Störstoffe im Ersatzbrennstoff trennen: Verfahren, Technik und Absauglösungen

Was sind Störstoffe im Ersatzbrennstoff?

Störstoffe sind alle Materialbestandteile im Ersatzbrennstoff, die den Verbrennungsprozess, die Förderung oder die Probenahme beeinträchtigen und nicht zum gewünschten Heizwert beitragen. Die Art der Störstoffe variiert je nach Eingangsmaterial und Aufbereitungstiefe.

Ersatzbrennstoffe entstehen aus Gewerbe- und Industrieabfällen, Sortierresten und Produktionsausschüssen. Die Aufbereitung umfasst Zerkleinerung, Siebung, Magnetabscheidung und Windsichtung. Trotz dieser Verfahrensschritte verbleiben Fremdkörper im Materialstrom, die sich in zwei Gruppen einteilen lassen.

Fünf Störstofftypen treten in der Praxis besonders häufig auf:

• Metallische Störstoffe: Stahlteile, Drähte, Schrauben und Aluminiumreste aus der unvollständigen Magnetabscheidung oder Wirbelstromsortierung
• Mineralische Störstoffe: Glasscherben, Keramikbruch, Steine und Betonreste mit Materialdichten zwischen 2.000 und 2.500 kg/m³
• Schwere organische Störstoffe: Nassholz, Gummiteile und Textilballen mit hohem Feuchtegehalt über 30 Gew.-%
• Übergroße Bestandteile: 3D-Materialien über der spezifizierten Korngröße, die Förderschnecken und Dosiereinrichtungen blockieren
• Chemische Störstoffe: PVC-haltige Fraktionen mit Chlorgehalten über 1%, die Korrosion im Ofensystem verursachen

Die Auswirkungen dieser Störstoffe reichen von mechanischen Blockaden bis zu Emissionsproblemen. Besonders kritisch sind schwere und dichte Fremdkörper, die Vorzerkleinerer verklemmen und den gesamten Probenahme- und Dosierablauf unterbrechen. Die Trennung dieser Störstoffe erfordert Verfahren, die auf physikalische Eigenschaften wie Dichte, Größe und aerodynamisches Verhalten zurückgreifen.

‍

Warum gelangen Störstoffe trotz Aufbereitung in den Materialstrom?

Störstoffe passieren die vorgeschaltete Aufbereitung, weil kein einzelnes Trennverfahren alle Fremdkörpertypen gleichzeitig erfasst und die Heterogenität des Eingangsmaterials bei Ersatzbrennstoffen extrem hoch ist. Selbst mehrstufige Aufbereitungsanlagen erreichen keine hundertprozentige Abtrennung.

Drei Ursachen erklären das Problem:

• Verfahrensgrenzen der Magnetabscheidung: Überbandmagnete und Trommelabscheider erfassen nur ferromagnetische Metalle. Edelstahl, Aluminiumverbunde und metallbeschichtete Kunststoffe passieren die Magnetabscheidung unerkannt. Wirbelstromscheider trennen Nichteisenmetalle, versagen aber bei Partikeln unter 1–3 mm je nach Konfiguration.
• Grenzen der Siebklassierung: Glasscherben und Keramikbruch mit Korngrößen zwischen 10 und 30 mm fallen in denselben Siebschnitt wie die gewünschte EBS-Fraktion. Die Siebung trennt nach Größe, nicht nach Materialart.
• Schwankende Eingangsqualität: Gewerbeabfälle variieren je nach Lieferant, Region und Jahreszeit erheblich in ihrer Zusammensetzung. Aufbereitungsanlagen sind auf einen bestimmten Durchschnitt ausgelegt. Spitzen im Störstoffanteil überfordern die installierte Sortiertechnik.

Die verbleibenden Störstoffe konzentrieren sich vor allem an Übergabepunkten und in Fallschächten, wo das Material seine Geschwindigkeit und Richtung ändert. Genau an diesen Stellen bietet sich die Möglichkeit, leichte von schweren Bestandteilen durch pneumatische Verfahren zu trennen.

‍

Welche Verfahren trennen Störstoffe aus Ersatzbrennstoffen?

Die Störstoffabtrennung in der Ersatzbrennstoff-Verarbeitung nutzt vier Trennprinzipien, die jeweils unterschiedliche physikalische Eigenschaften der Materialien ausnutzen: Magnetismus, Dichte, aerodynamisches Verhalten und optische Merkmale.

