Mehrjährige Verjüngungskur – ­Modernisierung eines Zementwerks

1 Einleitung

Die HeidelbergCement AG ist einer der größten Zementhersteller der Welt: Die Unternehmensgruppe unterhält über 2500 Standorte in mehr als 40 Ländern – von Förderstätten für Sand, Kies und Hartgestein über Zement- und Mahlwerke bis hin zu Transportbeton- und Asphaltwerken. Das Unternehmensleitbild beruht auf umweltgerechtem und nachhaltigem Wirtschaften. Angesichts der energie- und rohstoffaufwendigen Produktionsprozesse in der Zement- und Betonherstellung erwächst daraus eine besondere Verantwortung. Die Prozessoptimierung und der sinnvolle, umweltschonende Einsatz von Sekundärstoffen bei höchster Produktqualität erfordern eine Leit- und Automatisierungstechnik, die aktuellen Standards entspricht. Die HeidelbergCement AG verfolgt deshalb konsequent die kontinuierliche Modernisierung ihrer Werke. So auch in Radotin nahe der tschechischen Hauptstadt Prag, wo Cˇeskomoravský Cement a.s. ein Zementwerk mit einer jährlichen Produktionsleistung von 600000 Tonnen betreibt (Bild 1).

2 Begrenzte Möglichkeiten – gewachsene ­Anforderungen

Die geplante drastische Reduzierung von Stickoxiden und der vermehrte Einsatz von Ersatzbrennstoffen machten technologische Erweiterungen notwendig, die sich mit der ansonsten zuverlässig arbeitenden Coros/Simatic S5-Leittechniklösung nicht ohne weiteres realisieren ließen. Für die Automatisierung sämtlicher Prozessschritte, von der Aufbereitung der Rohstoffe über das Brennen des Klinkers bis zum Abtransport des Zements, waren insgesamt 24 Steuerungen und zehn Bedienstationen in vier Automatisierungsbereichen organisiert. Ein Datenaustausch über Bereichsgrenzen hinweg war nur bedingt möglich. Die mit dem Ziel eines umweltfreundlicheren Betriebs angestrebten Modernisierungen im Ofenbereich stellten zudem höhere Anforderungen an die Steuerungen.

In den vergangenen Jahren haben steigende Energiepreise energieintensive Branchen wie die Zementindustrie stark beeinflusst. Wurden zur Befeuerung der Öfen bislang sortenreine Brennstoffe wie Gas, Kohle und Schweröl verwendet, ersetzen heute sogenannte Sekundärbrennstoffe aus Abfall bis zu 45 % des konventionellen Brennmaterials. Das bringt etliche Vorteile mit sich: Betreiber können ihre Energiekosten verringern, der Verzicht auf fossile Brennstoffe schont die Umwelt, und der Einsatz von Abfällen entlastet Deponien. In den Öfen, wo ­zugeführte Rohstoffe wie Kalkstein, Ton, Mergel und entsprechende Zuschlagstoffe zu Zementklinker gesintert werden, herrschen Temperaturen von ca. 1450 °C. Die hier eingesetzten Sekundärbrennstoffe aus Fraktionen von Gewerbe- und Siedlungsabfällen, Altholz, Klärschlamm etc. verbrennen also nahezu rückstandslos. Für die Prozessführung und den Ofenbetrieb stellt das alternative Heizmaterial allerdings eine Herausforderung dar. Einerseits gilt es mit erhöhten Chlor- und Schwefelkonzentrationen im Gaskreislauf umzugehen, andererseits ist für eine gleichbleibende Produktqualität die Überwachung der Brennervorgänge und eine Aufbereitung und Kontrolle der Abgase notwendig. Entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Endprodukts Zement hat der Herstellungsprozess des Klinkers, für den eine exakte Kontrolle der Energiezufuhr unerlässlich ist (Bild 2).

3 Modernisierung Schritt für Schritt

Um das Werk in Radotin für diese Anforderungen fit zu machen und die nicht einheitlich strukturierte Automatisierungsebene zu erneuern, entschloss sich HeidelbergCement zu einer mehrstufigen Modernisierung: Der Plan sah vor, von 2005 bis 2010 sämtliche Steuerungen und Bedienplätze durch ein modernes Leitsystem mit durchgängiger Kommunikation, zentralem Engineering sowie einheitlicher anlagenweiter Bedienung zu ersetzen. Mit der Planung und Umsetzung dieser Maßnahmen beauftragte Cˇeskomoravský Cement den tschechischen Systemintegrator Sidat, spol. s.r.o., einen bereits bewährten Partner, mit dem der Anlagenbetreiber zu dieser Zeit schon zehn Jahre hervorragend zusammengearbeitet hatte. In seiner Aufstellung als Dienstleistungsunternehmen deckt Sidat zuverlässig das gesamte Leistungsspektrum rund um die Anlagenautomatisierung für nahezu alle Branchen ab und legte ein überzeugendes Konzept auf der ­Basis von bewährter ­Siemens-Technologie vor: Mit Cemat^®, einem auf ­Simatic PCS 7 basierenden Prozessleitsystem, das speziell für die Zementindustrie entwickelt ­wurde, wählte der zertifizierte ­Siemens ­Solution Partner Specialist Sidat ein dezentrales Prozessleitsystem, das den Anforderungen optimal entsprach und das sich durch individuelle Anwendersoftware er­weitern ließ. ­Cemat^® bietet neben den Standard-Leistungsmerkmalen des Basis-Systems die für Zementwerke erforderlichen Fehlerdiagnosen, Funk­tionsbausteine und Verriegelungsmechanismen.

