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Verfahrenstechnik 12/2015

Verfahrenstechnik 12/2015

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Im Dauerbetrieb Sichere Erfassung der Oberfläche mit Radar Jürgen Skowaisa Eine Energiezentrale steuert die Entsorgung von Müll und die Versorgung mit Energie. Um die komplexe Anlage sicher zu betreiben, ist zuverlässige Messtechnik notwendig. Neue Radarsensoren überwachen dabei unter anderem die Brennstoffzufuhr im Heizkraftwerk. Autor: Jürgen Skowaisa, Produktmanagement Radar, Ultraschall, Vega Grieshaber KG, Schiltach Mit etwa 130 000 Einwohnern ist Bern eine der kleinsten europäischen Hauptstädte. Um den wachsenden Bedarf an sauberer Energie decken zu können, wurde vor einigen Jahren ein Konzept entwickelt, um den in der Region anfallenden Müll umweltgerecht zu entsorgen und gleichzeitig die Stadt mit Energie zu versorgen. Energie Wasser Bern (ewb) stellt neben Trinkwasser auch Fernwärme und Strom für die Bundeshauptstadt zur Verfügung. In diesem Zusammenhang wurde ein interessantes Konzept für die Entsorgung von Hausund Industriemüll und die Versorgung mit Energie umgesetzt: die Energiezentrale Forsthaus. Sie sorgt für eine zuverlässige und effektive Entsorgung des anfallenden Mülls und gleichzeitig für die Bereitstellung von Energie in Form von Fernwärme, Dampf und Strom. Ressourcen optimal nutzen In der Region Bern fallen im Jahresdurchschnitt etwa 700 kg Abfall pro Einwohner an. Davon kann rund die Hälfte recycelt werden, der Rest wird in der Müllverwertungs anlage in thermische und/oder elektrische Energie umgewandelt und die anfallenden Rauchgase in einem aufwändigen Verfahren gereinigt. Der Energieinhalt des anfallenden Mülls beträgt dabei etwa 1,3 MWh pro Einwohner und Jahr. Der Abfall ist also ein interessanter Energie- träger, der in der Müllverbrennung zur Bereitstellung der Grundlast an Fernwärme und Strom dient. Da der Bedarf in den Wintermonaten mit der Müll verbrennung alleine nicht gedeckt werden kann, wurden zusätzlich ein Holzheizkraftwerk und ein Gas-Dampf-Kombikraftwerk in die Energiezentrale Forsthaus integriert. Die Fernwärme wird über ein Leitungsnetz von 36 km verteilt. Unter anderem wird auch das etwa 3 km entfernte Bundeshaus mit Fernwärme versorgt. Die drei Turbinen-Generatorsätze der verschiedenen Anlagen erzeugen eine elektrische Gesamt leistung von knapp 90 MW und liefern damit einen wichtigen Anteil der regionalen Stromversorgung. Energie aus der Region Im Holzheizkraftwerk der Energiezentrale Forsthaus in Bern werden pro Jahr rund 112 000 t Holz zur Erzeugung von Wärme und Strom verbrannt. Dabei kommen etwa 60 % in Form von Holzschnitzeln aus der waldreichen Region Bern, der restliche Anteil besteht aus unbehandeltem Altholz, Schwemmholz oder Restholz von Sägewerken. Das angelieferte Holz wird in zwei Silos mit je 1600 m 3 gelagert. Damit kann die Anlage für 3–5 Tage ohne Nachschub betrieben werden. Um sicherzustellen, dass sich in den Silos immer genügend Holzvorrat 28 VERFAHRENSTECHNIK 12/2015

