Mess- und Automatisierungstechnik in Biogasanlagen

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1 Cornelia Giebenhain- Wagner Mess- und Automatisierungstechnik in Biogasanlagen ABB Group /2008

2 Bakterien liefern Energie Einführung Prozess Biogasproduktion Messtechnik in Biogasanlagen Durchfluss Temperatur Druck ph- Wert Bildschirmschreiber Automatisierungssystem ABB Group /2008

3 Bakterien liefern Energie Methan Kohlendioxid Sonstige Biogas besteht aus Methan (50-75 Vol%), Kohlendioxid (25-50 Vol%) sowie Stickstoff, Sauerstoff und Spurengasen (u. a. Schwefelwasserstoff). Das Gas wird in Biogasanlagen durch anaerobe Vergärung organischer Stoffe erzeugt, landwirtschaftliche Biogasanlagen nutzen Gülle bzw. Festmist in Verbindung mit nachwachsenden Rohstoffen oder zusätzlich mit Abfällen aus der Lebensmittelindustrie (Co- Fermentation). ABB Group /2008 Das vergorene organische Material fließt wiederum als hochwertiger Dünger in den Landbau ein.

4 Bakterien liefern Energie 21% 20% 19% 18% 17% 16% 15% Stromproduktion Erdgasverbrauch Biogas kann direkt für Heizzwecke oder mittels BHKW zur gekoppelten Produktion von Strom und Wärme genutzt werden. Aktuell wird für 2020 prognostiziert, dass durch Biogas 17 % der Stromproduktion und 20 % des Erdgasverbrauchs in Deutschland abgedeckt werden soll. ABB Group /2008 Bei allen positiven Effekten für Umwelt und Gesellschaft muss die Anlagensicherheit für alle Bauteile einer Biogasanlage (Fermenter, Speicher und energetische Verwertung) und die sachgemäße Bauausführung gewährleistet sein. Hochwertige Messtechnik leistet ihren Beitrag zur Anlagensicherheit und steigert zudem die Anlageneffizienz.

5 Prozess Biogasproduktion Hauptfermenter Nachgärbehälter Foliendachgasspeicher Co- Substate Feststoffeinbringung Biogas Biogas Co- Substate Rührwerk Rührwerk Gärrestlager Stall Rührwerk Wärme Biogas BHKW Strom Vorgrube Kondesatabscheider Motor Generator Netzanschluss ABB Group /2008 Abnehmer: thermische Energie Wärme

6 Prozess Biogasproduktion Polymere Substrate (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) Hydrolyse Bruchstücke und gelöste Polymere Versäuerung H 2 CO 2 Org.Säuren Alkohole Essigsäure Essigsäure Acetogenese Methanogenese ABB Group /2008 Biogas

7 Prozessbestimmende Parameter Gärtemperatur Stoffzusammensetzung ph- Wert Sauerstoffgehalt Nährstoffbedarf Raumbelastung Toxische Wirkung, Hemmstoffe Mangel an Spurenelementen ABB Group /2008

8 Messtechnik in Biogasanlagen Durchfluss ph- Wert Temperatur Messwerterfassung mit Bildschirmschreiber ABB Group /2008 Druck Automatisierungssystem

9 Messtechnik in Biogasanlagen Durchfluss Vortex- und Drall- Duchflussmesser Schwebekörper- Durchflussmesser ABB Group /2008 Thermische Massedurchflussmesser Magnetischinduktive Durchflussmesser

10 Vortex- und Drall-Duchflussmesser ABB Group /2008 Messung von Rohgas (feucht, verschmutzt, aggressiv), direkt hinter Fermenter Verbrauchsmessung an einzelnen Entnahmestellen (Biogasmotor, BHKW) Durchsatzmessung an Kessel oder Fackel Zählung (Summenzähler) des Verbrauchs Messung von Betriebs- und Normvolumen

11 Vortex- und Drall-Duchflussmesser FV/FS4000 Vortex-Durchflussmesser FV4000 Genauigkeit 1% vom Messwert Flansch- oder Zwischenflansch- Ausführung mit und ohne Temperaturkompensation ABB Group /2008 Drall-Durchflussmesser FS4000 Genauigkeit 0,5% vom Messwert Benötigt keine Vor- und Nachlaufstrecken, ideal zur Nachrüstung mit und ohne Temperaturkompensation

12 Thermische Massedurchflussmesser Sensyflow ABB Group /2008 Bilanzierung und Wirkungsgradoptimierung der Anlage durch direkte Normvolumenstrommessung des Biogases Keine weiteren Messgeräte für Druck-/Temperatur-Kompensation erforderlich Vernachlässigbarer Druckverlust Genaue Messung auch bei geringen Durchflüssen Messwertanzeige ab 0 Nm³/h Messung direkt hinter Fermenter oder vor BHKW

