargement (70) à une première zone de combustion avec au moins un deuxième dispositif de transport (80), un dispositif de transport transportant en continu étant sélectionné comme deuxième dispositif de transport (80), le combustible de remplacement étant détecté au moyen d'un deuxième capteur (90) à résolution au moins linéaire, le deuxième capteur (90) étant disposé au-dessus du deuxième dispositif de transport (80), une information de matière du combustible de remplacement résolue en fonction de la localisation étant déterminée à partir de l'information détectée par le deuxième capteur (90), une deuxième valeur de combustion est estimée à partir de l'information de matière résolue localement du combustible de substitution, le deuxième flux de matière du combustible de substitution de la deuxième valeur de combustion estimée étant adapté à l'énergie de chauffage prédéfinie par l'adaptation de la vitesse de transport du deuxième dispositif de transport (80).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le premier flux de matière et le deuxième flux de matière est ajusté en fonction du premier pouvoir calorifique et du deuxième pouvoir calorifique.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport entre le premier flux de matière et le deuxième flux de matière est choisi de telle sorte que le flux de matière ayant le plus faible pouvoir calorifique soit choisi au maximum.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le premier flux de matière et le deuxième flux de matière est choisi en fonction du premier pouvoir calorifique et du deuxième pouvoir calorifique ainsi qu'en fonction d'une charge de polluants, la charge de polluants étant déterminée à partir des informations de matière résolues localement.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la concentration du polluant dans les gaz d'échappement du processus de combustion du dispositif de traitement thermique de substances inorganiques est détectée par un capteur de polluant.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la concentration du polluant dans la dérivation du dispositif de traitement thermique de substances inorganiques est détectée par un capteur de polluant.

7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la concentration du polluant dans le produit du dispositif de traitement thermique de matières inorganiques est détectée par un capteur de polluant.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un combustible à haute énergie ayant un pouvoir calorifique d'au moins 10 GJ/t est ajouté au premier flux de matière sur le premier dispositif de transport (50) entre le premier capteur (60) et la première zone de combustion.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un combustible primaire est ajouté au premier flux de matière sur le premier dispositif de transport (50) entre le premier capteur (60) et la première zone de combustion afin d'obtenir un pouvoir calorifique d'au moins 2 GJ/tonne.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des substances parasites peuvent être éliminées du premier flux de matière sur le premier dispositif de transport (50) entre le premier capteur (60) et la première zone de combustion, les substances parasites étant identifiées à partir des informations de matière résolues en fonction de la localisation du premier combustible de substitution.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier combustible de substitution est un premier combustible de substitution solide.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif de transport (50) est une première bande transporteuse et le deuxième dispositif de transport (80) est une deuxième bande transporteuse.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier capteur (60) détecte la surface du premier combustible de substitution sur le premier dispositif de transport (50) et le deuxième capteur (90) détecte la surface du premier combustible de substitution ou du deuxième combustible de substitution sur le deuxième dispositif de transport (80).

Zeichnung