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN 01 Auch bei beengten Platzverhältnissen entstehen mit dem neuen Sensor weniger Störreflexionen 02 Die eingesetzte Linsenantenne verfügt über eine effektive Luftspülung befindet, wird der Füllstand mit je zwei Radarsensoren überwacht. Zum Einsatz kommen hier Vegapuls 68 Messgeräte mit einer Hornantenne. Die beiden Behälter werden mit einem beweglichen Förderband an zwei unterschiedlichen Punkten befüllt, sodass sich das Material gleichmäßig im Behälter verteilen lässt. Um den Füllstand im Silo genau erfassen zu können, werden die Füllstände direkt neben der Befüllung erfasst. Damit lässt sich die Befüllung optimal steuern. Um bei tiefen Außentemperaturen eine starke Kondensatbildung an den Sensoren zu verhindern, wurden die Sensoren vollständig isoliert. Damit werden Kältebrücken an den massiven Metallteilen vermieden. Schwieriger ist die Messung der Füllstände im Zwischenbunker nach dem Austrag der Lagersilos. Hier wird das Holz kurz zwischengelagert, bevor es der Verbrennung zugeführt wird. Aufgrund der starken Materialbewegung und der unterschiedlichen Konsistenz der verschiedenen Holzanteile kommt es zu starken Ablagerungen an den eingesetzten Sensoren. In der Vergangenheit wurden die unterschiedlichsten Sensoren getestet, um den Füllstand in den kleinen Silos mit nur knapp 3 m Höhe zu erfassen – eine zuverlässige und wartungsfreie Lösung wurde bisher nicht gefunden. Ultraschallsensoren verschmutzten nach kurzer Zeit so stark, dass kein auswertbares Signal mehr zu erkennen war. Ein zum Test eingesetztes geführtes Radar zeigte ebenfalls Schwierigkeiten mit der Verschmutzung am Prozessanschluss. Zudem wird das verwendete Seil durch das ständig fließende Material sehr stark belastet. Ein herkömmliches, freistrahlendes Radargerät zeigte nach einer relativ kurzen Betriebsdauer sehr starke Ablagerungen am Antennensystem, sodass das Gerät immer wieder gereinigt werden musste. Neue Technik bietet Vorteile An dieser sehr schwierigen Anwendung wurde ein neuer Radarsensor des Schwarzwälder Füllstandspezialisten Vega getestet. Dieser zeigte von Beginn an deutlich bessere Ergebnisse als die bisher eingesetzte Technik. Der Vegapuls 69 zeichnet sich durch eine besonders gute Signalfokussierung aus. Dies wurde durch den Einsatz einer höheren Sendefrequenz von 79 GHz erreicht. Dadurch entstehen bei den beengten Platzverhältnissen und dem zusätzlichen Stutzen weniger Störreflexionen. Dies ermöglicht eine sichere Erfassung der Füllgutoberfläche. Einen wesentlichen Vorteil bietet auch die eingesetzte Linsenantenne mit einer sehr effektiven Luftspülung. Die Sensoren sind dadurch wesentlich unempfindlicher gegenüber Anhaftungen und Verschmutzungen. Bei extrem starken Ablagerungen können diese durch eine zyk lische oder kontinuierliche Luftspülung entfernt werden, das Antennensystem bleibt also relativ sauber. Damit konnte der Wartungsaufwand und die manuelle Reinigung der eingesetzten Sensortechnik wesentlich reduziert werden. Die neuen Sensoren haben sich mittlerweile im Dauerbetrieb bewährt. Weitere Einsatzmöglichkeiten hat man bereits ins Auge gefasst. Insbesondere die sehr gute Signalfokussierung von nur 4 °C bietet bei vielen Anwendungen wesentliche Vorteile. Radarsensoren für alle Fälle Da Radarsignale von den typischen Prozessbedingungen wie Temperatur, Druck oder Staub kaum beeinflusst werden, ist die Technik ideal für viele Anwendungen im Bereich der Energieversorgung. Das Anwendungsspektrum reicht von der Füllstandmessung der Energieträger wie Kohle, Holzschnitzel oder vom angelieferten Müll bis hin zur Messung der Reststoffe im Schlackebunker oder Aschesilo. Für spezielle Anwendungen stehen Sensoren in Hochtemperaturausführung zur Verfügung. Damit ist sogar eine Überwachung der Füllstände direkt im Ofen, bei einer Temperatur von über 1000 °C möglich. www.vega.com VERFAHRENSTECHNIK 12/2015 29

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