4 Vorausschauende Planung

Damit die Modernisierungsmaßnahmen den laufenden Betrieb so wenig wie möglich beeinflussten, technologische Erweiterungen zu den gewünschten Zeitpunkten fehlerfrei funktionierten und die geplanten Stillstandszeiten von jeweils einem Monat im Winter optimal genutzt werden konnten, war eine detaillierte Planung ein entscheidender Erfolgsfaktor. Hinzu kam, dass bei jedem Schritt der darauf folgende bereits bedacht werden musste und man bei einer geplanten Projektlaufzeit von fünf Jahren auch mehrere Versionssprünge des Leitsystems einzukalkulieren hatte. Dabei war die garantierte Upgrade-Fähigkeit und Kompatibilität des Systems ein weiterer Schlüssel zum Projekterfolg.

Dank langjähriger Erfahrung in der Zementindustrie konnten die Spezialisten von Sidat die Anlage nach und nach auf ein einheitliches Automatisierungskonzept hochrüsten. Aufgrund der Offenheit und Flexibilität des gewählten Leitsystems blieb die Feldebene mit der gesamten dezentralen Peripherie – und mit ihr die bereits getätigten Investitionen – erhalten. Neben der Übernahme bestehender Anlagenteile konnten neue Technologien, z. B. eine Gas-Bypass-Anlage zur Steuerung von Chlorid-Kreisläufen, eine Einrichtung zur Stickoxidreduzierung oder die umfangreiche Rohstoffanalyse in das neue System eingebunden werden. Mit Abschluss der Arbeiten verfügt das Zementwerk in Radotin nun nicht nur über zeitgemäße Automatisierungstechnik und umfangreich erweiterte Funktionen für mehr Produktivität und Umweltschutz, sondern ist auch effizienter strukturiert. Sämtliche Prozessschritte, von der Rohmühle bis zum Beschicken der Terminals, an denen Straßen- und Schienenfahrzeuge rund um die Uhr vollautomatisch mit verschiedenen Zementarten beladen werden können, sind nun mit einem durchgängigen Leitsystem bedien- und steuerbar (Bild 3).

Anstelle von 24 Simatic S5-Steuerungen sind jetzt zehn leistungsfähige Simatic S7-400 Automatisierungssysteme im Einsatz. Diese befinden sich in einer zentralen Warte und sind von dort über Profibus, Lichtwellenleiter und Wireless LAN mit der Feldebene verbunden. Sämtliche Daten, über 13000 digitale und knapp 1000 analoge Werte, werden an zwei redundante Serverpaare geschickt. Die Visualisierung sämtlicher Prozesse erfolgt über acht Operator Stations, die sich in der Leitwarte und in drei weiteren Vor-Ort-Bedienstationen befinden. Prozessoptimierungen, Anlagenerweiterungen etc. können für das gesamte Werk über eine zentrale Engineering-Station erfolgen (Bild 4).

5 Vielfach lohnende Modernisierung

Die Vorteile der Modernisierung für den Kunden sind vielschichtig. Neben einfacher, intuitiver Bedienung mittels Standard-Faceplates, umfangreichen und übersichtlichen Diagnosefunktionen und erweiterter Trendkurven-Darstellung überzeugt das neue System vor allem mit leistungsfähigen Automatisierungs- und Archivierungsfunktionen. So verlangen beispielsweise Vorgänge wie die Reduzierung von Stickoxiden durch dosiertes Einblasen von Verfahrenshilfsstoffen wie Satamin oder der Einsatz von Sekundärbrennstoffen mit unterschiedlichen Brennwerten nach komplexen Regelkreisen. Für die umfangreiche Archivierung von Prozessdaten, die bislang auf Papier gemacht wurde, steht heute ein eigener Simatic IT Historian Server zur Verfügung: Prozessdaten, Trendkurven und Auswertungen lassen sich nun über einen langen Zeitraum bequem per Mausklick anzeigen.

Dank neuester Automatisierungstechnologie und der professionellen Umsetzung durch den Simatic PCS 7 Specialist Sidat ist das Zementwerk in Radotin heute in Topform: Es erfüllt strenge Umweltauflagen, schont durch den Einsatz von Sekundärbrennstoffen knappe Energieressourcen und leistet einen wertvollen Beitrag zu einer ökologischen Abfallwirtschaft. Darüber hinaus konnten die Produktivität der Anlage und die Qualität des hergestellten Zements weiter optimiert werden.