cooler inlet

7/27/2019 Cooler Inlet

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Reprint of article publishedin ZKG, July 2002.

By J.H.Choi, Yong Woi, South Korea andLaura G. Black, F.L.Smidth Inc., USA.

Hyundai Cements successful installationof a new cooler inletErfolgreiche Installation eines neuenKhlereinlaufs bei Hyundai Cement

R E V I E W N O. 1 4 0


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Erfolgreiche Installation eines neuenKhlereinlaufs bei Hyundai Cement

Hyundai Cements successfulinstallation of a new cooler inlet

By J. H. Choi, Yong Wol/South Korea and

Laura G. Black, Bethlehem, PA USA


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4/11ZKG INTERNATIONAL No. 7/2002 (Volume 55)

P R O C E S SKNOW HOW

Erfolgreiche Installation eines neuenKhlereinlaufs bei Hyundai Cement*)Laura G. Black, Bethlehem, PA USA, J. H. Choi, Yong Wol/South Korea

ZUSAMMENFASSUNG

Der wirtschaftliche Zwang zur Verbesserung des Brennstoff- und Energieverbrauchs ebenso wie dieMglichkeit zur Verhinderung der Erscheinung des so genannten Red River bei der Klinkerkhlungim Rostkhler, berzeugte Hyundai Cement davon, im Khlereinlauf der 6 000 t/d-Ofenlinie 1 die vonF. L. Smidth Inc. entwickelte Controlled Impact Section (CIS) in Verbindung mit dem so genanntenMechanical Flow Regulator (MFR) zu installieren. Die Installation des neuen Khlereinlaufs erfolgtean Stelle der ersten beiden Kammern des mit insgesamt zehn Kammern ausgefhrten Horizontal-Rostkhlers. Die mechanische Einrichtung zur Khllufteinstellung, die an jeder einzelnen Rostplatteangeschlossen ist, sorgt unabhngig von der Granulometrie des Klinkers fr eine konstante Durch-strmung des Klinkerbetts im Khlereinlaufbereich. Die konstante Verteilung der Khlluft trgtwesentlich zur Optimierung der Khlereffizienz und Wrmerekuperation bei. Bereits innerhalb derersten Woche seit Wiederinbetriebnahme konnte sich der Betreiber von den Verbesserungen des Ofen-betriebs, von der Senkung des Brennstoffverbrauchs und Einsparungen des elektrischen Energiebedarfsberzeugen. In diesem Beitrag wird ber den mechanischen Aufbau des neuen Khlereinlaufs und dieProzessvorteile dieser Anlagenmodifikation berichtet.

SUMMARY

The economical need to improve fuel and power consumption, as well as the possibility to preventformations of the so-called red river during clinker cooling in the grate cooler, convinced HyundaiCement to install the new F. L. Smidth Controlled Impact Section (CIS) with Mechanical FlowRegulators (MFR) in the cooler inlet of their 6 000 t/d kiln line No. 1. The installation of this new coolerinlet section replaced the first two compartments of the existing ten-compartment horizontalgrate cooler. The flow regulator technology present in each air distribution plate is critical to providinga constant airflow throughout the cooler inlet section, independent of the granulometry of the clinker.This constant distribution of cooling air is essential for optimizing cooler efficiency and heatrecuperation. Within the first week of operation, the operator immediately saw improved kiln operation,a reduction in fuel consumption, and a power saving. This paper will discuss the mechanical designof the new cooler inlet and the process benefits of this plant modification.

RSUM

La contrainte conomique damlioration de la consommation de combustible et dnergie, ainsi quela possibilit dviter lapparition du Red River (rivire rouge) lors du refroidissement du clinkerdans le refroidisseur grille a convaincue Hyundai Cement dinstaller, lentre du refroidisseur dela ligne de four 1 de 6000 t/j, la Controlled Impact Section (CIS) en combinaison avec le MechanicalFlow Regulator (MFR). Linstallation de la nouvelle entre du refroidisseur a eu lieu la place desdeux premires chambres du refroidisseur grille horizontale quip en tout de dix chambres.Lquipement mcanique pour le rglage de lair de refroidissement, connect chaque plaqueindividuelle de la grille, assure indpendamment de la granulomtrie du clinker pour une ventilationconstante du lit de clinker dans la zone dentre du refroidisseur. La rpartition constante de lair derefroidissement contribue de manire essentielle loptimisation de lefficacit du refroidisseur et la rcupration de la chaleur. Dj au cours de la premire semaine, depuis la remise en service,

lexploitant sest trouv convaincue quant aux amliorations de la marche du four, de labaissementde la consommation de combustible et des conomies dans le besoin dnergie lectrique. Dans cettecontribution sont prsents la configuration mcanique de la nouvelle entre du refroidisseur et lesavantages cot processus de cette modification de linstallation.

RESUMEN

La necesidad econmica de mejorar el consumo energtico y de combustibles as como la posibilidadde evitar el fenmeno del llamado Red River o ro-rojo durante el enfriamiento del clnker dentrodel enfriador de parrilla, llev a Hyandai Cement a convencerse de que era conveniente instalar,en la entrada del enfriador de la lnea de horno 1 de 6.000 t/d, la Controlled Impact Section (CIS)desarrollada por F.L. Smidth Inc., junto con el llamado Mechanical Flow Regulator (MFR). La instala-cin de la nueva entrada de enfriador se efectu en sustitucin de las dos primeras cmaras del enfriadorde parrilla horizontal, provisto de un total de 10 cmaras. El dispositivo mecnico de ajuste del aire

*) berarbeitete Fassung des Vortrags, den die Autorin auf dem vom 22.24.04.02 in Kuala Lumpur/Malaysia stattgefundenen18th AFCM-Kongress gehalten hat.Revised text of a lecture given by the first-named author to the 18 th AFCM Congress held over the period from 22th to 24th April2002 in Kuala Lumpur, Malaysia.

