Grenzstanderfassung bei hohen Prozesstemperaturen für Holzverstromungsanlagen

Der Drehflügelmelder reguliert die Zufuhr der Hackschnitzel im Reaktor und hält extremen Temperaturen stand

 

Bei der Detektion von Füll- und Grenzständen bieten Sensoren mit hoher Kompatibilität für unterschiedliche Prozessbehälter die optimale Unterstützung für einen reibungslosen Ablauf. Das zu kontrollierende Material kann je nach Bearbeitungsstufe von ganz unterschiedlicher Beschaffenheit sein und unterschiedliche Anforderungen an die einzusetzende Messtechnik stellen. Das Rotationsprinzip zur Grenzstanderfassung in Silos und materialverarbeitenden Prozessen hat sich bereits seit vielen Jahrzehnten bewährt. Selbst unter extremen Bedingungen! Ein Energietechnologieunternehmen war auf der Suche nach modernen, hochwertigen Technologien zur Grenzstandmessung um seine Holzverstromungsanlagen optimal auszustatten. Die Verstromung des Holzgases erfolgt nach der Gasaufbereitung in einem Blockheizkraftwerk.

 

Wenn’s heiß hergeht! Drehflügelmelder bei der Stromerzeugung durch biogene Festbrennstoffe

Drehflügelmelder sind für ihr einfach anzuwendendes Funktionsprinzip bekannt. Daher erfreuen sich diese insbesondere in der Schüttgutindustrie großer Beliebtheit. Sie arbeiten mit dem Rotationsprinzip beim dem ein drehender Flügel, der auf einer Welle über einen Motor angetrieben wird, durch den Kontakt mit dem Schüttgut in seiner Rotation blockiert wird. Das Drehmoment wird über eine spezielle Mechanik als Schaltkontakt an die Elektronik weitergeben und von einer übergeordneten Steuerung ausgewertet. Die UWT GmbH hat mit ihrer Rotonivo® Reihe Drehflügelmelder entwickelt, die auch unter extremen Bedingungen zuverlässig den Füllstand detektieren. Sie erfassen reibungslos Materialien innerhalb eines Druckbereichs von -0,9 bis +10 bar (-13.1 bis +145 psi) und arbeiten unbeeinflusst von Temperaturen von -40°C bis +1100°C (-40°F bis + 2012°F). Außerdem sind sie aufgrund des robusten dichten Designs unempfindlich gegenüber Staub, elektrischer Aufladung oder Anbackung. Die Rotonivo® Drehflügelmelder können je nach Anforderung als Voll-, Bedarfs- oder Leermelder eingesetzt werden und eignen sich mit internationalen Zulassungen zum Einsatz in gas- und staubexplosionsgefährdeten Bereichen.

Ein Energietechnologieunternehmen welches in den vergangenen 15 Jahren ein Verfahren zur Holzverstromung basierend auf der Festbettvergasung entwickelt hat entschied sich für die Installation der Rotonivo® RN 6000 Ausführungen für seine Holzverstromungsanlagen. Diese Serie der Drehflügelsensoren ist zusätzlich druckfest und mit erhöhter Sicherheit konzipiert. Sie wurden zunächst im Doppelfeuervergasungsreaktor des Energietechnologieunternehmens eingesetzt. Ziel der Entwicklung war die dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme in einer ganzjährig nutzbaren Größenordnung. Zudem sollten eine hohe technische Verfügbarkeit, die Reduktion von Rest- und Abfallstoffen sowie Betriebsmitteln, der sichere Betrieb für Mensch und Umwelt und hohe Gesamtwirkungsgrade erreicht werden.

