Hightech für „verstaubte“ Energien

Durch den bewussten Umgang mit Ressourcen werden selbst Rohstoffquellen attraktiv, die nicht im Rampenlicht stehen, wie zum Beispiel Braunkohle oder ähnlich fluidisierbare Staubmaterialien. Südlich von München hat sich ein Anlagenhersteller angesiedelt, der es mit besonderer Technik schafft, solche Energieträger wirtschaftlich zu verbrennen. Die durchgängige Automatisierung nach dem Vorbild von Totally Integrated Automation (TIA) spielt bei der Staubdosierung und Staubverbrennung eine entscheidende Rolle.

Braunkohle zählt zum Energiemix

Neben regenerativen Energien, die zurzeit besondere Aufmerksamkeit erhalten, gibt es eine Reihe weiterer Alternativen, die mit der richtigen Technik ebenfalls gute Ergebnisse aufweisen. Dabei gehört die Energienutzung über Verbrennung heutzutage zu den zentralen Themen weltweit. Beispielsweise zählt Braunkohle durch den vergleichsweise einfachen Abbau nach wie vor zum Energiemix. Das gilt vor allem dann, wenn die Verbrennungsanlagen wirtschaftlich sind und mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. „Hier erweisen sich unsere Dosierer und Heißgaserzeuger als interessante Lösung“, versichert Dipl.-Ing. Peter Schöfmann, Abteilungsleiter der Elektrotechnik beim Anlagenhersteller Carbotechnik Energiesysteme GmbH in Geretsried, südlich von München. Das führt dazu, dass Kesselanlagen, wie sie von Carbotechnik ebenfalls geplant werden, nach eigener Darstellung einen Wirkungsgrad von mehr als 92 % erreichen.

Über patentierte Entwicklungen wurde eine homogene Verbrennung entwickelt und damit Anlagen mit hohem Wirkungsgrad gebaut. Ein wesentlicher Pluspunkt gegenüber Wettbewerbsprodukten ist der, dass bei den Carbotechnik-Anlagen eine schnelle Umschaltung von staubförmigen fluidisierbaren Energieträgern auf gasförmige Energieträger möglich ist.

Dosierer mit einer Genauigkeit von besser als drei Prozent

Entscheidend für eine energieeffiziente Verbrennung staubförmiger Energieträger ist die homogene Durchmischung von Staub und Luft. Eine wesentliche Rolle dabei spielt auch die gleichmäßige Verbrennung entsprechend der Leistungsanforderung, wie es bei Gasflammen bekannt ist. Hierfür baut das bayerische Unternehmen entsprechende Dosierer, deren Dosiergenauigkeit ±3  % übersteigt.

Die Dosiermaschine (Bild 1) besteht aus einem zylindrischen Behälter, der bis zu 10 bar druckstoßfest (für Brennstäube) ausgeführt werden kann. Sie trägt unten einen Fließboden und ist etwa zu zwei Drittel mit dem Produkt gefüllt. Drückt man über ein Fluidisiergebläse die Luft mit geringer Geschwindigkeit von unten durch den Fließboden, fluidisiert das Produkt. Das bedeutet, es dehnt sich um etwa ein Drittel aus und nimmt flüssigkeitsähnliche Eigenschaften an. Über eine oder mehrere horizontal rotierende Lochscheiben wird der fluidisierte Staub in die Zuleitungen zu nachgeordneten Brennsystemen geführt.

Dezentrale Peripherie für autarke Subsysteme

Da solche Dosierer auch als reines Subsystem an Kunden geliefert werden, erweist sich ein autarker Betrieb als äußerst praktisch. „Aus diesem Grund setzen wir die dezentrale Peripherie SIMATIC ET 200S von Siemens ein, die sich flexibel an jeden Bedarf anpassen lässt“, erklärt Josef Hundegger aus der Elektrotechnikabteilung bei Carbotechnik. Wird der Dosierer als Subsystem geliefert (Bild 2), wird die ET 200S mit einer Kopfbaugruppe IM 151 ausgerüstet. Diese CPU verarbeitet alle Signale und kommuniziert über ein ebenfalls anreihbares Profibus-Modul mit der übergeordneten Anlagensteuerung.

Es lassen sich beliebig I/O-Module, Motorstarter und Frequenzumrichter miteinander kombinieren. Selbst die Sicherheitstechnik sowie Standardautomatisierung können auf ein und derselben Einheit verarbeitet werden. Während Profibus noch häufig in Maschinenumgebungen verwendet wird, setzt Carbotechnik verstärkt auf Profinet. Hierfür lässt sich an die dezentrale Peripherie Simatic ET 200S ein entsprechendes Modul anreihen, das mehrere PN-Ports zur Verfügung stellt (Bild 3). Damit lassen sich die Dosierer einfach in Anlagen einbinden und sind gleichzeitig für den Remote-Service vorbereitet.

Visualisierung mit Archiv und Fernzugriff

Um die Dosier- wie auch die Brennertechnik kontinuierlich verbessern zu können ist es wichtig, die Prozessdaten jederzeit beobachten und archivieren zu können. Deshalb wird in jeder Anlage – ob Dosiereinheit oder Heißgas­erzeuger – ein Touch Panel MP 277 von Siemens zur ­Visualisierung eingesetzt. Der große Vorteil ist, dass diese Geräte eine Archivfunktion unterstützen, wodurch sich wichtige Werte hinterlegen lassen – ganz abgesehen davon, dass sie eine hohe Auflösung haben und eine farbige Darstellung ermöglichen.