‍

Magnetabscheidung und Wirbelstromsortierung

Überbandmagnete ziehen ferromagnetische Bestandteile aus dem Materialstrom. Trommelabscheider erfassen auch schwach magnetische Partikel bei geringeren Fördergeschwindigkeiten. Wirbelstromscheider erzeugen ein Wechselfeld, das in elektrisch leitfähigen Nichteisenmetallen wie Aluminium und Kupfer Wirbelströme induziert und diese Partikel aus dem Materialstrom schleudert. Die Kombination beider Verfahren entfernt den Großteil der metallischen Störstoffe.

‍

Windsichtung und ballistische Trennung

Windsichter nutzen einen definierten Luftstrom, um leichte, flugfähige Bestandteile wie Folien und Papier von schweren Störstoffen wie Glas, Steinen und Metallen zu trennen. Ballistische Separatoren kombinieren Neigung, Vibration und Luftstrom. Flache 2D-Materialien wandern über die Siebfläche nach oben, schwere 3D-Materialien rollen nach unten. Die Windsichtung ist das zentrale Verfahren zur Trennung nach Dichte und bildet die Grundlage für die pneumatische Störstoffabtrennung.

‍

Sensorgstützte Sortierung

Nahinfrarot-Sensoren (NIR) identifizieren Materialien anhand ihres Reflexionsspektrums. PVC-haltige Fraktionen, die durch mechanische Verfahren nicht erkennbar sind, lassen sich mit NIR-Technik gezielt ausschleusen. Röntgenfluoreszenz (XRF) erkennt metallische Verunreinigungen in gemischten Fraktionen. Beide Verfahren arbeiten inline und ermöglichen eine Sortierung bei Bandgeschwindigkeiten bis 5 m/s.

‍

Pneumatische Absaugung aus dem Materialstrom

Die pneumatische Absaugung trennt Materialien direkt im fallenden Materialstrom nach ihrem aerodynamischen Verhalten. Eine Ansaugsonde ragt in den Fallschacht und erfasst die leichten, lufthaltigen Bestandteile, während schwere Störstoffe durch die Schwerkraft nach unten fallen. Das abgesaugte Material wird über einen Abscheidezyklon von der Förderluft getrennt und in die nachfolgende Förderstrecke ausgetragen.

Die pneumatische Absaugung ergänzt die vorgeschalteten Verfahren an einer entscheidenden Stelle: am Übergabepunkt im Werk selbst. Während Magnetabscheidung und Windsichtung in der Aufbereitungsanlage stattfinden, wirkt die Absaugung direkt vor der Dosiereinrichtung oder dem Vorzerkleinerer.

‍

Wie funktioniert die pneumatische Störstoffabtrennung an Übergabepunkten?

Die pneumatische Störstoffabtrennung nutzt einen gerichteten Luftstrom, um aus einem fallenden Materialstrom gezielt die leichte, brennstoffrelevante Fraktion abzusaugen und schwere Störstoffe im Fallschacht zurückzulassen. Das Verfahren basiert auf dem Dichteunterschied zwischen gewünschtem Brennstoff und unerwünschten Fremdkörpern.

Der Aufbau einer pneumatischen Absauganlage an einem Übergabepunkt umfasst vier Hauptkomponenten:

• Ansaugsonde: die Sonde ragt in einem definierten Winkel in den fallenden Materialstrom. Je steiler der Winkel, desto selektiver die Trennung zwischen leichten und schweren Bestandteilen. Der optimale Winkel hängt von der Fallhöhe, der Materialdichte und der Korngrößenverteilung ab.
• Vakuumerzeuger oder Ventilator: ein Seitenkanalverdichter oder Radialventilator erzeugt den erforderlichen Unterdruck. Typische Volumenströme für Probenahme-Absaugungen liegen zwischen 200 und 500 m³/h bei Unterdrcken von 50 bis 150 mbar.
• Abscheidezyklon: der Zyklon trennt das abgesaugte Material von der Förderluft durch Fliehkraft. Das abgeschiedene Material fällt über eine Schleuse in die nachfolgende Förderschnecke.
• Nachfilter: ein Patronen- oder Schlauchfilter reinigt die Restluft vor der Rückführung in die Halle oder vor der Ableitung ins Freie. Der Nachfilter schützt den Ventilator vor Feinstaubverschleiß.

Der entscheidende Vorteil gegenüber mechanischen Probenehmern: die Absaugung erfasst selektiv die leichte Fraktion. Schwere Störstoffe wie Stahlteile, Glasscherben und Steine erreichen nicht die Ansaugsonde, weil ihre Fallgeschwindigkeit die Sauggeschwindigkeit übersteigt. Das Material, das im Zyklon abgeschieden wird, ist weitgehend störstafffrei und kann direkt zerkleinert, analysiert oder dosiert werden.