Die thermochemische Vergasung stellt den zentralen Prozess im Verfahren dar. Das Herzstück der Vergasung ist ein Doppelfeuervergasungsreaktor, in dem Hackschnitzel verkokst werden. Dabei werden im Reaktor verschiedene Zonen durchlaufen. Die Hackschnitzel werden in der Trocknungszone von 10-15% atro auf 0% Brennstoff-Feuchte getrocknet, in der Pyrolysezone erfolgt unter Luftabschluss die thermisch induzierte, pyrolytische Zersetzung der Makromolekühle (Zellulose, Hemizellulose und Lignin), aus denen die Hackschnitzel bestehen. Übrig bleibt fester Pyrolysekoks bestehend aus Kohlenstoff und Asche. In der Oxidationszone (bis > 1.000°C / 1832°F) wird die für die Vergasung und Pyrolyse benötigte Wärmeenergie durch eine Teilverbrennung der Pyrolyseprodukte erzeugt. Als Vergasungsmittel wird Luft verwendet. Der Hauptteil der brennbaren Bestandteile des Produktgases wird in der Reduktionszone gebildet. Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid werden mit festem Kohlenstoff zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid reduziert.

 

Prozesssicherheit bei der Voll- und Leermeldung im Reaktor

Der Reaktor ist immer bis zur Schleuse mit Hackschnitzeln gefüllt. Die Zuführung regelt der Drehflügelmelder Rotonivo® RN 6000. Dieser Vollmelder ist schräg von oben in den Reaktor eingebaut. Liegen am Messflügel keine Hackschnitzel an, wird zeitgesteuert über eine Zuführschnecke aus dem darüber liegenden Vorlagebehälter Hackschnitzel nachgeführt. Ist die Sonde erreicht, stoppt die Schnecke. Im oberen Bereich des Reaktors herrschen Temperaturen von bis zu 600°C (1112°F). Die hohe Temperatur und die auskondensierenden Kohlenwasserstoffverbindungen wie z.B. Teer sind die kritischen Faktoren, die die Funktion des Sensors beeinflussen können. Deshalb wurde der Drehflügelmelder mit entsprechenden Hochtemperaturlagern und -dichtungen sowie einem höheren Drehmoment ausgestattet, sodass die Teeranhaftungen den Ausleger nicht blockieren können. Somit wurde ein wartungsfreier Zyklus erreicht, in dem der Melder zuverlässig die Zufuhr der Hackschnitzel regelt.

Im unteren Bereich des Reaktors befindet sich Asche, darüber Holzkohle und im oberen Teil Hackschnitzel. Die Asche wird über eine Schnecke aus dem Reaktor abtransportiert. Der Ascheaustrag wird dabei ebenfalls über einen Drehflügelmelder der robusten Rotonivo® RN 6000 Serie gesteuert. Dieser verfügt im Ausleger über eine Hochtemperaturlagerung und -abdichtung und ist somit vor eindringender Asche und Blockierung geschützt. Außerdem wurde im Rahmen der funktionalen Sicherheit die Elektronik der Paddelserie Rotonivo® RN 6000 gem. SIL 2 konfiguriert. Das bedeutet, dass ein Ausfall elektrischer Komponenten zu einem sicheren Schaltzustand des Ausgangssignals führt und somit eine Gefahr durch das System vermieden wird.

Mit diesem Lösungsverfahren ist es gelungen insbesondere für industrielle Anwendung ein wirtschaftliches System zu entwickeln, welches eine hohe Verfügbarkeit aufweist und wenig Nebenprodukte erzeugt. Die ersten Anlagen mit insgesamt 12 Reaktoren sind installiert und erfolgreich in Betrieb genommen worden. Der Lieferumfang erstreckt sich von der Vergasungsanlage bis hin zum kompletten thermochemischen Vergasungssystem mit Holzaufbereitung, Lagerung, Förderung, Vergasung und Verstromung im Wärmeverbund (KWK-Anlagen). Die Leistungsgrößen reichen von 0,6 bis 3,6 MWel. Nicht nur in der Vergasung, sondern auch in der Bereitstellung der Hackschnitzel und in der Gasreinigung (Filter) wurden UWT Drehflügelmelder eingesetzt.