> Druckgefässförderer zur pulsationsarmen Dosierung und Förderung
> Einsatz des Gas-Feststoff-Injektors als Einschleusorgan bei der pneumatischen Förderung von Schüttgütern
> Injektoren - Bauformen, Varianten und Anwendungen
> Neuartige Entaschungseinheit für kleinere Aschemengen aus fossil befeuerten Kraftwerken
> Pneumatische Förderung von heißer Asche bis 500° C mit Gas-Feststoff-Injektoren
> Dosieren, Fördern und Einblasen von Holzabfällen (Hackschnitzel, Restholz, Rinde) in einen Kessel mit Wirbelschichtfeuerung
   
   
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Dosieren, Fördern und Einblasen von Holzabfällen (Hackschnitzel, Restholz, Rinde) in einen Kessel mit Wirbelschichtfeuerung

1. Einleitung
Holzreste und -abfälle aus den Produktionsan­lagen der holzverarbeitenden Industrie sind ein relativ preiswerter Brennstoff und eignen sich gut für die Verbrennung/Mitverbrennung in fossil befeuerten Kraftwerken. Ein zentraler, regional günstiger, Standort des Kraftwerkes unweit mehrerer Anbieter, die damit verbun­denen niedrigen Transportkosten und die roh­stoffliche Verwertung der Holzreste durch Ver­brennung/Mitverbrennung stellen sowohl für den Produzenten als auch für den Verwerter eine wirtschaftlich und ökologisch sehr gute Lösung des Abfallproblems dar.
Die Elektrizitätswerke Wesertal GmbH in Hameln-Afferde betreiben auf ihrem Gelände neben anderen Energieerzeugern auch einen atmosphärischen stationären Wirbelschicht­kessel mit einer thermischen Leistung von 124 MW bzw. 140 t/h Dampfproduktion. Bereits seit einigen Jahren werden dort Holzreste aus der holzverarbeitenden Industrie der Region ver­brannt. Die Verbrennung erfolgte zunächst versuchsweise in einem bzw. zwei Modulen des aus 6 Modulen bestehenden Kessels. Zuvor mußte der eigentliche Kessel aus geneh­migungsrechtlichen und feuerungstechnischen Gründen modifiziert und auf die Mitverbren­nung der Holzreste vorbereitet werden. Da sich diese Art der Zusatzverbrennung in der Ver­suchsphase bewährt hat, wurde die Anlage inzwischen erweitert und zur stationären Ver­sorgung von allen sechs Kesselmodulen ausge­baut. Es ist jetzt möglich, den Wirbelschichtkes­sel mit 100 % Holz oder mit 100% Kohle oder im Mischbetrieb zu betreiben.
Die zugehörige Dosierung, Förderung und Ein­blasung der Holzabfälle in den Kessel inklusive Betriebserfahrungen mit der Versuchsanlage über ein Jahr sollen in diesem Artikel näher beschrieben werden.

