Stoorstoffen scheiden uit alternatieve brandstoffen: methoden, techniek en afzuigoplossingen

Wat zijn stoorstoffen in alternatieve brandstoffen?

Stoorstoffen zijn alle materiaalbestanddelen in alternatieve brandstoffen die het verbrandingsproces, het transport of de monstername beïnvloeden en niet bijdragen aan de gewenste stookwaarde. Het type stoorstoffen varieert naar gelang het ingangsmateriaal en de mate van verwerking.

Alternatieve brandstoffen zijn afkomstig van commercieel en industrieel afval, sorteerresten en productie-uitval. De verwerking omvat verkleining, zeven, magnetische scheiding en windzifting. Ondanks deze processtappen blijven vreemde materialen in de materiaalstroom achter, die in twee groepen kunnen worden ingedeeld.

Vijf typen stoorstoffen komen in de praktijk het meest voor:

• Metallische stoorstoffen: stalen onderdelen, draden, schroeven en aluminiumresten als gevolg van onvolledige magnetische scheiding of wervelstroomsortering
• Minerale stoorstoffen: glasscherven, keramiekpuin, stenen en betonresten met materialdichtheden tussen 2.000 en 2.500 kg/m³
• Zware organische stoorstoffen: nat hout, rubberdelen en textielrollen met een hoog vochtgehalte boven 30 gew.-%
• Overmaatse bestanddelen: 3D-materialen boven de gespecificeerde korrelgrootte die brekersystemen en doseerapparatuur blokkeren
• Chemische stoorstoffen: PVC-houdende fracties met chloorgehalten boven 1%, die corrosie in het ovensysteem veroorzaken

De gevolgen van deze stoorstoffen variëren van mechanische blokkades tot emissieproblemen. Met name zware en dichte vreemde materialen zijn kritisch: ze blokkeren voorbrekers en onderbreken het volledige monsterneem- en doseerschema. Het scheiden van deze stoorstoffen vereist methoden die gebruik maken van fysische eigenschappen zoals dichtheid, grootte en aerodynamisch gedrag.

‍

Waarom bereiken stoorstoffen de materiaalstroom ondanks voorverwerking?

Stoorstoffen passeren de voorafgaande verwerking omdat geen enkele scheidingsmethode alle typen vreemde materialen tegelijk aanpakt en de heterogeniteit van het ingangsmateriaal bij alternatieve brandstoffen extreem hoog is. Zelfs meertrapsverwerkingsinstallaties bereiken geen honderd procent scheiding.

Drie oorzaken verklaren het probleem:

• Procesgrenzen van magnetische scheiding: bandmagneten en trommelscheiders vangen alleen ferromagnetische metalen op. Roestvrij staal, aluminiumverbindingen en met metaal geïoate kunststoffen passeren de magnetische scheiding onopgemerkt. Wervelstroomscheiders scheiden non-ferrometalen, maar falen bij deeltjes kleiner dan 1–3 mm, afhankelijk van de configuratie.
• Grenzen van zeefclassificatie: glasscherven en keramiekpuin met korrelgrootten tussen 10 en 30 mm vallen in dezelfde zeeffractie als de gewenste alternatieve brandstoffractie. Zeven scheidt op grootte, niet op materiaaltype.
• Wisselende ingangskwaliteit: commercieel afval varieert sterk in samenstelling per leverancier, regio en seizoen. Verwerkingsinstallaties zijn ontworpen voor een bepaald gemiddelde. Pieken in het stoorstaandeel overbelasten de geïnstalleerde sorteertechniek.

De resterende stoorstoffen concentreren zich vooral bij overdrachtspunten en valschachten, waar het materiaal van snelheid en richting verandert. Juist op deze plaatsen biedt pneumatische scheiding de mogelijkheid om lichte van zware bestanddelen te scheiden.

‍

Welke methoden scheiden stoorstoffen uit alternatieve brandstoffen?

De stoorstofsscheiding bij de verwerking van alternatieve brandstoffen maakt gebruik van vier scheidingsprincipes, die elk verschillende fysische eigenschappen van de materialen benutten: magnetisme, dichtheid, aerodynamisch gedrag en optische kenmerken.