Außerdem unterstützen die Touch Panel einen so genannten Smart Service, also den Remote-Zugriff über eine IP-Adresse und eine VPN-Verbindung. Per Fernwartung kann das Unternehmen jederzeit passwortgeschützt darauf zugreifen und muss zur Betrachtung der Prozessparameter nicht zwangsläufig in die Steuerung der Anlage eingreifen.

Umfangreiche Visualisierungsmöglichkeiten

Carbotechnik-Anlagen – entweder Dosierer als Stand-alone-Lieferung oder als gesamte Anlage zur Wärmeerzeugung – lassen sich vom Prozessingenieur fast komplett über die Visualisierung parametrieren. Das bedeutet, Betreiber brauchen keine Steuerungstechniker, um die Anlagen einzusetzen bzw. anzupassen.

Mit der Visualisierungssoftware WinCC und WinCC flexible, lassen sich auf einfache Weise Anlagenbilder zeichnen, Parameter anzeigen bzw. verändern, Fehler darstellen, Störungen sammeln und Werte archivieren. In der Software kann der Programmierer zum Beispiel definieren, welche Kenngrößen archiviert werden sollen – und ab welchen Schwellwerten bzw. wie lange diese aufgezeichnet werden. Die Sicherung des Archivs kann auf einem handelsüblichen Daten-Stick erfolgen, der am USB-Anschluss des MP 277 steckt. Durch die Größe heute verfügbarer Flash-Speicher kann jede Anlage einfach und kostengünstig mit einem wirklich riesigen Archiv ausgestattet werden.

Hightech führt zu energieeffizienten Lösungen

Die ausgefeilte Prozesstechnik spielt gerade auch bei den Heißgaserzeugern eine wesentliche Rolle für eine möglichst rückstandsfreie Verbrennung des Staub-Luft-Gemischs aus dem Dosierer. Ein solcher Impuls-Brenner von Carbotechnik zum Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass über die Brennluft, Mischluft und Kühlluft eine zirkulierende Bewegung stattfindet, durch die sich eine konstante, saubere, selbsterhaltende Verbrennung mit entsprechend geringen Rückständen ergibt. Dadurch ist keine permanente Stützflamme notwendig, und die Brennstoffkosten halten sich niedrig.

Außerdem bleiben die Außenwände vergleichsweise kühl, wodurch auf eine Ausmauerung mit Schamotte verzichtet werden kann. Das spart nicht nur Investitionskosten, sondern hat auch äußerst positiven Einfluss auf den Betrieb der Anlagen, da Zeiten für Vorheizen und Abkühlen entfallen. Das bedeutet auch, dass die Brenner in kürzester Zeit auf ihre volle Leistung erhitzt werden können.

Sicherheitstechnik inklusive

Damit sämtliche Randbedingungen eingehalten werden, wird die Steuerung Simatic S7-315 F 2DP/PN von ­Siemens eingesetzt (Bild 4a). Wichtig ist dabei nicht die hohe Rechengeschwindigkeit der Steuerung, sondern die Speicherkapazität. Außerdem gibt es sie – wie die ET 200S – mit Profinet-Anschluss und einer fehlersicheren CPU.

Im Dosierer muss zum Beispiel für die frequenzgeregelte Dosierscheibe bei Wartungsarbeiten ein sicherer Stopp garantiert sein. Hierzu ist der entsprechende Frequenzumrichter ET 200S (Bild 4b) – oder alternativ der Sinamics G120 – mit der entsprechenden Sicherheitsfunktionalität ausgerüstet. Aber auch die Füllstandssonde sowie der Motorstarter für das Rührwerk über dem Fließboden müssen sicherheitsgerichtet überwacht werden.

Dagegen muss im Heißgaserzeuger alles sicherheitsgerichtet überwacht werden, was mit der Verbrennung zu tun hat. Hierzu gehört die analoge Messung der Luftmenge ebenso wie die Druckwächter und die Gasventile für die Zündung.

TIA mit großem Nutzen

Am Beispiel der Carbotechnik Energiesysteme GmbH in Geretsried südlich von München wird deutlich, welchen Mehrwert aufeinander abgestimmte Automatisierungs­lösungen haben. Sowohl bei den Dosiereinrichtungen für fluidisierbare Stäube als auch bei den Brennern für Trocknungsanlagen, die das Unternehmen herstellt, basiert die Automatisierung hauptsächlich auf Systemen von Siemens.

Peter Schöfmann betont: „Der große Vorteil dabei ist, dass die einzelnen Komponenten sehr leistungsfähig sind und einfach miteinander kombiniert werden können.“ Für die Kommunikation bevorzugt er Profinet. Selbst die Sicherheit lässt sich auf der gleichen Hardware-Plattform umsetzen wie die Standardautomatisierung. Für den Auto­matisierungsspezialisten steht der Nutzen von Totally Integrated Automation (TIA) außer Frage.

www.automation.siemens.com
www.carbotechnik.de