(English text supplied by the authors)

Installation couronnede succs dunenouvelle entre derefroidisseur chezHyundai Cement

Instalacin exitosa deun nuevo dispositivode entrada del enfria-dor en Hyundai Cement

Hyundai Cementssuccessful installationof a new cooler inlet*)


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1. EinleitungHyundai Cement befindet sich in Yong Wol, etwa zwei Auto-stunden von der sdkoreanischen Hauptstadt Seoul ent-fernt. Das Zementwerk verfgt ber zwei technisch gleicheOfenlinien, die in den Jahren 1990 und 1992 von Onodaerrichtet worden sind. Bei Ofenlinie 1 befindet sich seitMrz 2001 ein neuer Khlereinlauf in Betrieb. BeideProduktionslinien sind mit 6-stufigen Vorwrmern inzweistrngiger Ausfhrung und RSP-Calcinatoren mit denAbmessungen 4,9 m x 12,77 m ausgerstet. Der Drehofenmit den Abmessungen 5,2 m x 75 m ist traditionell aufdrei Laufringstationen gelagert und fr einen Klinker-durchsatz von 6000 t/d ausgelegt. Der vorhandene

Klinkerkhler ist ein Schubrostkhler mit horizontalerRostbahn, der mit 10 Khlluftgeblsen ausgerstet ist.Ursprnglich besa der Khler 10 Kammern und 3 Rost-bahnantriebe.

2. Der neue KhlereinlaufDie Installation der neuen von F. L. Smidth entwickeltenControlled Impact Section (CIS) mit Mechanical Flow Re-gulators (MFR) im Einlaufbereich des vorhandenen Schub-rostkhlers bei Hyundai Cement besteht aus einem 11 Rost-platten breiten und 8 Roste langen geneigten Khlereinlaufim Austausch der ersten beiden Khlkammern. Mit demneuen Khlereinlauf wurde auch eine entsprechende Trag-konstruktion montiert, auf der die Rostplatten zur Khl-

luftverteilung in Stufen jeweils unter einer Neigung von15 gegenber der Horizontalen aufgesetzt sind. Die Nei-gung von 15 fhrt dazu, dass sich im Khlereinlauf einestatische Klinkerschicht ausbildet. Diese statische Klin-kerschicht trgt dazu bei, dass der ofenfallende Klinker berdiese Schicht gleitend in den Khler gelangt (Bild 1). Dienicht bewegte Klinkerschicht sorgt dafr, dass die Rost-platten im Einlaufbereich vor Beschdigung durch den her-abfallenden Klinkerstrom sowie durch bertemperaturengeschtzt werden und verteilt den Klinker, bevor er inden brigen Khler gelangt. Durch diese Art der Klinker-prparation wird die Entstehungsgefahr des so genanntenRed River entscheidend herabgesetzt. Damit ist die Vor-aussetzung zur Erhhung des Klinkerbettes und Senkungder Rostbahngeschwindigkeit geschaffen, wodurch die

Sekundrlufttemperaturen erhht und die Klinkertempe-raturen am Khleraustritt herabgesetzt werden.

Eine speziell entwickelte Rostplatte leitet die Khlluft zurbesseren Verteilung durch das Materialbett. Diese Rostplattemit Luftkanlen wurde derart ausgefhrt, dass der Khl-luftstrom aus der unterhalb des Rostes befindlichen Kam-mer durch das Klinkerbett ohne jeglichen Rostdurchfallerfolgt. Die Rostplatten sind zu diesem Zweck mit Taschenversehen, die den frischen Klinker zurckhalten und damitfr einen natrlichen Schutz der Platten vor Abrasion undberhitzung sorgen. Jede Rostplatte ist des Weiteren miteiner mechanischen Khllufteinstellung, mit einem sogenannten Mechanical Flow Regulator (MFR) ausgerstet,die fr eine konstante Khlluftdurchstrmung jeder ein-zelnen Platte sorgt und zwar unabhngig von der granulo-metrischen Zusammensetzung des Klinkerbetts und seinerHhe. Die neue mechanische Khllufteinstellung in Ver-bindung mit der Steuerung des Luftvolumenstroms durchdas Khlluftgeblse sorgt dafr, dass eine maximale Klin-kerkhlung erreicht wird.

(Volume 55) No. 7/2002 ZKG INTERNATIONAL

1. IntroductionHyundai Cement is located in Yong Wol, South Korea,approximately 2 hours from the capital Seoul. The plantincludes two identical kiln lines built by Onoda in 1990and 1992. The new cooler inlet has been operating in kilnline No. 1 since March 2001. Both production lines in-clude a 6-stage, dual string preheater tower with a 4.9 mdiameter x 12.77 m RSP type calciner. The kiln is atraditional three-support, 5.2 m diameter x 75 m longkiln, rated for a clinker throughput of 6000 t/d. Theexisting cooler is a horizontal reciprocating grate cool-er, equipped with 10 fans to cool the clinker. The cooleroriginally contained ten compartments and three drives.

