Erweiterung des KREISEL Schüttgut - Technikums

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1 KREISEL GmbH & Co. KG Mühlenstraße Krauschwitz KREISEL Schüttgut besser bewegen Erweiterung des KREISEL Schüttgut - Technikums Thema Pelletförderung Verfasser: Stefan Steinert Berichtszeitraum: bis KREISEL GmbH & CO. KG Mühlenstraße Krauschwitz GERMANY HRA-Nr beim AG Dresden Phone: Fax: Commerzbank Görlitz Komplementär: Verwaltungsgesellschaft KREISEL GmbH BLZ: Kto-Nr.: HRB-Nr beim AG Dresden IBAN: DE Geschäftsführer: Dipl.-Betrw. Wolfram Kreisel BIC/SWIFT: COBA DE FF 850 Mail: info@kreisel.eu Web: UniCredit Bank AG Cottbus BLZ: Kto-Nr.: IBAN: DE BIC/SWIFT: HYVE DE MM 472 USt.-IdNr.: DE Str.-Nr.: 207/157/15806 Deutsche Bank AG Weißwasser BLZ: Kto.-Nr.: IBAN: DE BIC/SWIFT: DEUT DE BB 189

2 Abbildungsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... 2 Tabellenverzeichnis Einleitung Erweiterung des Schüttgut - Technikums Aufbau und Realisierung Versuchsdurchführung Ziele und Ausblick

3 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Schüttgut-Technikum der Fa. KREISEL... 3 Abbildung 2-1: Förderleitung DN Abbildung 2-2: Leitungsverlauf der Förderleitung; oben: schematisch; unten: reales Modell... 5 Abbildung 2-3: links: ZSC im Technikum; rechts: Einschleusepunkt der zusätzlichen Förderstrecke... 6 Abbildung 2-4: KREISEL - Zyklon zur Abscheidung des Materials nach der Förderung;... 7 Abbildung 2-5: Mietgebläse der Fa. Aerzen... 8 Abbildung 2-6: Druckaufnehmer; links: am Einschleusepunkt; rechts: entlang der Förderleitung... 9 Abbildung 2-7: Pellets als Versuchsmaterial Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Technische Daten - Eintragszellenradschleuse... 6 Tabelle 2: Technische Daten - Gebläse

4 Einleitung 1 Einleitung Schüttgüter stellen Anlagenbetreiber und -planer immer wieder vor Herausforderungen. Bei der Auslegung von Anlagen kommt es oft auf den Erfahrungsschatz des Planers an. Im Zweifel wird lieber etwas großzügiger dimensioniert, um böse Überraschungen im späteren Betrieb zu vermeiden. Sinnvoller ist es natürlich, die wesentlichen Anlagenteile bereits während der Planungsphase mit dem tatsächlichen Schüttgut zu testen. Für solche Versuche hat die Firma KREISEL bereits vor vier Jahren ein Schüttgut-Technikum (siehe Abbildung 1-1) in Betrieb genommen. Das Schüttgut- Technikum ist aber nicht nur für den internen Gebrauch gedacht. Die Fa. KREISEL stellt das Schüttgut- Technikum auch anderen interessierten Nutzern zur Verfügung. Anlagenbetreiber und -planer können im Technikum das Verhalten verschiedenster Schüttgüter untersuchen. Im Technikum sind die Hauptkomponenten pneumatischer Förderanlagen mit Messeinrichtungen sowie weitere Anlagen zur Förderung, Dosierung und Entstaubung vorhanden. Dabei sind alle Komponenten für realistische Mengen und Größen ausgelegt, wie sie auch in der Industrie vorkommen. Für die pneumatische Förderung stehen zwei 160 m lange Förderleitungen in den Größen DN 80 und DN 100 zur Verfügung, die einen Förderdruck bis zu 1 bar und Luftvolumenströme bis zu 900 m³/h ermöglichen. Entlang der Förderleitungen dienen 24 Drucksensoren der Abbildung 1-1: Schüttgut-Technikum der Fa. KREISEL detaillierten Prozessdatenerfassung. Zusätzlich sind Glasrohre in die Förderleitung integriert, um das Strömungsverhalten des Schüttguts optisch zu bewerten. Im Ergebnis lassen sich Energieverbräuche, Druckverluste, Verschleißwerte und weitere Parameter für die optimale Auslegungen ermitteln. 3

