o Überwachung Lufteinblasung zur biologischen Entschwefelung (O 2 -Gehalt)

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Karin Salzmann
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1 Fachsymposium Biogasmotoren, 05. September in Hamburg Betriebsführung von Biogas-Blockheizkraftwerken im Spannungsfeld zwischen Kosten, Auflagen und Ertragserwartungen Zusammenfassung zum Vortrag: Gasmesstechnik für den effizienten und stabilen Anlagenbetrieb () Warum Gasmesstechnik? Die Biogasanlage ist ein komplexes System, das von vielen Faktoren beeinflusst wird (Blackbox). Für einen effizienten und stabilen Anlagenbetrieb müssen Parameter erfasstst werden, um Einblick in die Prozesse innerhalb der Blackbox -Biogasanlage zu erhalten. Mit der Gasmesstechnik können anhand der Gaszusammensetzung Rückschlüsse auf die Prozessstabilität gezogen, Anlagenkomponeten überwacht und Störungen frühzeitig erkannt und vermieden werden. Hierdurch wird ein effizienter und stabiler Anlagenbetrieb gewährleistet. Wo wird gemessen und wofür? Fermenter o Verschleißminimierung (H 2 S, zu hohe O 2 -Gehalte) o Prozesskontrollee (CH 4 - und H 2 -Messung zur biologischen Prozesskontrolle) o Gasproduktion (CH 4 -Gehalt) o Überwachung Lufteinblasung zur biologischen Entschwefelung (O 2 -Gehalt) Nachgärer o Verschleißminimierung (H 2 S, zu hohe O 2 -Gehalte) o Prozesskontrollee (CH 4 - und H 2 -Messung zur biologischen Prozesskontrolle) o Überwachung Lufteinblasung zur biologischen Entschwefelung (O 2 -Gehalt) o Gasproduktion (CH 4 -Gehalt) vor der Gasreiningung o Überwachung H 2 2S-Fracht o Überwachung der biologischen Entschwefelungsleistung o H 2 S- und O 2 -Gehalt als Regelgröße für Gasreinigung nach der Gasreinigung o Dokumentation Gasqualität (z.b. Gaseinspeisung) o Überwachung der Entschwefelungsleistung o Verbrauch des Aktivkohlefilters überwachen BHKW o Überwachung H 2 2S-Gehalt (z.b. Schutz des Motoröl, Oxikat, Wärmetauschers) o Dokumentation der Gasqualität (z.b. Vorgaben durch den BHKW-Hersteller, für BHKW-Service, Maschinenbruchversicherung) o Überprüfung CH 4 4-Gehalt für Weitergabe an die Motorsteuerung um Startverhalten zu verbessern (Flexbetrieb) 1

2 Was bringt die Gasmesstechnik? Effizienterer Anlagenbetrieb: Parameter für Optimierung und Automatisierung der Prozesse werden erhoben. Der Blick in die Blackbox -Biogasanlage wird erst möglich. Hierfür sind Messwerte über einen längeren Zeitraum nötig. Zudem können weitere Kenngrößen für die Bewertung des Anlagenbetrieb ermittelt werden (z.b. produzierte Gasmenge, Gasausbeute Input/ Output) geringerer Bedarf an Betriebsmittel (z.b. Spurenelemente, Motoröl, Aktivkohle) weniger Zeit für Kontrollen und Dokumentation, da automatische Messung und Speicherung Stabiler Anlagenbetrieb: H 2 -Messung zur biologischen Prozesskontrolle frühzeitige Erkennung von Problemen und Prozessstörungen (Risikominimierung) Gibt Sicherheit während Arbeitsspitzen (z.b. Ernte), wenn die Zeit für die Kontrollgänge an der BGA fehlt bei wechselnden Betriebszuständen (z.b. Substrate, Gasproduktion, Flexbetrieb) besserer Schutz von empfindlichen (teuren) Anlagenkomponenten (z.b. BHKW, Oxikat, Wärmetauscher) Fazit: Messtechnik kostet Geld - in Anschaffung und Wartung Messtechnik bringt Geld - in Prozessstabilität und Anlagenauslastung 2

3 Awite AwiFLEX Cool+ Typische Einsatzbedingungen: - Medium: trockenes oder feuchtes Biogas, Klärgas oder Deponiegas - Messstelle (Ort): BHKW, Fermenter / Faultürme, Gasreinigung, Gasaufbereitung, - Messstelle (Anzahl): 1 Stück - (beliebig) - Sensorbestückung: Alle Kombinationen von Sensoren (s. Erweiterungen) möglich Mögliche Besonderheiten: - Einbindung externer Sensoren (Durchfluss, Druck, Temperatur, Feuchte) für z.b. Normwertbestimmung bei Durchflussmessung - Verhinderung des zeitlichen Sensordrifts durch Anschluss von zertifiziertem Kalibiergas und periodische Sensorüberprüfung und ggf. -kalibrierung. - Ansteuerung und Kontrolle von Gasreinigungssystemen (z.b. biologische Entschwefelung) - Kontinuierliche Messung bei relevanten Prozessen (Gasaufbereitung, Trockenfermentation) für Methan (CH 4 ), Kohlendioxid (CO 2 ) und Sauerstoff (O 2 ) Grundsystem Gasanalyse Edelstahlgehäuse zur Wandbefestigung komplett montiert Schutzart: IP54 7" Industrie-Embedded PC, Farb-TFT-Touch Panel grafische Anzeigee der Messwertverläufe endlose Datenspeicherung integrierter Gaskühler (verschleißarm, ohne Kondensatschlauchpumpe und aktive Belüftung) potentialfreier Sammelfehlerausgang (Relais) Signalaustausch (alternativ, verschiedene Optionen verfügbar, s. Erweiterungen) Absolutdrucksensor mbar zur Druckkompensation aller Sensoren Innenraum-Temperaturfühler Langlebige, bürstenlose Excenter Membranpumpe (Vakuumpumpe) Wassersensor (zum Schutz vor Wassereintritt in Sensoren) Netzfilter Über-, Unterspannungsschutz, Überstromschutz 5 St. gekapselte Analysenventile Druckfeste Gasanschlüsse/Schlauchverschraubungen aus Edelstahl für Schlauch 4/6mm Gasanalyse an einer Messstelle (modulare Erweiterungsmöglichkeiten) freie Konfiguration der Sensorbestückung (auch nachrüstbar) bis 50 Messungen am Tag (kontinuierliche Messung für CH 4, CO 2 und O 2 möglich) ausführliche Dokumentation 1fach Papier, auf Wunsch zusätzlich als pdf per Mail 3