2. The new cooler inletThe new CIS/MFR cooler inlet installation at HyundaiCement, developed by F.L.Smidth, consists of an 11-gratewide by 8-grate long sloped cooler inlet to replace theexisting first two compartments. The new cooler inletincludes a structural steel support frame upon which thegrate plates for cooling air distribution are set in stepsat a 15 slope from horizontal. The 15 slope allows alayer of static clinker to form in the impact zone. The stat-ic layer causes the clinker falling down from the kiln toslide upon it into the cooler (Fig. 1). This static bed ofclinker will protect the grate plates from damage causedby clinker impact and excessive temperatures. It will also

allow for the incoming clinker to be distributed priorto entering the remaining cooler. This preparation ofclinker will dramatically reduce the occurrence ofred rivers, allow for the increase in bed depth andreduction in cooler speed, increase the secondary airtemperatures, and reduce the clinker temperature at thecooler outlet.

A specially designed air distribution plate conveys cool-ing air through the bed of material. This grate plate isdesigned with air channels to permit the flow of coolingair from the undergrate compartment to the clinker bedabove, without material falling through. The grate platesare fabricated with pockets that hold fresh clinker,


BILD 1: Statisches Klinkerbett im neuen Khlereinlauf

FIGURE 1: Static bed in the new cooler inlet

de enfriamiento, conectado a cada una de la placas de parrilla, asegura el paso constante del aire porel lecho de lnker en la zona de entrada al enfriador, independientemente de la granulometra del clnker.La distribucin constante del aire de enfriamiento contribuye esencialmente a la optimizacin de laeficiencia del enfriador y de la recuperacin del calor. Durante la primera semana que sigui a la nuevapuesta en servicio de la instalacin, el usuario pudo convencerse de las mejoras logradas en elfuncionamiento del horno, de la reduccin del consumo de combustibles y del ahorro de energa elctrica.En el presente artculo se informa sobre las caractersticas mecnicas de la nueva entrada de enfriadory las ventajas que ofrece para el proceso esta modificacin de la instalacin.




3. Die mechanische Khllufteinstellung

Die mechanische Einrichtung zur Khllufteinstellung ist je-weils in einem Schacht an den Lufteintrittskanal der Rost-platte gelenkig angeschlossen. Die Khlluftzufuhr wirddurch die jeweilige Stellung des Regulators gesteuert, dergeffnet bis geschlossen sein kann (Bild 2). Der Gesamt-druckverlust des Khlers ergibt sich aus der Summe des

Druckverlusts durch die Rostplatte und den Widerstand desKlinkerbetts. Die Khlluft hat drei Mglichkeiten in dieluftverteilende Rostplatte einzutreten: durch die Spaltezwischen dem Durchstrmungsregler und dem Luftein-trittskanal der Rostplatte, durch die vom Regler frei gege-bene ffnung und durch die Perforierung der Reglerklap-pe. Die Stellung dieser Klappe verndert den Druckverlustinnerhalb dieser Reglereinrichtung und hlt individuell beijeder Rostplatte die Luftbeaufschlagung konstant. Wenn dieKhlluft in den Lufteintrittskanal einer Rostplatte aus derKhlluftkammer eintritt, wird im Durchstrmungsreglerwegen des bestehenden Druckunterschieds ober- undunterhalb des Rostes ein Druckunterschied erzeugt, der inerster Linie durch den Durchstrmungswiderstand desKlinkerbetts bestimmt wird. Wenn demzufolge das Klin-

kerbett hoch ist, steht auch eine relativ hohe Pressung imLufteintrittskanal einer Rostplatte an. Diese hohe Pressungverursacht eine kleine Druckdifferenz zwischen Luftein-trittskanal und Khlkammer. Der niedrige Druckverlustbewirkt, dass die Reglerklappe offen gehalten wird, umeine konstante Khlluftbeaufschlagung zu gewhrleisten.Dagegen schliet sich die Reglerklappe, wenn ein hoherDruckverlust vorliegt, erzeugt durch eine niedrige Klin-kerbetthhe und eine hohe Pressung unterhalb des Rostes.Die effiziente Arbeitsweise des Khlereinlaufs ist auf diesescheinbar so simplen Zusammenhnge zurckzufhren. Wieder Durchstrmungsregler auf vernderliche Klinkerbett-hhen reagiert, ist in Bild 3 dargestellt.

Der Durchstrmungsregler kann auch auf die vernderli-che Klinkergranulometrie ansprechen, um eine konstanteKhlluftbeaufschlagung im Bereich des Khlereinlaufszu gewhrleisten. Wie aus Bild 4 ersichtlich, reagiert derDurchstrmungsregler bei einem feinkrnigen Klinker so,indem er sich voll ffnet, um dem hohen Durchstrmungs-widerstand des Klinkerbettes zu begegnen. Im Gegensatzdazu bleibt die Reglerklappe fast vllig geschlossen, wenndas Klinkerbett aus grobkrnigem Klinker besteht und demKhlluftdurchtritt nur einen geringen Durchstrmungswi-derstand entgegensetzt. In diesem Fall stellt sich dann kon-sequenterweise eine hohe Druckdifferenz zwischen demLufteintrittskanal einer Rostplatte und der Khlluftkam-mer ein.

