Hurrikan-Saison bei Akçansa Büyükçekmece

MARTIN ENGINEERING

Das westlich von Istanbul gelegene Zementwerk Büyükçekmece deckt 10 % des Gesamtbedarfs des Landes und trägt 12,5 % zum gesamten Zement- und Klinkerexport des Landes bei

29 Luftkanonen vom Typ Martin^® Hurricane mit jeweils einem Behälter von 70 l wurden von Martin Engineering Turkey geliefert und an strategischen Stellen installiert

Zur Reduzierung der Betriebskosten wurden 22 vorhandene ältere Luftkanonen vom Typ Tornado mit einem Kolbenrücklaufbehälter von Martin modernisiert

Ein normaler Austrag aus einer Luftkanone erreicht seine Spitzenstrahlkraft in Millisekunden gleich nach dem Öffnen des Ventils. Sie sinkt schnell, wenn der Behälterdruck gegen Null geht

Ein Luftkanonenaustrag mit einem Rücklaufbehälter erreicht die gleiche Spitzenkraft, jedoch der Luftverbrauch wird um etwa 50 % reduziert

Das Zementwerk Büyükçekmece (Bild 1) befindet sich westlich von Istanbul in der Türkei und hat eine Produktionskapazität von 5900 t Klinker pro Tag. Das Werk wird von der Akçansa Gruppe – einem Gemeinschaftsunternehmen zwischen der türkischen Sabancı Holding und der deutschen HeidelbergCement – betrieben. Es gehört zu den größten Herstellern in der sehr aktiven türkischen Zementindustrie, deckt 10 % des Gesamtbedarfs des Landes ab und trägt 12,5 % zum gesamten Zement- und Klinkerexport der Nation bei. Die ursprünglich 1967 errichtete Anlage hat drei Drehrohröfen, die hauptsächlich die Marmararegion nahe Istanbul mit Zement versorgen.

Die Anlage von Büyükçekmece ist eines der Pionier-Werke beim Einsatz von alternativem Brennstoff der türkischen Zementindustrie und erhielt 2005 als erstes Werk des Landes eine Genehmigung zur Verwertung – in genau jenem Jahr, als dort eine spezielle, selbst entwickelte gebaute Aufgabevorrichtung für Altreifen installiert wurde. Das gegenwärtige Brennstoffverhältnis beträgt ca. 77 % Petrolkoks zu 23 % alternativen Brennstoffen, einschließlich Altöl, Ersatzbrennstoffe (EBS), Reifen, Kunststoff aus der Industrie und getrockneten Klärschlamm.

1 Das Problem von Materialanbackungen

Als im Laufe der Jahre die Durchsatzleistung der Anlage erhöht wurde und sich die Brennstoffarten änderten, mussten Arbeiter die Materialanbackungen im Zyklon 4 des Wärmetauscherturms des Drehrohrofens Nr. 2 manuell entfernen, um den Durchsatz aufrechtzuerhalten. Die ungeplanten Stillstände, um den Ofenansatz und das Innere des Ofens zu säubern, beeinträchtigten die Produktionspläne und setzten das Wartungspersonal potenziellen Gefahren aus.

Materialanbackungen können besonders problematisch sein, wenn Brennstoffe mit einem hohen Schwefel- oder Chloridgehalt – wie z.B. Petrolkoks oder EBS – verwendet werden. In extremen Fällen können massive Anbackungen plötzlich abbrechen und den Prozess unterbrechen, was potenziell an allen Ausrüstungen schwere Schäden verursachen kann.

Neben der erforderlichen Zeit zum Abkühlen waren für das Reinigen des Zyklons drei bis vier Arbeiter erforderlich, die durch Inspektionsluken mit Bohrhämmern mehrere Stunden lang die Anbackungen abschlugen und dabei Hitze und Staub ausgesetzt waren. Für den Neustart des Prozesses und das Wiedererreichen der Betriebstemperatur wurde zusätzliche Energie benötigt. Trotz des massiven Aufwandes an Zeit und Energie wurde das Problem der Materialansammlung letztlich so schlimm, dass innerhalb einer Woche der gleiche Zustand wieder erreicht war. Erneut musste der Materialfluss gedrosselt und die Anlage wieder angehalten werden. Vertreter des Werkes wandten sich an Martin Engineering Turkey mit der Bitte, das Verfahren einer Prüfung zu unterziehen. Dank gemeinsamer Bemühungen wurde eine Lösung gefunden.

2 Eine bewährte Methode

Nach Beendigung der Überprüfung wurde festgelegt, dass eine Reihe von Luftkanonen die beste Option sei, um zu einem normalen Fluss in der Anlage zurückzukehren und zukünftige Verstopfungen zu verhindern. Die Technologie mit Luftkanonen hat eine lange Einsatzgeschichte in Zementanlagen und dazu beigetragen, den Materialfluss zu verbessern und Anbackungen zu reduzieren. Ein zeitlich abgestimmter Austrag eines zielgerichteten Luftstoßes kann Materialansammlungen verhindern, die die Leistungsfähigkeit des Verfahrens beeinträchtigen und zu höheren Ausgaben für die Wartung führen können. Gleichzeit hilft man damit den Herstellern, erforderliche Prozessunterbrechungen und manuelle Arbeiten zu minimieren.

Die zwei grundlegenden Bestandteile einer Luftkanone sind ein Schnellschlussventil mit einer hohen Durchflussrate und ein Druckbehälter. Die Anlage arbeitet, wenn Druckluft aus dem Behälter plötzlich durch das Ventil freigesetzt und durch eine Düse geleitet wird, die strategisch im Turm, in einer Leitung, im Zyklon oder an anderer Stelle angeordnet ist. Das oft in einer Reihe installierte und genau eingestellte Netzwerk kann zeitlich abgestimmt werden, um den entsprechenden Verfahrensbedingungen bzw. Materialeigenschaften am besten gerecht zu werden.