2. Beschreibung des Anlagenaufbaus und technische Daten
Da die jetzt neu errichtete Anlage in ihren technischen Daten pro Strang der Versuchsan­lage entspricht und darüberhinaus mit der Ver­suchsanlage ein mehr als 1-jähriger Betrieb unter realen Bedingungen gefahren wurde, soll über diese Erfahrungen berichtet werden.
Während des Versuchsbetriebes sollte der Auf­wand für die Lagerung und Förderung des Restholzes so gering wie möglich gehalten wer­den. Das Restholz wurde daher in einer Entlade­station direkt aus LKW-Aufliegern mit Schneckenaustrag heraus zur Verbrennung gebracht, d.h. pneumatisch zum Kessel trans­portiert und dann dicht an der Bettoberfläche verteilt eingeblasen.
Bild 1 zeigt das Fließbild der Anlage mit seinen Hauptkomponenten (ohne Andock- und Ent­ladestation) und Bild 2 den Aufbau der Dosie­rung/Förderung für einen Strang. Die volle Do­sierleistung bei 100% Kessellast für reinen Holzbetrieb liegt zwischen 24 und 28 t/h. Die Förderleistung pro Strang wurde mit 5 (max 6) t/h festgeschrieben.
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Die Holzabfälle werden zunächst über eine Schnecke abgezogen und dosiert. Eine weitere Steilschnecke fördert den Holzabfall über einen senkrechten Fallschacht (Sichter). Von dort fällt das Material senkrecht nach unten. Im Gegen­strom wird die Luft für den Radialventilator angesaugt, über eine ringförmige Erweiterung 90° umgelenkt und in Richtung Gebläse ge­führt. Dabei werden die Holz- und Rinden­stücke mitgerissen und Schwerteile (Metall­stücke, Beschläge, Schrauben etc. ) sowie evtl. Überkorn abgeschieden. Durch Einstellen der Aufwärtsgeschwindigkeit kann diese Vorab­scheidung in ihrer Trennschärfe beeinflußt werden.
Die Grobteile fallen in einen offenen Container, der von Zeit zu Zeit entsorgt werden muß. Eine entscheidende Verbesserung der Systemper­formance brachte der in Strömungsrichtung hinter dem Sichter installierte Zyklon (Bild 3). Das Ma­terial wird im Bypass zum Ventilator gefahren, d.h. über den Ventilator wird nur Luft gesaugt. Das Restholz dagegen wird im Zyklon abge­schieden und über eine Spezial-Messerschleuse sowie einen neukonstruierten und optimierten Aufgabeschuh wieder in den Luftstrom einge­mischt.

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Im Kesselhaus, kurz vor der Kesselwand,wurde eine Zweifach-Verteilung in die Förderleitung eingebaut, welche den Materialstrom in 2 Ein­blasleitungen bzw. Düsen verzweigt. Unmittel­bar vor dem Eintritt in den Kessel ist pro Ein­düsstelle eine Sperrlufteinblasung vorgesehen. Dadurch soll verhindert werden, daß sich bei abgeschalteter Holzförderung die Öffnungen in der Kesselwand zusetzen. Die Förderrohr­leitungen bestehen aus dickwandigem Nor­malstahl.

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Die wichtigsten technischen Daten der Anlage sind:


Förderleistung
(pro Gebläsestrang):

5 t/h (max. 6 t/h)

Förderleitungslänge:

ca. 70 m

Anzahl Umlenkungen:

5 x 90°

Förderleitungsduchmesser vor/hinter Verteilung:

250/200 mm

Gebläseleistung (max.):

ca. 75 kW

Installierte Motorleistung:

90 kW

Drehzahl Gebläse:

3000 r/min

Druckerhöhung (max.):

ca. 160 mbar

Abscheideleitung Zyklon:

>99 %

Axialgeschwindigk. im Zyklon:

ca. 2.8 m/s

Druckverlust im Zyklon:

ca. 8 mbar

Antriebsleistung Messerschleuse:

3 kW

Rotorvolumen:

ca. 85 dm3

Druckverlust insgesamt:

ca. 90 - 100 mbar

Druckverlust Aufgabeschuh:

ca. 20 mbar

Druckverlust der Leitung (inkl. Gegendruck aus Feuerung):

ca. 60 - 70 mbar

 

Schüttgutdaten:

 

Art des Schüttgutes:

Restholz, Rindenabfälle, Hackschnitzel

Partikelgrößenverteilung:

0 - 70 mm, (Bilder 3 und 4)

Mittlere Partikelgröße:

ca. 10 mm

Schüttdichte:

ca. 200 kg/m3

Feststoffdichte:

ca. 800 - 900 kg/m3

Temperatur:

ca. 20°C

Feuchte:

bis 25%, Spitzen höher
   

Die Partikelgrößenverteilung ist beispielhaft in Bild 4 dargestellt. Durch die überwiegend heterogene Materialzusammen­setzung sind max. Längen von bis zu 100 mm keine Seltenheit. Schon aus diesem Grunde können die Förderleitungen nicht zu klein ge­wählt werden, damit Verstopfungen in den Rohrleitungen nahezu sicher auszuschließen sind. Da die Luft andererseits an der Verbren­nung teilnimmt, ist die Förderung trotz der großen notwendigen Luftmengen und kleinen Beladungen insgesamt als energetisch günstig zu beurteilen.
Bei der Gestaltung der gesamten Anlage wurde auf einfache Verfahrenstechnik und robuste Bauweise der Aggregate und Anlagenteile be­sonderer Wert gelegt. Selbstverständlich wurde auch den Anforderungen moderner Sicher­heitstechnik (wie z.B. Explosionsschutz) Rech­nung getragen. Eine Freiluftaufstellung der gesamten Anlage ist möglich.

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Der Schwerkraft-Gegenstromsichter wurde auf den rauhen Betrieb abgestimmt und empirisch optimiert. Der Betriebsverantwortliche hat über eine Handklappe die Möglichkeit, die Sich­tergeschwindigkeit und damit das Abscheide­verhalten an die unterschiedlichen Zusammen­setzungen der Holzabfälle anzupassen. Einzig der Füllstand im Auffangbehälter unterhalb des Sichters muß überwacht werden.
Der Zyklon wurde auf minimalen Druckverlust, Geschwindigkeiten und Verschleiß bei gleich­zeitig maximaler Abscheideleistung ausgelegt. Auch feinkörniger Sand, welcher bei Holz- und Rindenabfällen infolge des Einsatzes von Räummaschinen unvermeidlich ist, wird zu­verlässig abgeschieden. Obwohl bisher kein nennenswerter Verschleiß am Zyklon erkenn­bar ist, sind die Schleißbereiche austauschbar gestaltet.
Unter dem Zyklon wurde eine Beruhigungs­kammer installiert und damit über die Messer­schleuse ein Druckabschluß in Richtung Ma­terialaustritt erreicht. Die Messerschleuse ver­hindert, zusammen mit dem Material in der Beruhigungskammer, zuverlässig ein Rück­strömen von Luft, welches auch bei geringen Mengen eine erhebliche Verschlechterung der Abscheideleistung mit sich bringen würde. Durch die Anordnung der Zellenradstege und der Schneidkanten am Gehäuse wird ein Hacken der Schleuse zuverlässig vermieden. Sollte trotzdem einmal die Schleuse infolge Fremdkorn klemmen, kann nach Alarmierung über eine Reversiersteuerung der Fremdkörper entfernt und die Förderung wieder aufge­nommen werden.
Der Aufgabeschuh wurde so gestaltet, daß ei­nerseits ein störungsfreier Materialzulauf in die Förderleitung erfolgen kann der durch die Luftdüse unterstützt wird und andererseits eine strömungstechnisch günstige Luft­mengenführung verbunden mit einem relativ niedrigen Druckverlust erreicht wird.

3. Vorteile der gewählten Anlagenkonfigu­ration

Worin liegen nun die besonderen Vorteile der beschriebenen Anlage? Kurz zusammengefaßt sind dies:

Da die Umrüstung bestehender Verbrennungs­anlagen auf eine Mitverbrennung ohne große Investkosten möglich ist, stellt die beschriebene Technik eine interessante Erweiterung des Ver­brennungsbetriebes dar.