4. Die Installation des neuen Khlereinlaufs

Die Installation des neuen Khlereinlaufs erforderte einhohes Ma an Kooperation zwischen Hyundai Cement undF. L. Smidth Inc., um whrend einer minimalen Still-standszeit der Anlage die ordnungsgeme Ausfhrungaller Projektkriterien zu gewhrleisten. Dank hervor-ragender Partnerschaft konnte der neue Khlereinlauf inca. einer Woche realisiert werden.

Um Stillstandszeiten und Kosten noch weiter zu minimie-ren, entschied Hyundai Cement auch das Khlluftgeblseder ersten Kammer zu modifizieren. Um das Khlluftge-blse sowohl hinsichtlich des erforderlichen Volumenstromsals auch Drucksprungs an den neuen Khlereinlauf besseranzupassen, wurde das vorhandene Geblse mit einemneuen Laufrad ausgerstet. Weiterhin wurden 13 Luft-kanonen am Umfang des neuen Khlereinlaufs installiert:Fnf Luftkanonen an der Rckwand des Khlereinlaufs, diebrigen an beiden Seiten der 2., 4., 6. und 8. Rostplatten-reihe. Jede Plattenreihe ist auerdem mit einem Luftkanalversehen, um bei Erfordernis den Luftsto der Luftkano-

creating the protective medium for the plates to shieldthem from abrasion and overheating. Every grate plateis equipped with a Mechanical Flow Regulator (MFR),which maintains a constant cooling air flow to eachindividual grate plate, regardless of the granulometriccomposition and depth of the clinker bed. The innova-tive design of the flow regulator and control of the air

volume flow by the cooling air fan allow for maximumcooling efficiency to be achieved.

3. The Mechanical Flow Regulators (MFR)

The regulator is mounted on a shaft in the air receiverchannel of the air distribution plate and pivots about thisshaft. Air is controlled based on the regulators position,opened to closed (Fig. 2). The total pressure drop of thecooler is based on the summation of the pressure dropthrough the grate plate and the resistance of the clinkerbed. Air enters the air distribution plate and has threepaths to follow: one is through the gaps between the flowregulator and the air receiver channel of the grate plate,the second is through the idle hole, and the third is

through the perforations in the tongue of the flow regu-lator. Adjusting the angle of the valve changes the pres-sure drop across the valve and in turn keeps the airflowconstant to that individual grate plate. As the coolingair enters the air receiver channel of a grate plate fromthe undergrate compartment, a pressure drop is createdin the valve due to the difference between the undergratepressure and the overgrate pressure. This pressure dropis created primarily from the bed resistance. Therefore,when the bed is thick, the pressure in the air receiverchannel of a grate plate is relatively high. This high pres-sure results in a small difference between the receiverpressure and the undergrate compartment pressure. Thissmall pressure drop will allow the flow regulator toremain open to maintain a constant airflow. With a largepressure drop created by a low bed depth and highundergrate compartment pressure, the flow regulator willclose. It is this simplicity that allows the cooler inlet toperform so efficiently. How the flow regulator reacts tovarying clinker bed depths is depicted in Fig. 3.

BILD 2: Rostplatte mit Mechanical Flow Regulator (MFR)

FIGURE 2: Grate plate with Mechanical Flow Regulator (MFR)Luftdurchfluss durch air flow through holes in tonguedie perforierte ReglerklappeLuftdurchfluss durch die air flow in idle holefrei gegebene ffnung derReglerklappeLuftdurchfluss durch die Spalten air flow in gaps

air flow throughholes in tongue

air flow in idle hole

air flow in gaps


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nen durch die Schlitze vor den Rostplatten zur Bewegungdes Klinkerbetts leiten zu knnen. Die Zeitfolge fr dieArbeitsweise der Luftkanonen wurde sorgfltig daraufabgestimmt, einen konstanten Klinkertransport ohnegrere Beeintrchtigungen des statischen Klinkerbetts zuerzielen.

5. InbetriebnahmeIn Kooperation zwischen den Prozessingenieuren sowie An-lagenfahrern von Hyundai Cement und dem Inbetriebnah-mepersonal von F.L. Smidth wurde der neue Khlereinlaufin Betrieb genommen und der Leistungsnachweis innerhalbder ersten Betriebswoche durchgefhrt. Eine Woche lang ar-beiteten beide Partner eng zusammen, um den Ofenprozessmit dem neuen Khlereinlauf zu optimieren, das richtigeZeitprogramm fr die Arbeitsweise der Luftkanonen ein-zustellen und auch die Feinabstimmung der Khlersteue-rung vorzunehmen.

