BIOS - Bioenergy
  IHR PARTNER FÜR ENERGETISCHE BIOMASSENUTZUNG UND ENERGIEEFFIZIENZ  
 

Anlagenmonitoring

Übersicht

Unter Anlagenmonitoring versteht man die detaillierte Evaluierung des Betriebsverhaltens von Gesamtanlagen und Anlagenkomponenten. In Biomassefeuerungs- und Biomasse-KWK-Anlagen bzw. Biogasanlagen stellt ein Anlagenmonitoring eine wichtige Grundlage zur Prozessoptimierung, speziell während der Inbetriebnahmephase und während des ersten Betriebsjahres bzw. als Basis zur Behebung von Betriebsproblemen dar.

Zielsetzungen sind dabei:

  • die Überprüfung der Plausibilität der in der Anlage installierten Messtechnik
    (z.B.: Messungen der Feuerraumtemperaturen, Messung der Wärme- und Strommengen, Rauchgas-/Gasmesstechnik),
  • die Überprüfung der Effizienz emissionsmindernder Maßnahmen
    (Staubabscheideeffizienz von Multizyklonen, E-Filtern und Gewebefiltern, Effizienz von Primär- und Sekundärmaßnahmen zur Minderung von NOx-, HCl- und SOx-Emissionen, etc.),
  • die Erstellung von detaillierten Stoff- und Energiebilanzen um einzelne Anlagenkomponenten sowie die Gesamtanlage zur Prüfung der Effizienz,
  • die schnelle Optimierung der Anlageneinstellungen insbesondere im ersten Jahr nach der Inbetriebnahmephase,
  • die Ortung von anlagentechnischen Schwachstellen und Fehlfunktionen, wie zum Beispiel überhöhte Falschlufteinträge in das Rauchgas, erhöhte Verschmutzung von Feuerraumwänden und Wärmetauschern mit Flugaschendepositionen, etc.,
  • die genaue Evaluierung des Anlagenbetriebs hinsichtlich der Optimierung von Anlageneinstellungen zur Verbesserung der thermischen bzw. elektrischen Wirkungsgrade sowie der Reduktion des Eigenstrom- und Betriebsmittelbedarfs.

Auf Basis dieser Auswertungen werden in weiterer Folge Verbesserungsvorschläge ausgearbeitet und dem Anlagenbetreiber bzw. dem Anlagenlieferanten übergeben.

BIOS wendet im Rahmen von Anlagenmonitorings hauptsächlich drei Strategien an:

  • Langzeitmonitoring von Biomasseheizwerken, Biomasse-KWK-Anlagen und Biogasanlagen
  • Gezielte Testläufe mit begleitendem Monitoring in Biomasseheizwerken, Biomasse-KWK-Anlagen und Biogasanlagen
  • CFD-gestützte Nachsimulation der Feuerungsanlage auf Basis der im Rahmen von Testläufen und Bilanzierungen ermittelten Daten


Langzeitmonitoring von Biomasseheizwerken, Biomasse-KWK-Anlagen und Biogasanlagen

Die zur Evaluierung der Anlagen notwendigen Betriebsdaten werden vom Prozessleitsystem der zu untersuchenden Anlage über eine längere Betriebsperiode (einige Tage oder Wochen) aufgezeichnet und von BIOS mit entsprechender, speziell für diese Anwendungen entwickelter Software, ausgewertet (DATEVAL).

Referenzen:

Gezielte Testläufe mit begleitendem Monitoring in Biomasseheizwerken, Biomasse-KWK-Anlagen und Biogasanlagen

Im Rahmen von gezielten Testläufen an der Anlage werden über mehrere Tage einerseits Betriebsdaten, die vom Prozessleitsystem aufgezeichnet werden, gesammelt und ausgewertet und andererseits alle relevanten eintretenden und austretenden Ströme beprobt sowie wichtige Parameter von Ingenieuren von BIOS mit mobiler Messausrüstung bestimmt. Beispiele für derartige relevante Parameter sind:

  • Rauchgaszusammensetzung
  • Temperaturen und Volumenströme der Rauchgase in den einzelnen Anlagenabschnitten
  • Temperaturen im Feuerraum und im Kessel
  • Depositionsaufbau im Feuerraum und Kessel (mittel Depositionssonden)
  • Korngrößenverteilung und Konzentration von Stäuben und Feinstäuben in unterschiedlichen Anlagenabschnitten
  • Brennstoff- und Aschenprobenahmen zur nachfolgenden Analyse
  • Substrat- und Gärrestprobenahmen zur nachfolgenden Analyse
  • Detaillierte Analyse des produzierten Biogases

mehr...