Die Luftstöße tragen dazu bei, die Materialanbackungen aufzubrechen und verstopfte Wege frei zu machen, so dass die Feststoffe und/oder Gase wieder normal fließen können. Um die Luftkanonenanlage kundenspezifisch der entsprechenden Umgebung anzupassen, können die jeweiligen Leistungsdaten des Luftstoßes durch Einstellungen des Betriebsdrucks, des Behältervolumens sowie durch die Konstruktion des Ventils und der Düsenform erreicht werden.

Ingenieure beider Unternehmen trafen sich, um die Details zu besprechen. Dazu gehörten die Konstruktion der Luftkanone, die Düsenauswahl und die spezifischen Standorte, um einen optimalen Materialfluss aufrechtzuerhalten. Um Materialanbackungen zu kontrollieren und die Stabilität der Produktion aufrechtzuerhalten, wurden 29 neue Luftkanonen vom Typ Martin^® Hurricane von Martin Engineering Turkey geliefert. Alle hatten einen Druckluftbehälter mit einem Fassungsvermögen von 70 l und wurden an strategischen Stellen von einem Martin^® Serviceteam installiert (Bild 2).

Zu der Anlage gehörten Hochgeschwindigkeits- und Strahldüsen mit Martin^® Thermo Safety Shields (Hitzeschutzschilde) zum Schutz des Wartungspersonals beim Inspizieren oder Betreuen der Luftkanonenanlage. Die Hitzeschutzschilde – auch als Strahlschutz bekannt – befinden sich zwischen dem Prozess und dem Luftkanonenventil selbst. Diese Vorrichtungen sind als hand- oder luftbetriebene Modelle verfügbar und verhindern ein Zurückfließen des Materials während des Betriebs und schützen die Teile des Luftkanonenventils vor versprühtem Material.

Die neuen Luftkanonen wurden in drei Gruppen angeordnet, die alle von der Schaltwarte der Anlage gesteuert werden. Die Entladungsfolge bewegt sich in einer Spirale nach oben, wobei die Kanonen in 10-Sekunden-Abständen arbeiten. Normalerweise wird der gesamte Zyklus von 80 bis 90 Sekunden etwa alle 20 Minuten wiederholt. Die Betreiber arbeiten jedoch mit einer Zeitspanne von 5 bis 45 Minuten in Abhängigkeit von den spezifischen Betriebsbedingungen.

Seit der Installation des neuen Netzes von Luftkanonen hat es keine ungeplanten Stillstände in diesem Teil des Zyklons mehr gegeben, die durch Materialanbackungen verursacht wurden. Nachdem dieses Problem gelöst war, richteten die Ingenieure ihre Aufmerksamkeit auf einige zusätzliche Anbackungen weiter oben in der unteren Rohrleitung. Dieser Bereich wird nicht von dem Netz der Luftkanonen erfasst. Während des nächsten Stillstands wird ein zusätzlicher Satz von vier Luftkanonen des Typs 70 l Hurricane Air Cannon weiter oben in der unteren Rohrleitung des Zyklons installiert werden.

3 Kostenreduzierung

Die Überprüfung ergab auch, dass es möglich ist, die Betriebskosten der vorhandenen 22 älteren Luftkanonen vom Typ Tornado (Bild 3) an der Einlaufkammer und am Steigrohr des Wärmetauscherturms des Ofens Nr. 2 zu reduzieren, indem man sie mit einem Martin^® Piston Return Reservoir (Kolbenrücklaufbehälter) modernisiert. Das ist ein Behälter, der das Ventil schließt, nachdem ca. 50 % des Volumens ausgetragen worden sind. Der Behälter ist ein pneumatisches Gerät, das die Abluft vom Ventil absaugt und diesen Druck umsteuert, um den Kolben zu schließen, wenn Ventil- und Behälterdruck gleich sind.

Wenn die Luftkanone mit einem Kolbenrücklaufbehälter versehen ist, produziert sie eine Anfangsstrahlkraft gleicher Stärke, aber die Dauer des Austrags wird reduziert. Stattdessen minimiert die im Behälter der Luftkanone zurückgehaltene Luft den Gesamtluftverbrauch, ohne die anfängliche Leistungskraft zu reduzieren. Da der Hauptluftbehälter niemals komplett geleert wird, ist das erforderliche Auffüllluftvolumen nach jedem Austrag geringer. Die gleiche Arbeitsleistung kann mit der Hälfte der Druckluft geleistet werden, ohne die Spitzenkraft der Luftkanone zu beeinträchtigen (Bilder 4 und 5).

Vor der Installation der Rücklaufbehälter wurde der Luftverbrauch der 22 Tornado-Luftkanonen bei Büyükçekmece auf 2 m³/min geschätzt. Das entspricht einem jährlichen Gesamtluftverbrauch von ca. 525 600 m³. Wenn die Kosten für Betriebsluft mit 2 Cent pro Kubikmeter angesetzt werden, würden die Gesamtkosten für die Luft 10 512 US$ pro Jahr betragen. Nach der Installation der Behälter, wurde der jährliche Luftverbrauch auf 262 800 m³ reduziert, während die Leistung der Luftkanonen gleich blieb. Wenn die minimale Standzeit einer Luftkanone mit zehn Jahren angesetzt wird – erfahrungsgemäß ein vernünftiger Ansatz – würden die Kosteneinsparungen in diesem Zeitraum 52 560 US$ betragen.

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