Vor dem Start der Ofenanlage war der neue Khlereinlaufmit einer 300 mm dicken Klinkerschicht bedeckt worden,um die Rostplatten vor Zerstrungen durch Verschlei und

Temperaturbelastungen zu schtzen. Zerstrungen dieserArt haben sich schon fter ereignet, wenn der erste heieKlinker in den Khler eintritt. Whrend der ersten Be-triebsstunde wurde im Ofen ein Klinker mit einem hohenAnteil an flssiger Phase produziert, der schnell den Ofenpassierte und dann in den Khlereinlauf eintrat. DieserKlinker bildete an der rechten Seite des Khlereinlaufs eineAnsatzfigur, die als Schneemann bekannt ist. Obwohlkurz nach diesem Vorkommnis ein ganz normaler Klinkerproduziert wurde, verblieb der Ansatz im Khlereinlauf.Den einzigen Indikator dafr, dass der sich gebildete Ansatzimmer noch prsent war, lieferte die Anzeige des Pyrometersin der ersten Khlkammer und im Khlereinlauf. Whrenddieser Zeit lagen die Temperaturen der Rostplatten nichtoberhalb ihrer Normaltemperatur von ca. 25 bis 40C. Diese

Tatsache unterstreicht, dass die Rostplatten vor bertem-peraturen durch das statische Klinkerbett wie durch eineDeckschicht zwischen Rostplatte und eintretenden Hei-klinker erfolgreich geschtzt werden. Durch die Kontrolleder Khlerbeaufschlagung, der Klinkerbetthhe, der Rost-bahngeschwindigkeit und durch die nach vorgegebenerZeitfolge arbeitenden Luftkanonen ist der Anlagenfahrerin der Lage, entstehenden Ansatz abzubrechen und aus demKhlereinlauf ohne sichtbare Nachteile fr diesen Khler-bereich und die installierten Rostplatten abzufrdern.

The flow regulator can also respond to varying clinkergranularities to ensure constant airflow within thecooler inlet. As seen in Fig. 4, the flow regulator adjuststo fine clinker granularity by remaining fully opened tocompensate for the high flow resistance of the clinkerbed. Conversely, the flow regulator is almost fully closedif the clinker is coarse and offers little resistance to theairflow. Consequently, the pressure differential betweenthe air receiver channel of a grate plate and the under-grate chamber is high.

4. Installation of the new cooler inletThe installation of the new cooler inlet required a highco-operation between Hyundai Cement and F. L. SmidthInc. to ensure that all design criteria were met whileminimizing the plant downtime. Through this excellentpartnership, the new cooler inlet was successfullyinstalled in approximately one week.

To further minimize downtime and cost, Hyundai Cementdecided to modify the existing first compartment coolerfan, too. To achieve this, a new fan wheel was installedwithin the existing housing to attain new volume andpressure requirements. Furthermore, 13 air blasters wereinstalled around the perimeter of the new cooler inlet.Five air blasters are positioned along the back wall of thesection. The remaining air blasters were positioned onboth the right and left side of rows 2, 4, 6, and 8. Eachrow is also equipped with an air blaster channel allow-

ing the forced air to travel through slots in front of thegrate plate to gently push the clinker bed forward whenrequired. The timing of the air blaster sequence is criti-cal to ensure constant movement of the clinker, withoutmajor disruption to the static clinker bed.

5. CommissioningWith the continuous co-operation between HyundaiCements process engineers, operators, and F. L. SmidthInc. personnel, the new cooler inlet installation was com-missioned and performance test made within the firstweek of operation. Throughout the week, both partnersworked to optimize the pyroprocess with the newcooler inlet, the timing sequence of the air blasters, and

fine tune the control system for the cooler.Prior to the start-up of the kiln system, a 300-mm bed ofclinker was spread throughout the new cooler inletsection to protect the grate plates from wear andtemperature damage often created when the first hot



BILD 3: Vergleich zwischen der neuen und traditionellen Khlluft-beaufschlagung des Rostes

FIGURE 3: Comparison between the new and traditional cooling airfeeding of the grate

MFR-Technologie MFR technologyLuftbalken-Technologie air-beam technologyAktive Luftverteilung active air distributionNichtaktive Luftverteilung non-acitve air distribution

BILD 4: Arbeitsstellung des Mechanical Flow Regulator bei einemnicht homogenen Klinkerbett

FIGURE 4: Positioning of the Mechanical Flow Regulator in case ofa non homogeneous clinker bed

Hoher Klinkerbettwiderstand high clinker bed resistanceNiedriger Klinkerbettwiderstand low clinker bed resistanceNiedriger Druckverlust p lower valve pHherer Druckverlust p higher valve pKonstante Khlluftzufuhr constant air flow

MFR technology

active air distributionactive resistance

non-active air distributionpassive resistance

air-beam technology

high bedresistance

lowervalve P

CONSTANT AIR FLOW

low bedresistance

highervalve P




Da es whrend des brigen Inbetriebnahmezeitraums zukeinerlei weiteren Betriebsstrungen kam, konnte sich dasPersonal von Hyundai Cement und F.L. Smidth Inc. voll aufdie Optimierung des Prozessablaufs konzentrieren. Eine we-sentliche Erkenntnis dabei war die Optimierung des Zeit-programms der Luftkanonen, um einerseits mgliche Klin-keranstze im Khlereinlauf auf ein Minimum zu begren-zen und andererseits die notwendige Hhe des statischen

Klinkerbetts zum sicheren Schutz der Rostplatten und zurErzielung eines maximalen Rekuperationseffekts zu ge-whrleisten. Bei normalem Ofenbetrieb wurde fr alle Luft-kanonen eine Zeitfolge von 21 min, 3 min zwischen jederDruckfolge, bei einem Arbeitsdruck von 6 bis 7 kg/cm2 fest-gelegt. Bei auergewhnlichen Bedingungen, um beispiels-weise der Ansatzbildung vorzubeugen, wurde die Druck-folge auf 45 s bei einem Arbeitsdruck von nur 5 kg/cm2reduziert. Diese Vernderung des Timings kann vor Ort ander Maschine durchgefhrt werden.