Praxisversuche in Zementwerken bestätigen dieses Prinzip. Absaugversuche mit Saugstutzen der Nennweiten DN 60 bis DN 80 zeigen, dass die Trennschärfe mit zunehmendem Eintauchwinkel der Sonde steigt. Die Auslegung der Anlage muss auf die spezifischen Materialeigenschaften abgestimmt werden: Schüttdichte, Feuchtegehalt, Korngrößenverteilung und Anteil an 2D- gegenüber 3D-Material.

‍

Welche Anforderungen stellen KBS, Fluff und Fesbo an die Störstoffabtrennung?

Kalzinatorbrennstoff (KBS), Fluff und Fesbo unterscheiden sich in Korngröße, Schüttdichte und Störstoffanfälligkeit erheblich, weshalb die Absaug- und Trennparameter für jeden Brennstofftyp individuell ausgelegt werden müssen.

‍

Kalzinatorbrennstoff (KBS)

KBS besteht zu 100% aus 2D-Material mit Korngrößen unter 250 mm und enthält bis zu 15% 3D-Material unter 100 mm. Die Schüttdichte liegt zwischen 150 und 300 kg/m³, der Feuchtegehalt unter 20 Gew.-%. Kalzinatorbrennstoff wird über den Kalzinator in das Ofensystem aufgegeben. Störstoffe in diesem Materialstrom gelangen direkt in den Brennprozess und können Anbackungen, Verstopfungen und Emissionserhöhungen verursachen. Die höhere Dichte und der größere 3D-Anteil gegenüber Fluff machen KBS anfälliger für schwere Störstoffe wie Metallteile und Keramikbruch.

‍

Fluff

Fluff ist die leichteste Fraktion unter den Ersatzbrennstoffen. Das Material besteht nahezu vollständig aus 2D-Bestandteilen unter 30 mm bei Schüttdichten von 100 bis 200 kg/m³ und Feuchtegehalten unter 10 Gew.-%. Fluff hat den höchsten Heizwert, weil die Aufbereitung bereits mehrere Sortierstufen durchlaufen hat und das Material überwiegend aus Folienschnitzeln besteht. Der geringe 3D-Anteil unter 10% macht Fluff besonders gut geeignet für die pneumatische Abtrennung, da der Dichteunterschied zwischen Brennstoff und Störstoff maximal ist.

‍

Fesbo (fester Sekundärbrennstoff)

Fesbo bezeichnet feste Sekundärbrennstoffe mit definierten Qualitätsparametern. Die Zusammensetzung variiert stärker als bei Fluff oder KBS, da unterschiedliche Abfallströme als Eingangsmaterial dienen. Fesbo erfordert eine engmaschige Probenahme zur Überwachung von Heizwert, Chlorgehalt und Störstoffanteil. Die pneumatische Absaugung eignet sich bei Fesbo besonders für die Probenahme, weil sie eine repräsentative, störstoffarme Probe liefert, ohne dass mechanische Probenehmer durch Fremdkörper blockiert werden.

Alle drei Brennstofftypen profitieren von der pneumatischen Störstoffabtrennung an der Übergabestelle im Zementwerk. Die Auslegung unterscheidet sich in Volumenstrom, Sauggeschwindigkeit und Zyklondimensionierung. Die Absauganlage muss als Komplettlösung geplant werden, damit alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind.

‍

Wie wird eine Absauganlage zur Störstoffabtrennung ausgelegt?

Die Auslegung einer pneumatischen Absauganlage zur Störstoffabtrennung basiert auf den Materialeigenschaften des Ersatzbrennstoffs, der Geometrie des Übergabepunkts und dem gewünschten Betriebsmodus (Dauer- oder Intervallbetrieb). Sechs Parameter bestimmen die Dimensionierung:

1. Schüttdichte des Materials: leichte Materialien wie Fluff (100–200 kg/m³) erfordern geringere Sauggeschwindigkeiten als KBS (150–300 kg/m³). Die Schüttdichte bestimmt das Verhältnis von Luftvolumenstrom zu Materialförderung.
2. Korngrößenverteilung und 2D/3D-Verhältnis: flache, flugfähige 2D-Materialien werden leichter erfasst als kompakte 3D-Partikel. Ein hoher 2D-Anteil ermöglicht niedrigere Volumenströme und kleinere Rohrleitungsquerschnitte.
3. Feuchtegehalt: Material mit über 15% Feuchte neigt zum Verkleben im Zyklon und in der Förderleitung. Feuchte Materialien erfordern größere Rohrdurchmesser und glatte Innenflächen.
4. Geometrie des Fallschachts: Schachtquerschnitt, Fallhöhe und Position der Zweiwegeschurre bestimmen, wo die Ansaugsonde optimal positioniert wird. Die Sonde muss weit genug in den Materialstrom ragen, ohne den Durchfluss zu blockieren.
5. Betriebsmodus: Dauerbetrieb für kontinuierliche Störstoffabtrennung erfordert höhere Standzeiten der Filterelemente und verschleißfeste Zyklon-Innenflächen. Intervallbetrieb für die Probenahme (typisch 3 Zyklen pro Stunde à 3–5 Minuten) erlaubt kompaktere Anlagen.
6. Förderstrecke und Austrag: Leitungslänge zwischen Ansaugsonde und Zyklon, Höhendifferenz und Anzahl der Bögen bestimmen den Druckverlust. Der Austrag aus dem Zyklon muss staubdicht in die nachfolgende Förderschnecke oder den Auffangbehälter erfolgen.