5 2 Erweiterung des Schüttgut - Technikums Das Schüttgut Technikum ist für staubförmige Schüttgüter konzipiert, welche einen Durchmesser von max. dp 50 = 1-2 mm besitzen. Aufgrund der limitierten Querschnitte von DN80 bzw. DN100 lassen sich Massendurchsätze bis ca. 12 t/h in Abhängigkeit des Schüttgutes realisieren. Dies genügt in den meisten Fällen, um praxisnahe Versuche am Technikum durchführen zu können bzw. die erlangten Erkenntnisse für ein Scale-Up zu nutzen. Um nun auch künftig den Anforderungen von höheren Durchsätzen bei gleichzeitig niedrigen Fördergeschwindigkeiten gerecht zu werden, entschloss sie die Fa. KREISEL das Schüttgut Technikum um eine weitere Versuchsstrecke zu erweitern. 2.1 Aufbau und Realisierung Für die Planung und Realisierung der Versuchsstrecke stand ein Zeitfenster von ca. 3 Monaten zur Verfügung. Aufgrund anstehender Versuche wurde diese Versuchsstrecke benötigt, um Schüttgüter in realen Förderversuchen zu testen. Aber auch für weitere Versuchsfahrten soll diese Anlage genutzt werden können. Die Versuchsstrecke hatte folgende Anforderungen: Modularer Aufbau sowie schnell de- und montierbar Verwendung von Normteilen für den Leitungsverlauf Einsatz der Förderorgane aus dem Schüttgut Technikum Schonende Abscheidung des Materials aus dem Luftstrom Messung der Prozessdaten (Drücke, Volumenstrom und Massendurchsatz) Förderleitung Für den pneumatischen Transport der Schüttgüter wurde auf Luftleitungen mit Bördelkanten zurückgegriffen. Ein Stammlieferant der Fa. KREISEL stellte diese Leitungen kurzfristig zur Verfügung. Diese wurden in Teilstücken von jeweils mm in der Größe DN200 verwendet. Verbunden sind die Leitungselement mit Spannringen und Bördeldichtungen, die ein schnelles De- und Montieren sowie die Wiederverwendung der Elemente erlauben. Zur Positionierung und Ausrichtung wurden Standard- Paletten verwendet. Abbildung 2-1: Förderleitung DN200 4

6 Leitungsverlauf Um eine maximale Förderlänge zu gewährleisten wurde die Förderleitung über das Firmengelände der Fa. KREISEL verlegt. Zufahrtswege die den Produktionablauf beeinträchtigten könnten, mussten hierbei berücksichtigt werden. Demnach ergab sich der Leitungsverlauf aus Abbildung 2-2. Insgesamt wurden 5 Bogen mit jeweils 90 Umlenkung verwendet und mehrere gerade Teilsegmente. Somit ergibt sich eine Förderlänge von 245 m. Diese Förderstrecke ist wesentlich länger als die Förderleitung im Schüttgut Technikum (vgl. Kapitel 1), so dass durchaus andere Anlagenkonstellationen erprobt werden können. Abbildung 2-2: Leitungsverlauf der Förderleitung; oben: schematisch; unten: reales Modell Einschleusung des Schüttgutes Als Förderorgan in die pneumatische Förderleitung wird die Keramik-Zellenradschleuse aus dem Schüttgut Technikum verwendet. Die technischen Einsatzparameter können der Tabelle 1 entnommen werden. Hierbei handelt es sich um eine hochverschleißfeste Zellenradschleuse mit Keramikauskleidung. Aufgrund des geringen Energiebedarfs und der hoch verschleißfesten Auskleidung ist dieses Aggregat bestens für die Einschleusung von Schüttgut in pneumatische Förderleitungen geeignet. 5