Vor der Modifikation des Khlers war die Rostbahnge-schwindigkeit ber den Druck unterhalb des Rostes in derzweiten Khlkammer gesteuert worden. Mit der Installa-tion des neuen Khlereinlaufs wurden die ersten beiden

Khlkammern zusammengefasst. Die vorhandene dritteKammer, d. h. die erste Khlkammer nach dem installier-ten Khlereinlauf, wurde whrend der Inbetriebnahme zurSteuerung der Rostbahngeschwindigkeit herangezogen.In die Optimierung der Khlersteuerung war sowohl dieMaximierung der Klinkerbetthhe als auch die Wrme-rekuperation bei gleichzeitiger Minimierung des Risikos vonAnsatzbildungen im Bereich des Khlereinlaufs einbezogen.Der Druck unterhalb des Rostes in der dritten Kammerist gekennzeichnet durch einen Wertebereich von 580 bis650 mmWS mit einer Sollgre von 620 mmWS. Die Ein-stellung der Rostbahngeschwindigkeit ber einen feinabgestimmten automatischen Regelkreis liefert die best-mgliche Wrmerekuperation und einen stabilen Betrieb.

6. Ergebnisse

Schon whrend der Inbetriebnahme des neuen Khlerein-laufs wurde eine Verbesserung der Betriebsparameter sicht-bar. Die sich ber die gesamte Khlerlnge erstreckendenRed River waren tatschlich eliminiert und die Klinker-austrittstemperatur konnte dank der hervorragendenVerteilung des Klinkers durch den neuen Khlereinlaufbedeutend reduziert werden. Die als Verbrennungsluft demOfen zur Verfgung gestellte Sekundrluft hatte eine h-here Temperatur angenommen, wodurch sich die Effizienzdes gesamten Ofenprozesses erhhte und sowohl derBrennstoffverbrauch als auch der elektrische Energieauf-wand reduziert wurden. Am Ende der einwchigen Inbe-triebnahme fhrte das Personal von Hyundai Cement undF. L. Smidth Inc. einen 48-stndigen Leistungsnachweisdurch. Die wesentlichen Ergebnisse enthlt Tabelle 1.

Beim Leistungsnachweis wurde ein durchschnittlicher Klin-kerdurchsatz von 5993 t/d bei einem spezifischen Wrme-verbrauch von nur 692 kcal/kgKli erzielt. Diese Ergebnisseentsprechen, verglichen mit den Durchschnittswerten desVorjahres, einer Durchsatzerhhung von ca. 90 t/d und einerBrennstoffsenkung entsprechend einer Einsparung des spe-zifischen Wrmeverbrauchs von 25 kcal/kgKli. Die Brenn-stoffeinsparung wurde auf der Grundlage des mittlerenBrennstoffverbrauchs ber die Dauer der Testperiodeermittelt und spter durch eine von F. L. Smidth durchge-fhrte Wrmebilanz besttigt. Der spezifische elektrischeEnergieaufwand, verursacht durch Vorwrmer, Abluft- und

Khlluftgeblse, wurde um 0,6 kWh/t gesenkt.Der automatische Regelkreis zur Vernderung der Rost-bahngeschwindigkeit sorgte fr einen stabilen Khlerbe-trieb. Der Druck unterhalb des Rostes der dritten Kammerwar auf einen Mittelwert von 620 mm WS angestiegen und

clinker enters the cooler. During the first hour of oper-ation, a clinker with a high portion of liquid phase wasproduced in the kiln quickly passing through the kiln andentering the cooler inlet. This material ultimatelyformed a snowman build-up on the right side of thecooler inlet. Although normal clinker was producedshortly after this occurrence, the build-up remained onthe cooler inlet. The only indication that the build-up was

still present was an indication from the pyrometer aimedat the first compartment and cooler inlet. During thisperiod, the grate plate temperatures were not elevatedabove their normal temperature, which was approxi-mately 25 to 40 C. This indicated that the grate plateswere successfully protected from the excessive tempera-ture, mainly due to the static clinker bed creating ablanket between the grate plates and the incoming hotclinker. Through control of the feed rate, cooler speed, beddepth, and air blaster timing sequence, the operatorswere able to break up and remove the agglomeration fromthe cooler inlet without any visible damage to thecooler section or existing cooler grate plates.

There were no other operational difficulties during the

rest of the commissioning period, which allowed both theHyundai and F.L.Smidth Inc. personnel to fully concen-trate on optimization of the process. One issue to resolvewas the optimizing of the air blaster timing sequence toensure that there was minimal build-up of clinker in thecooler inlet while maintaining the static bed depth forgrate plate protection and maximum heat recuperation.During normal kiln operation, the sequence resulted ina 21-minute sequence for all blasters, 3 minutes betweeneach blasting sequence, with an air blaster pressure of6 to 7 kg/cm2. During upset conditions when formationof coating is anticipated, the sequence between blasts wasreduced to 45 seconds with an air blaster pressure of only5 kg/cm2. This timing alteration can be accomplishedthrough a correction completed in the field.

