Drehflügelmelder sind für ihr einfach anwendbares Funktionsprinzip bekannt und erfreuen sich insbesondere in der Schüttgutindustrie großer Beliebtheit. Sie arbeiten mit dem Rotationsprinzip, bei dem ein drehender Flügel, der auf einer Welle über einen Motor angetrieben wird, durch den Kontakt mit 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.
Ein Energietechnologieunternehmen war auf der Suche nach neuen Technologien zur Grenzstandmessung für seine Holzverstromungsanlagen. Letztlich entschied sich der Produzent für einen Drehflügelmelder aus UWTs Rotonivo-Reihe.
Unberührt bis 1.100 °C
Die Rotonivo-Drehflügelmelder sind darauf ausgelegt, Füllstände auch unter extremen Bedingungen zu detektieren. Sie erfassen Materialien innerhalb eines Druckbereichs von -0,9 bis 10 bar und arbeiten in Temperaturbereichen von -40 bis 1.100 °C. Ihr Design ist zudem unempfindlich gegenüber Staub, elektrischer Aufladung oder Anbackung.
Die Melder lassen sich je nach Anforderung als Voll-, Bedarfs- oder Leermelder einsetzen und sind mit ihren internationalen Zulassungen für gas- und staubexplosionsgefährdete Bereiche geeignet.
Der Energieerzeuger wählte für seine Anlagen den Rotonivo RN 6000. Dieses Modell ist zusätzlich druckfest und mit erhöhter Sicherheit ausgestattet.
Eingesetzt wurden die Drehflügelmelder zunächst im Doppelfeuervergasungsreaktor. Ziel der Entwicklung war die dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme in einer ganzjährig nutzbaren Größenordnung. Zudem wollte das Unternehmen hohe technische Verfügbarkeit, eine Reduktion von Rest- und Abfallstoffen sowie Betriebsmitteln, sicheren Betrieb für Mensch und Umwelt und hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen.
Ablauf der Holzverstromung
Die thermochemische Vergasung stellt den zentralen Prozess im Verfahren dar. Herzstück ist ein Doppelfeuervergasungsreaktor, in dem Hackschnitzel verkokst werden. Dabei werden verschiedene Zonen durchlaufen.
Zunächst steht die Trocknung der Hackschnitzel in der Trocknungszone an: von zehn bis 15 Prozent atro auf null Prozent Brennstofffeuchte. 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 wird bei Temperaturen von teilweise über 1.000 °C die für die Vergasung und Pyrolyse benötigte Wärmeenergie durch eine Teilverbrennung der Pyrolyseprodukte erzeugt. Als Vergasungsmittel kommt Luft zum Einsatz.
Der Hauptteil der brennbaren Bestandteile des Produktgases wird dann in der Reduktionszone gebildet. Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid werden mit festem Kohlenstoff zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid reduziert.
Prozesssicherheit bei Voll- und Leermeldung
Der Reaktor ist immer bis zur Schleuse mit Hackschnitzeln gefüllt. Die Zuführung regelt der Rotonivo RN 6000. Er 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. Die hohe Temperatur und die auskondensierenden Kohlenwasserstoffverbindungen wie beispielsweise 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. Auf diese Weise ließ sich ein wartungsfreier Zyklus erreichen, 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; die Steuerung dieses Vorgangs übernimmt ebenfalls ein Rotonivo RN 6000. Der Melder verfügt im Ausleger über eine Hochtemperaturlagerung und -abdichtung und ist somit vor eindringender Asche und Blockierung geschützt.
Im Rahmen der funktionalen Sicherheit wurde die Elektronik der Paddelserie Rotonivo RN 6000 außerdem gemäß 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.
Fazit
Mit den Rotonivo-Grenzstandmeldern ist es gelungen, ein wirtschaftliches System für den Energieerzeuger zu entwickeln, das eine hohe Verfügbarkeit aufweist und wenig Nebenprodukte erzeugt. Die ersten Anlagen mit insgesamt zwölf Reaktoren sind bereits installiert und erfolgreich in Betrieb genommen worden.
Der Lieferumfang erstreckt sich dabei 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) konnten sich die Drehflügelmelder somit bewähren.