7 Tabelle 1: Technische Daten - Eintragszellenradschleuse Benennung Wert Typ ZSC 320 x HU; drehzahlgeregelt elektr. Leistung (kw): 1.1 Förderkapazität (m³/h): 18 Maximal zulässiger Druck (mbar): 1000 Maximale Drehzahl (U/min): 18 Die Beschickung des Materials erfolgt, wie in Abbildung 2-3 dargestellt, mit Hilfe eines Gabelstaplers und dazugehörigem Big Bag, in dem sich das Schüttgut befindet. Ein Einlauftrichter dient als Einfüllhilfe. Über der Eintragszellenradschleuse ist eine weitere Zellenradschleuse mit einem großen Spalt zwischen Zellenrad und Gehäuse angeordnet, welche als Zuteiler fungiert. Die Drehzahlen der Zellenradschleusen müssen während der Versuche aufeinander abgestimmt werden. Abbildung 2-3: links: ZSC im Technikum; rechts: Einschleuspunkt der zusätzlichen Förderstrecke Die Ansteuerung der Aggregate erfolgt zu einem über den Leitstand im Technikum sowie über einen Frequenzumrichter mit Vor-Ort-Bedienung. 6

8 Abscheidung des Materials Nach der eigentlichen Förderung muss das Material aus dem Luftvolumenstrom abgeschieden werden. Hierzu wird ein Zyklon aus der KREISEL Baureihe verwendet, der eine schonende Abscheidung des Schüttgutes ermöglicht und in Abbildung 2-4 dargestellt ist. Auf nachgeschaltete Filter wird verzichtet, so dass der Zyklon frei ausblasend betrieben wird. Abbildung 2-4: KREISEL - Zyklon zur Abscheidung des Materials nach der Förderung; links: CAD Modell; Mitte: Zyklon mit Unterkonstruktion; rechts: Austrag in IBC Container mit Big Bag Der Zyklon ist auf einer Unterkonstruktion montiert, damit die abgeschiedenen Partikel in einen Big- Bag gesammelt und ggf. wiederverwendet werden können. Somit ist eine Kreislauffahrweise möglich. 7

9 Förderluft Zur Förderung des Materials muss ein ausreichender Volumenstrom zur Verfügung stehen. In Abhängigkeit der Leitungsführung sowie des Durchsatzes ergeben sich unterschiedliche Förderrückdrücke, diese gilt es zu überwinden. Auf Grund der Leitungsdimension stand kein ausreichendes Gebläse im Hause KREISEL zur Verfügung, um die notwendige Fördergeschwindigkeit zu realisieren. Daher wurde auf ein Mietgebläse der Fa. Aerzen zurückgegriffen, siehe Abbildung 2-5. Abbildung 2-5: Mietgebläse der Fa. Aerzen Mit ausreichenden Reserven im Volumenstrom sowie der Druckerzeugung ist dieses Aggregat ideal für die Versuche geeignet. Die technischen Daten zum Gebläse können der nachfolgenden Tabelle entnommen werden. Tabelle 2: Technische Daten - Gebläse Benennung Wert Typ BVO 5500 Volumenstrom (m³/h) Max. Druckerhöhung (mbar) Leistung (kw) 21,3-178 Gewicht kg Anschluss DN250 8

10 Messdatenerfassung Der eigentliche Leitstand des Schüttgut Technikums konnte für die Aufzeichnung der Messdaten nicht genutzt werden. Somit wurde auf mobile und dezentrale Messwertaufnehmer zurückgegriffen bzw. Messwerte direkt am Gebläse abgelesen. Zur Auswertung der Versuche wurden folgende Messwerte erfasst: Volumenstrom Druck o am Gebläse o am Einschleuspunkt (siehe Abbildung 2-6) o mehrfach entlang der Förderleitung (siehe Abbildung 2-6) Temperatur Geschwindigkeit Massendurchsatz Aus den genannten Parametern lassen sich Rückschlüsse auf die Dimensionierung der Anlagen schließen. Beispielsweise wie effizient die Anlage ausgelegt ist oder ob die Leistung noch gesteigert werden kann. Zudem ergeben sich Rückschlüsse auf die stabile Förderung in Verbindung mit einer visuellen Kontrolle der Förderzustände. Abbildung 2-6: Druckaufnehmer; links: am Einschleuspunkt; rechts: entlang der Förderleitung 9