4 Erweiterungen: Methanmessung (CH 4 ) Messbereich % Nicht dispersive Infrarotmessung druckkompensiert thermostatisiertee Messzelle Multigassensor Kohlendioxidmessung (CO 2 ) Messbereich % Nicht dispersive Infrarotmessung druckkompensiert thermostatisiertee Messzelle Multigassensor Sauerstoffmessung (O 2 ) Messbereich 0-25 % elektrochemisch potentialgetrennter analoger Ausgang ma Schwefelwasserstoffmessung (H 2 S) Messbereich (direkt): 0-20 ppm, ppm, ppm, ppm und / oder ppm (alternativ) elektrochemisch potentialgetrennter analoger Ausgang ma Messbereich (Verdünnung): ppm / ppm langlebigee Membranpumpe Schwefelwasserstofffilter 11 Magnetventile Automatische Kalibrierung Wasserstoffmessung (H 2 ) Messbereich (direkt): ppm, ppm, ppm, ppm und / oder ppm (alternativ) elektrochemisch potentialgetrennter analoger Ausgang ma Messbereich (Verdünnung): Vol.-% langlebigee Membranpumpe Schwefelwasserstofffilter 11 Magnetventile Automatische Kalibrierung Erweiterung Messstelle (keine Begrenzung nach oben) 4

5 Schnittstellen Wahlweise stehen folgende Schnittstellen (teilweise auch in Kombination) an der Gehäußeaußenseite zur Verfügung: Analogausgänge 4-20 ma Einstellbarer Alarmausgang (potentialfreier Kontakt über Koppelrelais) USB-Schnittstelle USB-Stick 512 MB oder größer Software (Datenübertragung und -verarbeitung auf PC) Profibus DP-Slave Modul Profinet RT IO Device-Slave Ethernet Schnittstelle (Socket Server, Modbus TCP Slave oder FTP) Ethernet/ /IP I/O (Slave) RS 232-Schnittstelle (potentialfrei) RS485/Modbus RTU RS485/Modbus RTU per USB Zubehör: Armatur für Gasentnahme drucklos (0-20 mbar) Anschluss an G1/ /2" AG 1x Gasfilter G1/2" 1x Kugelhahn Edelstahl G1/2" Armatur für Gasentnahme ( mbar) Anschluss an G1/ /2" AG 1x Gasfilter G1/2" 1x Feindruckregler G1/2" 1x Kugelhahn Edelstahl G1/2" Kondensatabscheider inkl. Halterung Sonderapplikationen: Automatische Kalibrierung Zusätzlicher Anschluss für Kalibriergas Automatische Durchführung der Kalibrierung in einstellbarem Zeitintervall Überwachung Gasvorrat (Kalibriergasflasche) Fehlermeldung bei zu großem Drift Kontinuierliche Messung Pumpenüberwachung mit Umschaltmöglichkeit auf Redundanzpumpe Redundanzpumpe mit Pumpenüberwachung 5

6 Thermische Massendurchflussmessung Kompaktgerät zum Einbau in vorhandene Rohrleitungen kalibriert auf Klär-/Biogas (65 % CH 4, Rest CO 2 ) incl. EExd Kabelverschraubung, Blindstopfen und Dichtungen, ohne Vorortanzeige Prozessanschluss an Rohrleitung über Handhahn 1/2", mit Wechselarmatur Klemmringverschraubung 1/2" NPT (Klemmring aus Teflon) Schutzart IP67, ATEX/IECEx EExd IIC T6...T3, Ex-Zulassung für Ex-Zone 1 mediumberührte Teile aus Edelstahl mit Hastelloy-C22 Thermoelementsensoren Spannungsversorgung 24VDC Signalausgänge: o 1x 4-20 ma für aktuellen Durchfluss o 1x 4-20 ma für Temperatur (0-50 C) o 1x Impulsausgang (1 Impuls/m³) Messgenauigkeit: 2 % vom Messwert zzgl. 0,5 % vom Endwert bei ausreichender Ein- und Auslaufstrecke Lieferung, fachgerechte Montage, Inbetriebnahme und Einweisung des Gasanalysesystems durch den Hersteller. Das Analysesystem verfügt über eine örtliche Anzeige, die auch über den Verlauf der letzten Messwerte Auskunft gibt. Neben elektrischem Anschluss sind keine Versorgungsmedien (Druckluft, Wasser, ) notwendig. Wartungsintervall, 12 Monate (Systemüberprüfung Vor-Ort) 6

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