Brännegenskaper hos kalkstenar och alternativa material för produktion av cementklinker och bränd kalk

Brännegenskaper hos kalkstenar och alternativa material för produktion av cementklinker och bränd kalk MinBaS dagen 2017 Matias Eriksson Nordkalk AB/Umeå Universitet

Om projektet Projekttid 2015-11-01-2017-08-31 (22mån.) Projektledare Matias Eriksson, Nordkalk AB/ Umeå Universitet Vinnova finansiering Total projektkostnad 2 738 058 Vinnova finansiering 1 095 000 Andra finansiärer 0 Egen finansiering 1 643 058 Total finansiering 2 738 058 Total stödnivå 40.0% 2

Deltagare Cementa AB SMA mineral AB Nordkalk AB Umeå Universitet (Koordinator) Thermochemical Energy Conversion Laboratory Institutionen för tillämpad fysik och elektronik 3

Målsättningar Utveckla nya innovativa metoder för karakterisering av brännegenskaper hos kalkstenar och alternativa material, samt vidareutveckla existerande metoder Identifiera brännegenskaper hos kalkstenar som potentiellt kan leda till driftsstörningar relaterat till materialsintring och ringbildning i roterugnar Verifiera ny kunskap genom fullskaleförsök Kommunicera resultat 4

Projektet omfattar fyra delmoment Brännegenskaper hos industriella kalkstenar för produktion av cementklinker och bränd kalk Brännegenskaper hos alternativa material för produktion av cementklinker Inverkan av kalkstensegenskaper på driftstörningar relaterat till ringbildning i roterugnar Spridning av resultat 5

Arbetet omfattar Brännegenskaps karakterisering av kalkstenar och alternativa material Fullskalekampanj på cementklinkerproduktion Undersökning av inverkan av kalkstensegenskaper, bränslen och driftsparametrar relaterat till ringbildning Fullskalekampanj på kalkugn 6

Brännegenskaper hos kalkstenar och alternativa material för produktion av cementklinker och bränd kalk Brännegenskaper

Användning av kalksten i Sverige: 5.3 Mton/a går till bränning 8

Brännegenskaper relaterat till: Kalcinering Sintring Smältning Mekanisk hållbarhet Termiskt sönderfall vid kalcinering 9

Provserie nr. Prov nr. Prov 1Kalksten 15-40mm 13Pure CaCO 3 2Dolomit 15-40mm 14Pure CaCO 3 + SiO 2 3Mesa 15Kalksten 15-40mm "tvättad" 4Kalksten 20-40mm 16Kalksten 15-40mm "finmaterial" 5Kalksten 17Dolomit 15-40mm "tvättad" 6Kalksten Finmald 1,5min 18Dolomit 15-40mm "finmaterial" 7Kalksten Grovmald 0,5min 19Råmjöl/slagg referens 8Märgelsten siktad < 1 mm 20Råmjöl/slagg 1 9Märgelsten siktad 1-2 mm 21Råmjöl/slagg 2 10Märgelsten siktad 2-4 mm 22Råmjöl/slagg 3 11Märgelsten siktad 4-8 mm 23Dolomitring/slagg 12Märgelsten siktad > 8 mm 24-34Kalsitring/slagg 10

Metoder Termiskt sönderfall Stickickng tendency dynamisk TG SDT XRF Leco Hög temperatur XRD SEM 11

Tidiga resultat: Natrium 12

Tidiga resultat: Kalium 13

Brännegenskaper hos kalkstenar och alternativa material för produktion av cementklinker och bränd kalk Ringbildning

Ringbildning i roterugn Sekundärluft in Satellitkylare Brännare Låga Rökgas ut Primärluft + Bränsle in Produkt ut y Θ x Kalksten in r r 15

Ring i roterung 16

Förenklad jämviktsmodell Modellerad position 17

Beräkning av temperaturen på ungnens inner yta Matning av mantelytor Ta fram murningsdata Beräkna yt-temperaturer inne i ungen 18

Detekterbar ungsrespons vs. Bränsle aska och kalkstensegensaper vid ATF för bränlse/driftsparametrar Bränsle aska IN Het luft IN Kalksten IN T P LKD UT Rökgas UT Produkt UT Detekterbar ugnsrespons 19

Provtagning och kampanj Fuel ash IN Limestone IN Hot gas IN Quicklime product OUT LKD OUT Flue gas OUT Mass flow [ton/h] * * * * * * Condensed components [wt%] CaO * * * * SiO2 * * * * Al2O3 * * * * Fe2O3 * * * * MgO * * * * K2O * * * * Na2O * * * * MnO * * * * P2O5 * * * * TiO2 * * * * C * * * S * * * Non-condensed components [wt%] N2 * * O2 * * CO2 * * SO2 * * AFT T IN * XRF leco Approximeringar: T IN = bränsle AFT vid driftsförhållande nso2 I het gas = ns i bränsle P = 1 atm nco2 I het gas = nc bränsle 20

Detekterbar ungsrespons relaterat till ringbildning: Manteltemperatur Avvik i produktflöde ut Ökad ungs motor belastning Ökad belastning på rökgasfläkten 21

Målsättning: En prediktiv modell för ugnsrespons relaterat till ringbildning Variabler: Bränsle aska Kalkstens matning Flamtemperatur Vid vilka förhållande kan man vänta sig en respond hos ugnen? 22

Tack för er uppmärksamhet! Frågor?