11 2.2 Versuchsdurchführung Die Messstrecke kann mit verschiedensten Schüttgütern betrieben werden. Vorzugsweise ist stückiges Gut zu bevorzugen, welches sich leicht im Zyklon abscheiden lässt. So kamen bei den durchgeführten Versuchen Holz-Pellets zum Einsatz, wie in Abbildung 2-7 zu sehen. Abbildung 2-7: Pellets als Versuchsmaterial Hinsichtlich der unterschiedlichen Geometrien und abweichend vom idealen runden Partikel, ist es schwierig exakte Aussagen zum Förderverhalten mittels Berechnungsmodellen zu treffen. Daher bietet es sich an, reale Förderversuche vor der eigentlichen Dimensionierung der Anlagen durchzuführen. Idealerweise werden unterschiedliche Geschwindigkeiten sowie Massendurchsätze erprobt. So dass der energetisch optimale Auslegungspunkt ermittelt werden kann. Funktionsbeschreibung Über einen Gabelstapler wurde die Anlage beschickt, indem der Anbinder des Big Bag s geöffnet wurde. Die erste Zellenradschleuse dosiert das Schüttgut der eigentlichen Eintragszellenradschleuse zu. Das hat den Hintergrund, dass die Eintragszellenradschleuse mit einem sehr kleinen Spalt zwischen Stern und Gehäuse ausgeführt ist, um den Anteil an Leckluft so gering wo möglich zu halten. Bei einer Überschüttung tritt vermehrte Kornzerstörung auf. Dies wird durch die Vordosierung minimiert. Nach der Einschleusung werden die Partikel von der Transportluft, welche vom Gebläse zur Verfügung gestellt wird, durch die Förderleitung transportiert. Nachdem die Partikel die Leitung passiert haben, wird das Partikel-Luft-Gemisch im Zyklon getrennt. Die Partikel werden abgeschieden und die Transportluft wird durch das Tauchrohr des Zyklons frei in die Umgebung ausgeblasen. 10

12 Ziele und Ausblick Parametervariation Der Massenstrom wurde im Bereich von 6 bis 9 t/h variiert, ebenso wurde die Fördergeschwindigkeit von anfangs 31 m/s auf 20 m/s gesenkt. In Abhängigkeit der Massen- und Volumenströme haben sich die spezifischen Förderrückdrücke eingestellt. Alle Versuche liefen reibungslos ab, so dass weder Probleme am Eintrag noch bei der Abscheidung oder dem Transport selbst auftrat. Zudem wurden hohe Füllungsgrade der Zellenradschleusen von >75 % erreicht. 3 Ziele und Ausblick Durch die Erweiterung des Schüttgut Technikums mit einer zusätzlichen Förderstrecke steht der Fa. KREISEL nun eine weitere Möglichkeiten zur Verfügung zukünftige Anlagen vor der eigentlichen Konzeption bzw. Realisierung optimal auszulegen. Das Technikum sowie die Erweiterung stehen nicht nur für Anlagenbetreiber und -planer zur Verfügung. Auch andere Komponenten-Hersteller können ihre Komponenten im Technikum unter realistische Bedingungen testen. Egal ob es um Dosieren, Fördern, Abscheiden, Lagern oder Auflockern von Schüttgütern geht die Nutzer des Schüttgut-Technikums erhalten systematisch validierte und nachvollziehbare Daten für ihre Anlage bzw. Anwendung. Sowohl der Anlagenplaner als auch der Anlagenbetreiber profitieren so von einer optimal ausgelegten Anlage. 11