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Schüttgut-Füllstandmessung Radar-Füllstandmessung – wenn ein Blick in den Bunker nicht mehr genügt

Autor / Redakteur: Jürgen Skowaisa* / Sabine Mühlenkamp

Bunker für Biomassen können gewaltige Abmessungen annehmen. Um den Biomasse-Vorrat vollständig zu erfassen, messen Radar-Füllstandsensoren nicht nur in der Vertikalen, sondern auch in der Horizontalen. So wird eine der größten Biomasseanlagen Italiens zuverlässig mit „Kraftstoff“ versorgt.

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Schmutz und Staub? Auch unter rauen Umgebungsbedingungen liefert der Vegapuls 69 zuverlässige Messwerte.
Schmutz und Staub? Auch unter rauen Umgebungsbedingungen liefert der Vegapuls 69 zuverlässige Messwerte.
(Bild: Vega)

Dieser Einsatzort war auch für das Service-Team von Vega ein besonderer: So sollten Radar-Füllstandsensoren, die den Vorrat an Biomasse in einer der größten Biomasse-Anlagen Nord- und Mittelitaliens abschätzen, den bis dahin üblichen Rundblick des Personals ersetzen. Das Biomassekraftwerk Bando d’Argenta (FE) gilt mit einer installierten Leistung von etwa 21 MW und einem erzeugten Nettostrom von 25% als eines der effizientesten seiner Art. Betrieben wird das Kraftwerk vom Unternehmen San Marco Bioenergie, das der F2i-Gruppe angehört. Die jährliche Energieproduktion von etwa 176.000 MWh entspricht den Anforderungen von etwa 27.000 Einwohnern.

Die Biomasseanlage selbst besteht aus zwei identischen Linien, die mit überhitztem Dampf arbeiten sowie einer Dampfturbine, einem angeschlossenen elektrischen Generator sowie mehreren Systemen zur Reduzierung der Emissionen in die Atmosphäre (dazu gehören u.a. Filter, Denox-Systeme, SNCR-Anlagen mit Harnstoff- und Bikarbonat-Injektionen). Die zur Verbrennung verwendete Biomasse ist pflanzlichen Ursprungs. Dabei wird vor allem auf Rückstände von speziell angebauten Pflanzen und den Resten aus dem Rückschnitt von Wäldern und Pappeln zurückgegriffen.#

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Bisher nur geschätzter Verbrauch durch Sichtprüfung

Zu den besonderen Herausforderungen gehörte das Biomasselager, das gewaltige Dimensionen umfasst. Bis dahin kontrollierte das Personal bei San Marco Bioenergie den Bestand der hier verarbeiteten Biomasse mit einem Blick. Das ist bei offenen Bunkern, in denen Radlader die Biomasse hin- und herschieben, durchaus machbar, wenn man etwas Übung hat. Wie viel Material letztendlich jedoch verbraucht wurde, und ob der Nachschub reichte, blieb eine Schätzung.

Dies funktionierte zwar über viele Jahre, war aber aus zweierlei Hinsicht unbefriedigend. Zum einen ließen sich die Kapazitäten des Biomasselagers nicht voll ausnutzen: Um das Lager nicht zu überfüllen, ging man lieber auf Nummer sicher. Zum anderen verschwendete das Betriebspersonal aus Sicht der Verantwortlichen immer noch zu viel Zeit dafür abzuschätzen, ob und wie lange die Lagerbestände reichen. Von einem effizienten Bestandsmanagement war man also weit entfernt. Man suchte daher nach einer einfachen und zuverlässigen Lösung.

Sicherung des Nachschubs

Die Biomasse wird in Form von Holzpellets gelagert. Diese befinden sich in einem großen Bunker mit einer Abmessung von 30 x 5 x 8m. Die große Lagerkapazität ist nötig, um auch auf erhöhte Nachfragen während der Heizperiode reagieren zu können. Zudem soll es nicht zu einer Unterbrechung des Kraftwerkprozesses kommen. Für eine optimale Planung der Materiallogistik war eine zuverlässige Messung der Siloinhalte notwendig. Die Herausforderung: Die Betriebsbedingungen im Bunker sind durch Schmutz und Staub sehr rau. Hin und wieder wird das Material sogar mit Traktoren und Raupen-Fahrzeugen nach innen geschoben, für reichlich Bewegung ist also gesorgt.

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Berührungslose Füllstandmessung im Pellet-Silo

Der Radar-Füllstandsensor Vegapuls 69 misst kontinuierlich Schüttgüter unter verschiedensten Prozessbedingungen bei einem Messbereich bis zu 120 m. Er eignet sich dank der Messfrequenz von 80 GHz ideal zur Füllstandmessung in sehr hohen Silos, großen Bunkern und segmentierten Behältern. Durch die gute Signalbündelung wird eine einfache Inbetriebnahme und zuverlässige Messung gewährleistet. Der Radarsensor kann mit einer gekapselten Kunststoffantenne oder einer im Metallflansch integrierten Linsenantenne ausgestattet werden. Dies ermöglicht die optimale Anpassung an die verschiedenen Einsatzgebiete. Die berührungslose Messung bietet hier mehrere Vorteile, etwa die hohe Anlagenverfügbarkeit, da das Verfahren verschleiß- und wartungsfrei ist. Zudem garantiert es eine zuverlässige Messung, auch während der Befüllung, unabhängig von Dampf, Staub und Lärm.