Auf Basis der so erlangten Mess- und Analysendaten und darauf aufbauenden Stoff- und Energiebilanzierungen wird dann eine Bewertung der Gesamtanlage bzw. von Anlagenkomponenten hinsichtlich derer Betriebsverhalten und deren Effizienz vorgenommen.

Referenzen

CFD-gestützte Nachsimulation von Feuerungs- und Kesselanlagen auf Basis der im Rahmen von Testläufen und Bilanzierungen ermittelten Daten

CFD-Simulationen ermöglichen die räumlich aufgelöste Berechnung und Visualisierung der turbulenten, chemisch reaktiven Strömung in Biomasse-Feuerungen und Kesseln. Dadurch erhält man ein wesentlich besseres Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen und chemischen Vorgänge sowie der zu erwartenden räumlich aufgelösten Verteilung von Temperaturen, Strömung und Gaszusammensetzung.

CFD-Simulationen

Ein simulationsgestütztes Monitoring von Anlagen ist sehr vorteilhaft, da es eine Nachsimulation der Anlage auf Basis der realen Betriebsdaten ermöglich. Somit kann der reale Anlagenbetrieb beurteilt sowie eine genaue Schwachstellen- und Fehleranalyse durchgeführt werden. So können z.B. Hot-Spots identifiziert werden, welche für auftretende Verschlackungserscheinungen verantwortlich sind oder auch Ursachen für zu hohe CO-Emissionen, wie z.B. schlechte Durchmischung des Rauchgases, oder zu kurze Verweilzeiten bei entsprechend hohen Reaktionstemperaturen, identifiziert werden. Damit wird letztendlich eine effiziente Evaluierung und Optimierung des Betriebes von Biomasse-Feuerungsanlagen ermöglicht.

Folgende Zielsetzungen werden mit einem simulationsgestützten Anlagenmonitoring verfolgt:

  • Validierung der Simulationsmodelle / Überprüfung der Simulationsergebnisse aus vorangegangenen Designstudien
  • Bestimmung des effektiven Wärmeleitwiderstandes von Feuerfest-Auskleidungen unter Berücksichtigung von Asche-Depositionsschichten an den Feuerungs- und Kesselwänden
  • Kalibrierung von Thermoelementen mit Hilfe von kombinierten Pyrometer-Messungen/ CFD-Simulation als Basis für eine verbesserte Temperaturkontrolle in der Feuerungsanlage 
  • CFD-Analyse des Anlagenbetriebes als Basis für ein verbessertes Regelungskonzept und eine Betriebsoptimierung
  • Fehler- und Schwachstellenanalyse der Feuerungs- und Kesselgeometrie als Basis für Optimierungs- bzw. Nachrüstmaßnahmen

Damit können folgende Verbesserungen hinsichtlich des Anlagenbetriebes erreicht werden:

  • Reduktion von zu hohen CO-/NOx-Emissionen - Identifikation von Strähnenbildung und schlechter Rauchgas-Durchmischung
  • Einhaltung eines niedrigen Luftüberschusses (hoher Kesselwirkungsgrad)
  • Vermeidung von Problemen mit festen Flugaschedepositionen - Identifikation und Vermeidung von lokalen Temperaturspitzen
  • Reduktion von Erosion und erhöhtem Materialverschleiß – Identifikation und Vermeidung von Geschwindigkeits- und Temperaturspitzen
  • Erzielung von hohen Anlagenverfügbarkeiten und Reisezeiten

Referenzen