Die Auslegung erfordert Erfahrung mit pneumatischen Fördersystemen und spezifisches Wissen über das Verhalten von Ersatzbrennstoffen im Luftstrom. Standardlösungen greifen bei diesen Anwendungen selten, weil jeder Übergabepunkt andere Platzverhältnisse und Materialeigenschaften aufweist.

‍

Welche Vorteile bietet die pneumatische Absaugung gegenüber mechanischen Verfahren?

Die pneumatische Absaugung trennt Störstoffe selektiv nach Dichte und aerodynamischem Verhalten, während mechanische Probenehmer den gesamten Materialquerschnitt erfassen und schwere Fremdkörper in die Probe einschließen. Dieser Unterschied entscheidet über die Verfügbarkeit der nachgeschalteten Anlagenteile.

Sechs Vorteile sprechen für die pneumatische Lösung:

• Selektive Trennung: schwere Störstoffe wie Stahlteile, Glasscherben und Steine erreichen die Ansaugsonde nicht, weil ihre Fallgeschwindigkeit die Sauggeschwindigkeit übersteigt. Mechanische Schiebeblech-Probenehmer erfassen den gesamten Querschnitt inklusive aller Störstoffe.
• Keine Blockaden im Vorzerkleinerer: da schwere und harte Fremdkörper nicht in die Förderstrecke gelangen, entfallen die regelmäßigen Stillstände durch verklemmte Vorzerkleinerer. Die Anlagenverfügbarkeit steigt messbar.
• Geringer mechanischer Verschleiß: die Absauganlage hat keine beweglichen Teile im Materialstrom. Mechanische Probenehmer wie Schiebeblech- oder Schwenkpfannensysteme verschleißen durch den Kontakt mit abrasiven Störstoffen.
• Intervall- und Dauerbetrieb möglich: die Absaugung lässt sich zeitgesteuert für einzelne Probenahmen (3–5 Minuten pro Zyklus) oder als Dauerbetrieb zur kontinuierlichen Störstoffabtrennung einsetzen.
• Repräsentative Proben: die abgesaugte Fraktion entspricht dem brennstoffrelevanten Anteil des Materialstroms. Proben aus der pneumatischen Absaugung bilden die tatsächliche Qualität des Ersatzbrennstoffs am Brenner genauer ab als Querschnittsproben mit Störstoffanteil.
• Nachrüstbar an bestehenden Übergabepunkten: Ansaugsonde, Zyklon und Ventilator lassen sich an vorhandenen Fallschächten und Schurren installieren, ohne die bestehende Fördertechnik umzubauen.

Die pneumatische Absaugung ersetzt nicht die vorgeschaltete Aufbereitungstechnik. Magnetabscheidung, Windsichtung und NIR-Sortierung bleiben in der EBS-Aufbereitungsanlage erforderlich. Die Absaugung ergänzt diese Verfahren als letzte Trennstufe direkt im Zementwerk, wo es zählt: vor dem Vorzerkleinerer, vor der Dosierung, vor dem Brenner.

‍

Absauganlagen zur Störstoffabtrennung von Kiekens

Kiekens plant und realisiert seit über 100 Jahren industrielle Absauganlagen für anspruchsvolle Anwendungen. Für die Störstoffabtrennung aus Ersatzbrennstoffen bietet Kiekens maßgeschneiderte Komplettlösungen aus einer Hand: Ansaugsonde, Abscheidezyklon, Ventilator, Nachfilter und staubdichter Austrag in die nachfolgende Fördertechnik.

Die Auslegung erfolgt auf Basis der spezifischen Materialdaten, der Geometrie des Übergabepunkts und der gewünschten Betriebsweise. Kiekens begleitet Projekte von der Machbarkeitsanalyse über die technische Dimensionierung bis zur Montage und Inbetriebnahme. Kontaktieren Sie Kiekens für eine individuelle Beratung zu Ihrer Anwendung.