Before the modification, the cooler speed was controlledthrough the undergrate pressure of the second compart-ment. With the installation of the new cooler inlet, thefirst two compartments were combined. The existingthird compartment the first compartment after the newcooler inlet was used to control the cooler speed dur-ing commissioning. Optimization of the cooler controlinvolved maximizing the bed depth and heat recupera-tion while minimizing the risk of build-up within thecooler inlet. Typically, the third compartments under-grate pressure ranged from 580 to 650 mmWg with atarget pressure of 620 mmWg. Regulating the coolerspeed through a finely tuned automatic control loopresulted in the most optimal heat recuperation andstable operation.

6. Results

Throughout commissioning of the new cooler inlet,immediate improvements to operating parameters werevisible. Red river throughout the cooler were virtual-ly eliminated and the clinker exit temperature wasdramatically reduced through the excellent distributionof the clinker in the new cooler inlet. The temperaturesof the secondary air used as combustion air in the kilnwere elevated, increasing the efficiency of the pyro-processing system and reducing the fuel and powerconsumption. By the end of the week, Hyundai andF.L.Smidth Inc. personnel conducted a 48-hour

performance test. The most important results are shownin Table 1.

The result of the performance test was an averageclinker production of 5 993 t/d and a specific heat con-sumption of only 692 kcal/kg clinker. This result was an


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lag damit ca. 80 mm WS oberhalb des Arbeitsdruckes derdritten Kammer des Originalkhlers. Dieser Druckanstiegals Folge des hheren Klinkerbetts fhrte zu einer verbes-serten Wrmerekuperation, was sich in der erhhten Se-kundrlufttemperatur und der Reduzierung der Klinker-austrittstemperatur aus dem Khler ausdrckt. Die Ter-tirlufttemperatur lag whrend des Audits bei durch-schnittlich 910C, ca. 90 bis 120 C oberhalb der frherbeobachteten Temperatur. Dabei ist anzumerken, dasswhrend des Abnahmeversuchs die Tertirlufttemperaturabsichtlich auf 900 C gehalten wurde, um die nicht frderartige Temperaturen ausgelegte Feuerfestauskleidungund Regelklappe in der Tertirluftleitung vor Schden zu

schtzen. Ohne Bercksichtigung dieser Einschrnkungwre eine signifikant hhere Tertirlufttemperatur er-reichbar gewesen. Die Klinkeraustrittstemperatur aus demKhler, die whrend des Audits gemessen wurde, betrug imDurchschnitt 81C ber Umgebungstemperatur. Damit lagdie Klinkeraustrittstemperatur ca. 69 C niedriger als vorder Modifikation des Khlereinlaufs. Die Reduzierung derKlinkeraustrittstemperatur ist ein unmittelbares Ergeb-nis der besseren Klinkerverteilung durch den Einsatz desneuen Khlereinlaufs, der damit verbundenen Erhhungdes Klinkerbetts und Minimierung der Erscheinung desRed River.

Mit der Installation des neuen Khlereinlaufs wurde eineOptimierung des Betriebs der gesamten Ofenanlage erreicht.

Diese Optimierung folgt auch aus der durchschnittlichenAbgastemperatur nach Stufe 1 des 6-stufigen Zyklonvor-wrmers von 289C, die um 5 bis 10 C niedriger liegt alsvor der Khlermodifikation.

Die grte Einsparung an elektrischer Energie wurde durchdie Senkung des Volumenstroms und der Temperatur desKhlerabluftgeblses erreicht. Whrend des Leistungs-nachweises war die Regelklappe des Khlerabluftgeblsesim Gegensatz zu frher im Durchschnitt nur zu 43 % ge-ffnet. Die Ablufttemperatur lag mit durchschnittlich215 C um 10 bis 15C niedriger als vor der Installation desneuen Khlereinlaufs. Diese neuen Betriebsparameter er-gaben Einsparungen am spezifischen Energiebedarf des Ab-gasgeblses nach dem Elektroabscheider von ca. 12 %.

Mit der Installation des neuen Khlereinlaufs wurdeHyundai Cement auch in die Lage versetzt, die Instand-haltungskosten signifikant zu senken. Vor der Modifikationmusste der Khler 12-mal pro Jahr instand gesetzt werden,meistens wegen des erforderlichen Austauschs von Rost-platten, im Durchschnitt 440 Platten pro Jahr. Seit der

increase in production of approximately 90 t/d and a25 kcal/kg clinker savings over their average fuelconsumption from the previous year. This fuel con-sumption savings was based on an average fuel ratethroughout the testing period and later confirmedthrough heat balances conducted by F. L. Smidth Inc. Thespecific power consumption by the preheater, cooler vent,and cooler fans was reduced by 0.6 kWh/t clinker.

The automatic control loop for the cooler speed provid-ed for a stable cooler operation. The third compartmentsundergrate pressure was raised to an average of620 mmWg, approximately 80 mmWg above the originalcoolers third compartment operating pressure. Thisincrease in pressure, and subsequent bed depth, allowedfor more heat recuperation as was shown in the elevat-ed secondary air temperatures and a reduction inclinker exit temperature. The tertiary air temperatureduring the audit averaged 910C, approximately 90 to120 C above previously observed temperatures. It isimportant to note that during the audit, the tertiary airtemperature was purposely controlled to 900 C toprotect from damage the tertiary air duct damper andrefractory lining, which was not rated for this tempera-ture range. Without this constraint, it was anticipatedthat the tertiary air temperature could be significantlyincreased. The clinker exit temperature was measuredthroughout the audit and averaged 81C above ambient,

which was approximately 69C less than before themodification. This reduction in clinker exit temperatureis a direct result of the clinker being evenly distributedin the cooler inlet section and thus the minimizationof red rivers and the increase in the operating beddepth.