13 Thermische Massedurchflussmesser Sensyflow Thermischer Massedurchflussmesser FMT200-D Hohe Messgenauigkeit über sehr weiten Messbereich Messwertausgabe direkt als Normvolumenstrom Einfache Installation über geschraubte/geflanschte Rohrbauteile oder Aufschweißadapter ABB Group /2008

14 Schwebekörper- Durchflussmesser Messung und Dosierung von Belebungsluft zur Gas- Entschwefelung Dosieren, Messen und Überwachen kleinster Durchflüsse in einem Gerät Optimierung des Schwefelgehaltes Sicherstellung der Biologie ABB Group /2008

15 Schwebekörper- Durchflussmesser Kleindurchflussmesser 10A6100 Kompakter Strömungswächter mit Präzisions-Nadelventil Alarmkontakte für min./max. Strömungsüberwachung möglich Differenzdruckregler zur Sicherstellung gleichmäßiger Volumenströme bei unterschiedlichen Füllhöhen im Fermenter (Option) ABB Group /2008

16 Magnetisch- induktive Durchflussmesser Induktive Durchflußmesser zur Messung von Gülle / Substrat Messung ohne Druckverlust Keine beweglichen Teile im Messgerät, keine Verstopfung ABB Group /2008

17 Magnetisch- induktive Durchflussmesser Durchflussmesser ProcessMaster Genauigkeit 0,4% vom Messwert Flanschausführung Einfach in der Installation Intuitive Bedienung ABB Group /2008

18 Messtechnik in Biogasanlagen Temperatur Temperaturmessung mit TSP100 Austauschbarer Messeinsatz Für alle gängigen Prozessanschlüsse Für alle gängigen Prozessleitsysteme ATEX EEx i und Staub EX zugelassen ABB Group /2008

19 Messtechnik in Biogasanlagen Temperatur Thermometer TSHY für hygienegerechte Applikationen kurze Ansprechzeit SIP/CIP-fähig in Einklang mit der Richtlinie 85/357/EEC oder der Deutschen Milchverordnung (MVO) für Inline- oder Oberflächenmessungen ABB Group /2008

20 Messtechnik in Biogasanlagen Druck ABB Group /2008 Messung von Überdruck, Absolutdruck Füllstandsmessung von flüssigen oder pastösen Medien in offenen Behältern Messspannen 3 mbar bar Umgebungstemperatur -40 C C, Prozesstemperatur bis 180 C einfachste Vor-Ort Bedienung über Digitalanzeige unterschiedlichste Prozessanschlüsse mit Gewinde oder frontbündigen Membranen

21 Messtechnik in Biogasanlagen Druck Druckmessumformer 261GS / 261AS Genauigkeit 0,15%, Langzeitstabilität 0,1% / Jahr ma / HART Kompaktes, robustes Edelstahlgehäuse ABB Group /2008 Druckmessumformer 265GS / 265AS Genauigkeit 0,04%, Langzeitstabilität 0,15% / 5 Jahre ma / HART, PROFIBUS PA, FOUNDATION Fieldbus

22 Messtechnik in Biogasanlagen Druck Messung von Durchfluss in Rohrleitungen mit einer Blende oder Staudrucksonde Füllstandsmessung von flüssigen oder pastösen Medien in geschlossenen, unter Druck stehenden Behältern Pumpen- und Filterüberwachung ABB Group /2008

23 Messtechnik in Biogasanlagen Druck Differenzdruckmessumformer 265DS Genauigkeit 0,04%, Langzeitstabilität 0,15% / 5 Jahre Messspannen 0,5 mbar bar Umgebungstemperatur -40 C C, Prozesstemperatur bis 120 C Einfachste Vor-Ort Bedienung über Digitalanzeige, ma / HART, PROFIBUS PA, FOUNDATION Fieldbus ABB Group /2008

24 Messtechnik in Biogasanlagen ph- Wert ph- Wert- Messung im Fermenter Prozesstemperatur bis 140 C, Prozessdruck bis 6,9 bar, Langzeitstabilität durch Festkörper Referenz, Einfachste Vor-Ort Bedienung und Kalibrierung, ma / HART, PROFIBUS PA, FOUNDATION Fieldbus. ABB Group /2008

25 Messtechnik in Biogasanlagen Messwerte Messwerterfassung in der Biogaserzeugung mit Bildschirmschreiber Erfassung aller relevanten Prozessgrößen wie: Durchfluss Temperatur Druck ph - Wert Füllstand ABB Group /2008

26 Automatisierungssystem Freelance 800F Systemarchitektur Engineering Betrieb Steuerung Steuerung Steuerung Fieldbus Foun- Dation HSE Integrierte Feldbusse Profibus PA S800 I/O Redundanz Profibus DP HART S900 I/O MODBUS IEC870 SPS/ Paketeinheiten I/O-Einheit ABB Group /2008 Fieldbus Foundation H1

27 ABB Group /2008

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