‍

Magnetische scheiding en wervelstroomsortering

Bandmagneten trekken ferromagnetische bestanddelen uit de materiaalstroom. Trommelscheiders vangen ook zwak magnetische deeltjes op bij lagere transportsnelheden. Wervelstroomscheiders genereren een wisselend veld dat in elektrisch geleidende non-ferrometalen zoals aluminium en koper wervelstromen induceert en deze deeltjes uit de materiaalstroom slingert. De combinatie van beide methoden verwijdert het grootste deel van de metallische stoorstoffen.

‍

Windzifting en ballistische scheiding

Windzifters gebruiken een gedefinieerde luchtstroom om lichte, vliegbare bestanddelen zoals folies en papier te scheiden van zware stoorstoffen zoals glas, stenen en metalen. Ballistische separatoren combineren helling, trillen en luchtstroom. Platte 2D-materialen bewegen over het zeefoppervlak omhoog, zware 3D-materialen rollen omlaag. Windzifting is de centrale methode voor scheiding op dichtheid en vormt de basis voor pneumatische stoorstofsscheiding.

‍

Sensorgestuurde sortering

Nabij-infraroodsensoren (NIR) identificeren materialen op basis van hun reflectiespectrum. PVC-houdende fracties die via mechanische methoden niet herkenbaar zijn, kunnen met NIR-technologie gericht worden uitgesorteerd. Röntgenfluorescentie (XRF) herkent metallische verontreinigingen in gemengde fracties. Beide methoden werken inline en maken sortering mogelijk bij bandsnelheden tot 5 m/s.

‍

Pneumatische afzuiging uit de materiaalstroom

Pneumatische afzuiging scheidt materialen direct in de vallende materiaalstroom op basis van hun aerodynamisch gedrag. Een zuigmond reikt in de valschacht en vangt de lichte, luchtrijke bestanddelen op, terwijl zware stoorstoffen door de zwaartekracht naar beneden vallen. Het afgezogen materiaal wordt via een afscheidingscycloon van de transportlucht gescheiden en via een sluis in het vervolgtransport afgevoerd.

Pneumatische afzuiging vult de voorafgaande methoden aan op een beslissend punt: het overdrachtspunt in de installatie zelf. Terwijl magnetische scheiding en windzifting plaatsvinden in de verwerkingsinstallatie, werkt de afzuiging direct vóór de doseerapparatuur of de voorbreker.

‍

Hoe werkt pneumatische stoorstofsscheiding bij overdrachtspunten?

Pneumatische stoorstofsscheiding maakt gebruik van een gerichte luchtstroom om uit een vallende materiaalstroom gericht de lichte, brandstofgerelateerde fractie af te zuigen en zware stoorstoffen in de valschacht achter te laten. De methode is gebaseerd op het dichtheidsverschil tussen de gewenste brandstof en ongewenste vreemde materialen.

De opbouw van een pneumatische afzuiginstallatie bij een overdrachtspunt omvat vier hoofdcomponenten:

• Zuigmond: de zuigmond reikt onder een bepaalde hoek in de vallende materiaalstroom. Hoe steiler de hoek, hoe selectiever de scheiding tussen lichte en zware bestanddelen. De optimale hoek is afhankelijk van de valhoogte, de materialdichtheid en de korrelgrootteverdeling.
• Vacuümgenerator of ventilator: een zijkanaalkompressor of radiale ventilator genereert de vereiste onderdruk. Typische volumestromen voor monsternemingsafzuigingen liggen tussen 200 en 500 m³/h bij onderdrukken van 50 tot 150 mbar.
• Afscheidingscycloon: de cycloon scheidt het afgezogen materiaal van de transportlucht door middel van centrifugaalkracht. Het afgescheiden materiaal valt via een sluis in de vervolgtransportschroef.
• Nafilter: een patronen- of zakkenfilter reinigt de restlucht voordat deze wordt teruggevoerd naar de hal of naar buiten wordt afgevoerd. Het nafilter beschermt de ventilator tegen fijnstofbeschadiging.

Het beslissende voordeel ten opzichte van mechanische monstername-apparaten: de afzuiging vangt selectief de lichte fractie op. Zware stoorstoffen zoals stalen onderdelen, glasscherven en stenen bereiken de zuigmond niet, omdat hun valsnelheid de zuigsnelheid overtreft. Het materiaal dat in de cycloon wordt afgescheiden is grotendeels vrij van stoorstoffen en kan direct worden verkleind, geanalyseerd of gedoseerd.