With the installation of the new cooler inlet, an optimizedoperation of the kiln system was achieved. This resultedin the reduction of the exit gas temperatures after stage1 of the 6-stage cyclone preheater to an average of289 C, approximately 5 to 10C lower than before themodification of the cooler.

The majority of power savings resulted from thereduction of the cooler vent exit gas volume andtemperature. During the performance test, the cooler ventdamper was opened an average of 43%, in comparisonto previous operation of the cooler. The cooler venttemperature was slightly reduced by 10 to 15 C to anaverage of 215 C, as opposed to the previous coolerinlet. These new operating parameters resulted in



TABELLE 1: Betriebsergebnisse mit dem neuen Khlereinlauf

TABLE 1: Performance results with the new cooler inlet

Technik und Maeinheit Ergebniswertetechnologische Parameter

Technic and Unit Resultstechnological parameters

vor der Modifikation nach der Modifikation Differenzbefore modification after installation difference

Durchsatz t/d 5904 5993 + 90Throughput

Spezifischer Wrmeverbrauch kcal/kgcli 717 692 - 25Specific heat consumption

Spezifischer Energieverbrauch kWh/tcli 14.88 14.32 - 0.56Specific power consumption

Tertirlufttemperatur C 800 910 + 110Tertiary air temperature

Temperatur nach dem Vorwrmer C 299 289 - 10Temperature after preheater

Klinkertemperatur nach dem Khler C 170 101 - 69Clinker temperature after cooler

Anzahl der ersetzten Rostplatten 440 0 - 440Number of replaced grate plates




Inbetriebnahme des neuen Khlereinlaufs musste dieOfenanlage bisher weder wegen irgendwelcher Khlerpro-bleme oder Instandsetzungsarbeiten noch zum Austauscheiner Rostplatte angehalten werden. Die Senkung derKosten fr Instandhaltung und Ersatzteile zusammen mitden Einsparungen an Brennstoff und elektrischer Energiehaben dazu gefhrt, dass sich fr Hyundai Cement die In-vestitionskosten schon nach 1,2 Jahren amortisiert haben.

7. SchlussbemerkungenDie Installation des neuen Khlereinlaufs im ZementwerkYong Wol von Hyundai Cement gestaltete sich dank derengen Kooperation zwischen dem Betreiber und F. L.Smidth Inc. als ein groer Erfolg. Bereits innerhalb derersten Woche der Wiederinbetriebnahme konnte sich derBetreiber von entscheidenden Verbesserungen des Ofenbe-triebs berzeugen. Diese Verbesserungen haben sowohl zueiner Senkung des Brennstoffverbrauchs als auch Einspa-rungen an elektrischer Energie gefhrt. Zuzuschreiben sinddie erreichten Ergebnisse dem hervorragenden Design desneuen Khlereinlaufs, im Besonderen dem mechanischenDurchstrmungsregler (MFR), der in der Lage ist, automa-

tisch auf vernderte Bedingungen zu reagieren und unab-hngig von Klinkerbetthhe und Klinkergranulometrie freine konstante Khlluftbeaufschlagung jeder einzelnenRostplatte sorgt. Durch gemeinsame Anstrengungen vonHyundai Cement und F. L. Smidth Inc. soll auch die Ins-tallation eines neuen Khlereinlaufs an Ofenlinie 2 zu einererfolgreichen Unternehmung werden.

Literatur/Literature[1] J. Ma rk Brugan and Brian P. Keefe: The Unique Features

of the SF Cross-Bar Cooler, International Cement Review,August 2001.

[2] Edward L. Pus chock: CIS/MFR: The Ultimate Inlet, F. L.Smidth Inc. Profit Producing Seminar, October 2001, Pennsyl-

vania, USA.

approximately a 12% savings on the cooler vent elec-trostatic precipitator fan power consumption.Through the installation of the new cooler inlet, HyundaiCement was able to significantly reduce their mainte-nance costs. Prior to the modification, maintenance wascompleted 12 times during the year, mostly due toreplacement of grate plates, averaging 440 grate platesper year. Since the commissioning of the new cooler in-let, the kiln system has not been shut down for coolerproblems or maintenance and no grate plates have beenreplaced. This reduction in maintenance costs and spareparts, along with the fuel and power consumptionsavings, has resulted in a return on investment forHyundai Cement of only 1.2 years.

7. Final remarksThe installation of the new cooler inlet in the cementfactory of Yong Wol was successful only through the closeco-operation of Hyundai Cement and F. L. Smidth Inc.Within the first week of operation after re-commission-ing, Hyundai Cement immediately saw significantimprovements within the pyroprocessing operation, areduction in fuel consumption, and power savings. Theseresults are achieved through the unique design of the newcooler inlet, and specifically through the flow regulators(MFR) ability to automatically adjust to changing con-ditions, allowing for constant airflow to each grate plateregardless of the bed depth and clinker granularity.Through the combined efforts of Hyundai Cement andF.L.Smidth Inc. the cooler inlet installation for kiln lineNo. 2 should be another successful venture.

[3] Pau l J. Ri ley : CIS/MFR Fixed Inlet Acutal OperationalExperience, International Exhibition and Seminar on Energyand Environment in Cement, Construction and Allied

Sectors, January 2001, New Delhi, India.


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