4. Betriebserfahrungen mit der Ver­suchsanlage

Die Neuanlage wurde, wie bereits gesagt, auf Basis der Erfahrungen mit der Versuchsanlage errichtet. Folgende Aussagen konnten als Ergebnisse der länger als 1 Jahr dauernden Versuche verifiziert werden.
Die Anlage arbeitete aufgrund der einfachen und zuverlässigen Technik weitestgehend stö­rungsfrei. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem störungsfreien Betrieb war die Verla­gerung des Gebläses in den Bypass. Vor dieser einschneidenden Verbesserung  wurde das zu fördernde Material direkt über den Ventilator angesaugt. Durch Verschleiß ergaben sich trotz Aufpanzerung eines Ver­schleißschutzes Standzeiten von unter 2 Wochen für die Ventilatorlaufräder. Bild 5 zeigt ein solches Laufrad nach einwöchigem Betrieb.
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Es sind ganz deutlich die bereits erwähnten Verschleißspuren und Materialabträge zu er­kennen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß nicht nur die Kosten des Verschleißteils selbst, son­dern auch die herabgesetzte Verfügbarkeit und die Werkstatt-/Montagekosten einen großen Nachteil darstellten. Einige Änderungen am Abdichtsystem der Messerschleuse wurden vorgenommen, um ein Zusetzen des seitlichen Lagerbereiches mit feinen Holzresten zu ver­hindern. Hier wurden beispielsweise zusätz­liche Spülanschlüsse montiert. Für die neue Anlage ist eine andere, mechanische Lösung vorgesehen, um auf den aufwendigen Spülluft­anschluß wieder verzichten zu können.
Ein Injektor (3), der Leckluftströmungen über die Schleuse rückwärts zum Zyklon sicher ver­meiden würde, konnte aus energetischen Gründen nicht eingesetzt werden. Der Auf­gabeschuh wurde neu gestaltet und eine Düse zur Geschwindigkeitserhöhung im Aufgabe­bereich eingesetzt.

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Nach anfänglichen Schwierigkeiten und einer empirischen Optimierung kann auch die Vorabscheidung der Metallteile/Überkorn im Aufgabesichter als zuverlässig arbeitend be­zeichnet werden. Andere Anlagen benutzen an dieser Stelle einen zusätzlichen Trennapparat nach dem Setzverfahren, der sich jedoch nicht so elegant in den Prozeß einfügen läßt und überdies relativ hohe Investitionskosten verursacht.
Die Förderleitungsführung konnte wegen der beengten örtlichen Verhältnisse im Versuchs­betrieb nicht optimal gestaltet werden. Da­durch bedingt mußten Krümmer mit kleinen Kreisbogen/Durchmesser-Verhältnissen verlegt werden. Dies führt zwar einerseits zu niedrige­ren Druckverlusten in der Leitung, andererseits wird aber der Abrasionsverschleiß auf eine kleinere Fläche konzentriert und damit die Lebensdauer der (nicht ausgekleideten) Bögen verringert. Gleiches gilt für die Aufteilung der Förder­leitung. Aus baulichen Gründen konnte eine optimale Aufteilung im Versuchsbetrieb nicht erreicht werden. Vorstehende Gesichtspunkte wurden bei der Neukonstruktion der Anlage allerdings berücksichtigt. Bereits im Versuchsbetrieb wurden die größe­ren Entfernungen der stationären Anlage durch zusätzliche Rohrleitungslängen simuliert. Über­raschungen durch ein eventuell unterschied­liches Förderverhalten/Druckverluste konnten so im voraus vermieden werden. Bild 6 zeigt einen Ausschnitt der täglichen Druckauf­zeichnungen vor und hinter Gebläse bei 80% Förderleistung. Man erkennt, daß zwi­schen 20 und 21 Uhr die Fördermenge auf ca. den halben Wert reduziert wurde. Insgesamt ist während der gesamten Aufzeichnungsdauer ein gleichmäßiger Druckverlauf ohne Spitzen (welche auf eine Störung schließen lassen würden) zu erkennen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß während des Versuchsbetriebes Erfahrungen mit der Anlage gesammelt werden konnten, die für die neue, stationäre Anlage und für zu­künftige Projekte eine wertvolle Basis darge­stellt haben bzw. darstellen. Nach einigen Änderungen der Anlage im Ver­suchsbetrieb wurde ein hohes Maß an Zuver­lässigkeit mit relativ einfacher und preiswerter Tech­nik erzielt. Insgesamt wurde durch die Um­rüstung der Kesselanlage auf Verbren­nung/Mitverbrennung von Holzresten eine zuverlässige und kostengünstige Technik mit der Erzielung von kommerziellen und öko­logi­schen Vorteilen verbunden und somit ein großer gesamtwirtschaftlicher Nutzen erzielt.

Literatur:

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