Sensorik & Messtechnik Wo das Kabel kapituliert

Die Regionale Sondermüll-Verbrennungsanlage (RSMVA) Basel gehört dem Umweltdienstleister Veolia Environnement Paris, der weltweit über 300.000 Mitarbeitende in 115 Ländern beschäftigt. Betreiber dieser größten Verbrennungsanlage ihrer Art in der Schweiz ist die Tochtergesellschaft Valorec Services. Jährlich werden dort 32.000 Tonnen Sondermüll verbrannt. Neben festen, pastösen und flüssigen werden auch alle gasförmigen Sonderabfälle verwertet. Das Abfallprodukt der RSMVA besteht aus Energie in Form von Hochdruckdampf und Strom. Der Dampf geht hauptsächlich an das Novartis-Werk Klybeck. Aus der Restabwärme der Anlage werden zudem das große Einkaufszentrum Stücki in Basel und der Business Park Stücki mit Niedertemperaturwärme versorgt. Strom wiederum wird aus der Dampfturbine erzeugt und deckt etwa zwei Drittel des Eigenbedarfs der Anlage. Doch steht nicht allein das Abfallmanagement im Fokus der Valorec Services; das Spektrum umfasst auch Energiemanagement, etwa beim Betrieb der Novartis-Werke Klybeck, St. Johann und Schweizerhalle.Beim Verbrennen des Sonderabfalls entstehen giftige Rauchgase, die aufbereitet werden müssen, bevor sie - unschädlich für die Umwelt - emittiert werden. Um die Anteile an Schadstoffen und Treibhausgasen herauszufiltern, wird ein sechsstufiges Reinigungsverfahren angewendet. Die Reinigung besteht im Wesentlichen aus Filterung, Ad- und Absorption sowie katalytischer Umsetzung. Anschließend wird das Rauchgas durch die sogenannte DeNOx-Anlage geleitet. Hier werden Stickoxide (NOx) in einem Katalysator reduziert, abschließend wird die Abwärme der Abgase in einem Wärmetauscher zurückgewonnen. Die Wärmerückgewinnung ist zur Aufheizung des einströmenden Gases vor dem Katalysator notwendig. Die Temperatur des in die DeNOx-Anlage einströmenden Rauchgases beträgt ca. 120 °C und muss auf mindestens 230 °C erhöht werden, damit die NOx-Anteile im Katalysator reduziert werden können. Zusätzlich zum Wärmetauscher sorgt ein Gasbrenner für die Erhitzung der Rauchgastemperatur. Nun besteht der Wärmetauscher aus vielen einzelnen Plattentauschern mit kleinen Hohlräumen. Mit der Zeit bilden sich in den Plattentauschern Ablagerungen, sodass die Wärme kaum noch weitergeleitet werden kann: Der Wirkungsgrad sinkt. Eine weit größere Wirkung haben die Ablagerungen jedoch auf den Druckverlust der Rauchgasanlage, die von einem Hochdruckgebläse mit 650 kW Antriebsleistung betrieben wird. Nehmen die Ablagerungen zu, steigt der Druckverlust über den Wärmetauscher signifikant an. Dies wiederum hat direkte Auswirkungen auf die Antriebsleistung des Gebläses, was die Wirtschaftlichkeit der Anlage beeinflusst.

Eine unnötig teure Reinigungsprozedur

Bisher wurde lediglich der Differenzdruck zwischen Ein- und Ausgang des DeNOx-Prozesses gemessen. Damit war eine genaue Lokalisierung der Ablagerungen unmöglich, und der Wärmetauscher musste stets komplett gereinigt werden - eine sehr aufwändige und teure Prozedur. Mit der Investition in einen neuen Wärmetauscher wurde daher auch das Konzept zur Anlagenüberwachung neu überarbeitet. Mehrere Differenzdruck-Messungen sollen eine genauere Aussage über die Ablagerungen im Wärmetauscher ermöglichen. Allerdings ist wegen des Kreuzstromverfahrens im Wärmetauscher der Zugang zu den Messstellen schwierig und die Positionierung der Messgeräte kompliziert. Zusätzlich sollen mehrere Temperaturmessungen installiert werden, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu ermitteln. Das Ganze bei einer Anlagenhöhe von rund 30 Metern, was nur mit einer drahtlosen Messwert-Ermittlung zu lösen ist.

Kabel scheitert an den Dimensionen

Die Anlage - im Wesentlichen die Wärmetauscher - erstreckt sich größenmäßig über vier Etagen. In jeder Etage gibt es Messstellen auf drei Seitenwänden des Wärmetauschers an verschiedenen Positionen. Genau das hat die Entscheidung für WirelessHart vereinfacht. Denn eine Verkabelung der Messstellen wäre mit einem sehr hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Zur Realisierung dieses Projekts lieferte Endress+Hauser 17 WirelessHart-Adapter, ein WirelessHart-Gateway, sieben Druck- und fünf Temperatur-Messgeräte, inklusive Vorkonfiguration von Adaptern und Gateway, Factory Acceptance Test sowie Integration in das Leitsystem und Inbetriebnahme. An den installierten Temperatur- und Druckmessungen wurde jeweils ein WirelessHart-Adapter montiert. Zusätzlich werden vier Adapter als Repeater eingesetzt. Die Messungen und Datenübertragung ans Gateway erfolgen in einem Intervall von 15 Minuten. Über Modbus RTU werden die Daten von einem ABB Controller AC 800F abgerufen und schließlich in der Leitwarte visualisiert. Die Vorteile der Wireless-Technologie sind beträchtlich: Verdrahtungsaufwand sowie Engineering- und Dokumentationskosten wurden erheblich reduziert. Das System konnte in kürzester Zeit in Betrieb genommen und die Modbus-Konfiguration sogar online durchgeführt werden. Es hat sich gezeigt, dass zusätzliche Messstellen mit einem WirelessHart-Netzwerk sehr einfach ins Leitsystem eingebunden werden können. Daher plant die RSMVA, gemeinsam mit Endress+Hauser vorhandene Durchflussmessungen, deren Daten bisher nicht im Leitsystem ausgewertet werden, per WirelessHart ebenfalls dorthin zu übertragen.

Unterschrittene Grenzwerte sprechen für sich

Insgesamt konnte das Projekt mit dem WirelessHart-Portfolio von Endress+Hauser schnell und unkompliziert umgesetzt werden. Trotz der dichten Anlageninfrastruktur (Behälter, Rohrleitungen etc.) funktioniert die drahtlose Kommunikation zwischen den Geräten einwandfrei. Das Gesamtprojekt konnte innerhalb von zwei Wochen abgewickelt werden, die Inbetriebnahme der Installation benötigte sogar nur zwei Tage. Ihre DeNOx-Anlage in Basel kann die RSMVA jetzt genauer überwachen und einfacher warten. Und von dem zeitlich und lokal optimierten Reinigungsprozess sind erhebliche Kosteneinsparungen zu erwarten. Darüber hinaus verhindert die genauere Anlagenüberwachung mögliche Einschränkungen des Prozesses, sodass vorgegebene Emissionsgrenzwerte nicht nur eingehalten, sondern mit derzeit ca. 50 mg deutlich unterschritten werden.