Von diesen Bedingungen ließ sich das Vega-Team jedoch nicht abschrecken. Um das Volumen des Biomasselagers zu erfassen, schlug man den Vegapuls 69 vor. Dieser versprach für die Füllstandmessung im Pelletsilo perfekt zu sein, da er unempfindlich gegen Staub und Temperaturschwankungen ist. Auch die Wellblechwände sollten dem Sensor keine Probleme bereiten.

Messen in der Horizontalen

Im Endeffekt wurden zwei Sensoren für jeden Bunker installiert. Ein Sensor misst von oben (also vom Dach) den Füllstand, der zweite misst den freien Raum in der Horizontalen. Damit ist es möglich, die Art der Ablagerungen zu bewerten. Dazu muss man wissen, dass die Biomasse aus Hackschnitzeln und Pellets mithilfe von Rechen zu der Förderschnecke transportiert wird. Aus diesem Grund wollte San Marco Bioenergie nicht nur über die Höhe der Pellets im Bunker, sondern auch über die horizontale Position des Materials Bescheid wissen. Hierbei war die richtige Position der Sensoren ausschlaggebend. Dank intensiver Gespräche zwischen dem Kunden und Vega gelang es, in den großen Bunkern die richtige Position der Sensoren zu finden.

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Nachgefragt bei Jürgen Skowaisa, Produktmanager Radar bei Vega

„Anwender schätzen die leichte Inbetriebnahme des Vegapuls 69“, weiß Jürgen Skowaisa, Produktmanager bei Vega.
„Anwender schätzen die leichte Inbetriebnahme des Vegapuls 69“, weiß Jürgen Skowaisa, Produktmanager bei Vega.
( Bild: Vega )

PROCESS: Herr Skowaisa, welche Eigenschaften von 80 GHz-Sensoren sind für die Schüttgutindustrie besonders wichtig?

Skowaisa: Für den Schüttgutbereich sind es die sehr gute Signalfokussierung, die einen störungsfreien Betrieb sowie eine einfache Inbetriebnahme ermöglichen. Ein wesentlicher Vorteil der Vega-Sensoren ist ihr großer Dynamikbereich, der die Geräte zu einem „Alleskönner“ für Schüttgüter macht.

PROCESS: Gibt es eigentlich auch Medien, die Ihre Sensoren nicht präzise erfassen?

Skowaisa: Dank des großen Dynamikbereiches wurde das Einsatzspektrum für die Radartechnik deutlich erweitert. Mittlerweile gibt es kaum noch Medien, bei denen wir an die Grenze der Messphysik kommen. Die Messung von Kunststoffpulvern oder Granulaten ist zu einer Standardlösung geworden und selbst extrem leichte Medien, wie Styroporkügelchen oder hochdisperse Kieselsäure, die eigentlich fast nur aus Luft bestehen, können mit den 80 GHz-Radarsensoren gemessen werden. Grenzen bestehen eher noch bei Anwendungen in sehr hohen Temperatur- und Druckbereichen. Das sind allerdings Spezialfälle bei Schüttgütern.

PROCESS: In welchen Industriebereichen verzeichnen Sie gemäß Ihrer Umsatzzahlen die größten Erfolge?

Skowaisa: Nachdem die Messung von Kunststoffen sehr viel zuverlässiger geworden ist, kommen auch hier häufig Radarsensoren zum Einsatz. Großen Erfolg verzeichnen wir auch im gesamten Lebens- und Futtermittelsektor. Die Anwender schätzen die einfache Installation und Inbetriebnahme sowie den wartungsfreien Betrieb unserer Geräte.

Das Schiltacher Unternehmen übernahm bei diesem Projekt die Federführung. Ganz entscheidend war dabei der enge Kontakt zum Kunden. Intuitiv waren sich alle Beteiligten einig, dass zwei Vegapuls 69 nötig wären, um den Bestand an Holzschnitzeln und Pellets sicher zu bestimmen. Bestätigt wurde dies jedoch erst nach der Installation. Heute ist dank der Vega-Sensoren der Nachschub gesichert, um das Kraftwerk rund um die Uhr mit Pellets zu versorgen. Mehr noch – auch die Speicherkapazität wurde erhöht, ohne dass Investitionen in neue Bunker getätigt werden mussten. Und auch im täglichen Betrieb überzeugte die Instrumentierung. So zeigt sich die Betriebsmannschaft davon erfreut, dass die Sensoren selbst bei hoher Verschmutzung zuverlässig arbeiten und keine Wartung erfordern.

Zum Thema: Vega ist in der Radar-Füllstandmessung seit Jahren Impulsgeber Nummer 1 und wurde von PROCESS mit dem Meilenstein „Messtechnik“ ausgezeichnet.

* Der Autor ist Produktmanager bei der Vega Grieshaber KG in Schiltach.

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