Praktijkproeven in cementfabrieken bevestigen dit principe. Afzuigproeven met zuigstutsen van nominale diameters DN 60 tot DN 80 tonen aan dat de scheidingsscherpte toeneemt met een grotere insteekhoek van de zuigmond. Het ontwerp van de installatie moet worden afgestemd op de specifieke materiaaleigenschappen: stortdichtheid, vochtgehalte, korrelgrootteverdeling en verhouding van 2D- ten opzichte van 3D-materiaal.

‍

Welke eisen stellen KBS, Fluff en Fesbo aan de stoorstofsscheiding?

Kalzinatorbrandstof (KBS), Fluff en Fesbo (vaste secundaire brandstof) verschillen aanzienlijk in korrelgrootte, stortdichtheid en gevoeligheid voor stoorstoffen. Daardoor moeten de afzuig- en scheidingsparameters voor elk brandstoftype individueel worden uitgelegd.

‍

Kalzinatorbrandstof (KBS)

KBS bestaat voor 100% uit 2D-materiaal met korrelgrootten onder 250 mm en bevat tot 15% 3D-materiaal onder 100 mm. De stortdichtheid ligt tussen 150 en 300 kg/m³, het vochtgehalte onder 20 gew.-%. Kalzinatorbrandstof wordt via de kalzinator in het ovensysteem ingevoerd. Stoorstoffen in deze materiaalstroom bereiken direct het verbrandingsproces en kunnen aankoekingen, verstopping en emissieverhoging veroorzaken. De hogere dichtheid en het grotere 3D-aandeel ten opzichte van Fluff maken KBS gevoeliger voor zware stoorstoffen zoals metaaldelen en keramiekpuin.

‍

Fluff

Fluff is de lichtste fractie onder de alternatieve brandstoffen. Het materiaal bestaat vrijwel volledig uit 2D-bestanddelen onder 30 mm bij stortdichtheden van 100 tot 200 kg/m³ en vochtgehaltes onder 10 gew.-%. Fluff heeft de hoogste stookwaarde, omdat de verwerking al meerdere sorteertappen heeft doorlopen en het materiaal overwegend uit foliesnippers bestaat. Het geringe 3D-aandeel onder 10% maakt Fluff bijzonder geschikt voor pneumatische scheiding, omdat het dichtheidsverschil tussen brandstof en stoorstoffen maximaal is.

‍

Fesbo (vaste secundaire brandstof)

Fesbo duidt op vaste secundaire brandstoffen met gedefinieerde kwaliteitsparameters en Eural-afvalcodes. De samenstelling varieert sterker dan bij Fluff of KBS, omdat verschillende afvalstromen als ingangsmateriaal dienen. Fesbo vereist een nauwgezette monstername voor bewaking van stookwaarde, chloorgehalte en stoorstaandeel. Pneumatische afzuiging is bij Fesbo bijzonder geschikt voor monstername, omdat het een representatief, stoorststofarme monster levert zonder dat mechanische monstername-apparaten door vreemde materialen worden geblokkeerd.

Alle drie de brandstoftypen profiteren van pneumatische stoorstofsscheiding bij het overdrachtspunt in de cementfabriek. Het ontwerp verschilt in volumestroom, zuigsnelheid en cycloonafmetingen. De afzuiginstallatie moet als complete oplossing worden ontworpen, zodat alle componenten op elkaar zijn afgestemd.

‍

Hoe wordt een afzuiginstallatie voor stoorstofsscheiding uitgelegd?

Het ontwerp van een pneumatische afzuiginstallatie voor stoorstofsscheiding is gebaseerd op de materiaaleigenschappen van de alternatieve brandstof, de geometrie van het overdrachtspunt en de gewenste bedrijfsmodus (continu- of intervalbedrijf). Zes parameters bepalen de dimensionering:

1. Stortdichtheid van het materiaal: lichte materialen zoals Fluff (100–200 kg/m³) vereisen lagere zuigsnelheden dan KBS (150–300 kg/m³). De stortdichtheid bepaalt de verhouding tussen volumestroom en materiaalafvoer.
2. Korrelgrootteverdeling en 2D/3D-verhouding: platte, vliegbare 2D-materialen worden gemakkelijker opgepakt dan compacte 3D-deeltjes. Een hoog 2D-aandeel maakt lagere volumestromen en kleinere leidingdoorsneden mogelijk.
3. Vochtgehalte: materiaal met meer dan 15% vocht neigt tot kleven in de cycloon en leiding. Vochtige materialen vereisen grotere leidingdiameters en gladde binnenoppervlakken.
4. Geometrie van de valschacht: schachtdoorsnede, valhoogte en positie van de tweewegestuurcomponent bepalen waar de zuigmond optimaal wordt gepositioneerd. De zuigmond moet ver genoeg in de materiaalstroom reiken zonder de doorstroom te blokkeren.
5. Bedrijfsmodus: continuebedrijf voor continue stoorstofsscheiding vereist hogere standtijden van de filterelementen en slijtvaste cycloon-binnenoppervlakken. Intervalbedrijf voor monstername (typisch 3 cycli per uur van 3–5 minuten) maakt compactere installaties mogelijk.
6. Transportpad en afvoer: leidinglengte tussen zuigmond en cycloon, hoogteverschil en aantal bochten bepalen het drukverval. De afvoer uit de cycloon moet stofdicht in de vervolgtransportschroef of opvangbak plaatsvinden.

Het ontwerp vereist ervaring met pneumatische transportsystemen en specifieke kennis over het gedrag van alternatieve brandstoffen in de luchtstroom. Standaardoplossingen werken bij deze toepassingen zelden, omdat elk overdrachtspunt andere ruimtecondities en materiaaleigenschappen heeft.

‍

Welke voordelen biedt pneumatische afzuiging ten opzichte van mechanische methoden?

Pneumatische afzuiging scheidt stoorstoffen selectief op dichtheid en aerodynamisch gedrag, terwijl mechanische monstername-apparaten de volledige materiaaldoorsnede opvangen en zware vreemde materialen in het monster insluiten. Dit verschil bepaalt de beschikbaarheid van de nageschakelde installatieonderdelen.

Zes voordelen pleiten voor de pneumatische oplossing:

• Selectieve scheiding: zware stoorstoffen zoals stalen onderdelen, glasscherven en stenen bereiken de zuigmond niet, omdat hun valsnelheid de zuigsnelheid overtreft. Mechanische schuifplaatmonstername-apparaten vangen de volledige doorsnede op, inclusief alle stoorstoffen.
• Geen blokkades in de voorbreker: doordat zware en harde vreemde materialen niet in het transportsysteem terechtkomen, vervallen de regelmatige stilstanden door vastgelopen voorbrekers. De beschikbaarheid van de installatie neemt meetbaar toe.
• Geringe mechanische slijtage: de afzuiginstallatie heeft geen bewegende delen in de materiaalstroom. Mechanische monstername-apparaten slijten door contact met abrasieve stoorstoffen.
• Interval- en continuebedrijf mogelijk: de afzuiging is tijdgestuurd in te stellen voor afzonderlijke monstername (3–5 minuten per cyclus) of als continuebedrijf voor permanente stoorstofsscheiding.
• Representatieve monsters: de afgezogen fractie komt overeen met het brandstofgerelateerde aandeel van de materiaalstroom. Monsters uit pneumatische afzuiging geven de werkelijke kwaliteit van de alternatieve brandstof bij de brander nauwkeuriger weer dan dwarssectie-monsters met stoorstaandeel.
• Achteraf installeerbaar op bestaande overdrachtspunten: zuigmond, cycloon en ventilator zijn te installeren op bestaande valschachten en goten, zonder het bestaande transportsysteem te hoeven ombouwen.

Pneumatische afzuiging vervangt de voorafgaande verwerkingstechniek niet. Magnetische scheiding, windzifting en NIR-sortering blijven noodzakelijk in de alternatieve brandstoffenverwerkingsinstallatie. De afzuiging vult deze methoden aan als laatste scheidingstrap direct in de cementfabriek, waar het telt: vóór de voorbreker, vóór de dosering, vóór de brander.

‍

Afzuiginstallaties voor stoorstofsscheiding van Kiekens

Kiekens ontwerpt en realiseert al meer dan 100 jaar industriële afzuiginstallaties voor veeleisende toepassingen. Voor de scheiding van stoorstoffen uit alternatieve brandstoffen biedt Kiekens op maat gemaakte complete oplossingen uit één hand: zuigmond, afscheidingscycloon, ventilator, nafilter en stofdichte afvoer in het vervolgtransport.

Het ontwerp is gebaseerd op de specifieke materiaaldata, de geometrie van het overdrachtspunt en de gewenste bedrijfswijze. Kiekens begeleidt projecten van haalbaarheidsstudie via technische dimensionering tot montage en inbedrijfstelling. Neem contact op met Kiekens voor persoonlijk advies over uw specifieke toepassing.