Prozesse verstehen – Prozesse optimieren

Am 14.10.2009 fand ein Seminar zum Thema Prozessoptimierung in der Zementindustrie statt. Die 3e consult hatte in Kooperation mit dem Ingenieurbüro aixprocess Fachleute von Zementproduzenten und Anlagenbauern nach Aachen eingeladen, um Möglichkeiten zur Optimierung des Zementherstellungsprozesses zu erörtern.

Die Zementindustrie hat schon seit Jahrzehnten gute Fortschritte in den Bereichen Umweltschutz, Energieeffizienz und Brennstoffsubstitution erzielt. Um den stetig steigenden Umweltanforderungen und dem permanenten Kostendruck gerecht zu werden, steht man heute jedoch vielfach vor der Herausforderung, von dem erreichten hohen Niveau aus noch weitergehende Prozessoptimierungen realisieren zu müssen. In vielen Fällen ist dabei die Erfahrung gemacht worden, dass weitere Schritte nur schwer möglich erscheinen. ­
Tatsächlich sind weitere Optimierungen nur möglich, wenn der Produktionsprozess grundlegend in der Komplexität des Zusammenwirkens all seiner Komponenten Rohmaterial, Brennstoff, Anlagentechnik und Anlagenbetriebsführung verstanden wird (Bild 1). Die wechselseitigen Beeinflussungen ­beispielsweise zwischen stückigen Sekundärbrennstoffen und dem Strömungsverhalten innerhalb eines Kalzinators, sowie dessen Rückwirkung auf den Ausbrand und die Vorkalzination müssen erschlossen werden um dann ihrerseits in die Gestaltung und den Betrieb eines Kalzinators einzu­fließen.

Zur Untersuchung solcher und ähnlicher Vorgänge, sowie zu deren optimierter Gestaltung bietet sich die Zuhilfenahme moderner numerischer Engineeringwerkzeuge an (Bild 2). Thermochemische Simulationen und Strömungssimulationen bieten Möglichkeiten zur Analyse von chemischen und physikalischen Vorgängen, die weit über die herkömmlichen Mittel hinausgehen. Die Modellierungs- und Berechnungsmöglichkeiten haben in den letzten Jahren signifikante Weiterentwicklungen erfahren, die die Anwendbarkeit und Glaubwürdigkeit dieser Methode wesentlich steigern. Heute steht beispielsweise ein CFD-Code zur Verfügung, der erstmals die Wechselwirkungen zwischen Staubpartikeln und dem sie umgebenden Gas geschlossen bidirektional abbildet. Damit rückt die Berechnung von Mehrphasenströmungen mit zementwerkstypischen Staubbeladungen ein gutes Stück näher an eine quantitative Auswertbarkeit. Auf der Basis von solchermaßen erschlossenen Wirkzusammenhängen können Optimierungslösungen erarbeitet werden, die „von der Wurzel“ her wirken.

Die Teilnehmer des Seminars erarbeiteten sich die Kenntnisse über diese neuen Berechnungsmöglichkeiten und diskutierten deren Möglichkeiten und Grenzen. Zur  Verdeutlichung der praktischen Bedeutung für die Zementindustrie diskutierten die Teilnehmer im Rahmen eines Workshops ein ganz konkretes Beispiel: Wie wirkt sich die Zugabe von Sauerstoff auf die Verbrennung von Sekundärbrennstoff in der Ofenflamme aus und wie sollte diese Sauerstoffzugabe am besten gestaltet werden, damit möglichst viel Sekundärbrennstoff eingesetzt werden kann?

Nach einem langen Tag intensiver Diskussionen wurden die Teilnehmer verabschiedet, jeder mit zahlreichen Ideen zur Umsetzung des Gelernten.