Download PDF BIOS Referenzen

Unter Anlagenmonitoring versteht man die detaillierte Evaluierung des Betriebsverhaltens von Gesamtanlagen bzw. einzelnen Anlagenkomponenten. In Biomasseverbrennungs-, Biomassevergasungs- und Biomassepyrolyseanlagen sowie in Biomasse-KWK-Anlagen und Bioraffinierien stellt ein Anlagenmonitoring eine wichtige Grundlage zur Prozessbewertung (Schwachstellenanalyse) und nachfolgenden Prozessoptimierung dar - speziell während der Inbetriebnahmephase und während des ersten Betriebsjahres bzw. als Basis zur Behebung von Betriebsproblemen.

Zielsetzungen

Die Arbeiten bezüglich Monitoring und Optimierung von Anlagen werden mit folgenden Zielsetzungen durchgeführt:

• Überprüfung der Plausibilität der in der Anlage installierten Messtechnik
  (z.B.: Messungen der Gastemperaturen, Messung der Wärme- und Strommengen, Gasanalytik),
• Überprüfung der Effizienz emissionsmindernder Maßnahmen (Staubabscheideeffizienz von Multizyklonen, E-Filtern und Gewebefiltern, Effizienz von Primär- und Sekundärmaßnahmen zur Minderung von NO_x-, HCl- und SO_x-Emissionen, etc.) bzw. zur Reduktion von Teeren und Ruß in Produktgasen
• Erstellung von detaillierten Stoff- und Energiebilanzen um einzelne Anlagenkomponenten sowie die Gesamtanlage zur Prüfung deren Effizienz
• Gezielte Optimierung der Anlageneinstellungen
• Ortung von anlagentechnischen Schwachstellen und Fehlfunktionen, wie zum Beispiel überhöhte Falschlufteinträge in das Gas, erhöhte Verschmutzung von Reaktorwänden und Wärmetauschern mit Aschedepositionen, etc.
• Genaue Evaluierung des Anlagenbetriebs hinsichtlich der Optimierung von Anlageneinstellungen zur Verbesserung der thermischen bzw. elektrischen Wirkungsgrade, zur Reduktion des Eigenstrom- und Betriebsmittelbedarfs sowie zur Verbesserung der Produkt- bzw. Pyrolysegaszusammensetzung

Auf Basis dieser Auswertungen werden in weiterer Folge Verbesserungsvorschläge ausgearbeitet und deren Umsetzung mit dem Anlagenbetreiber bzw. mit dem Anlagenlieferanten abgestimmt.

BIOS wendet im Rahmen von Anlagenmonitorings hauptsächlich folgende Strategien an:

• Langzeitmonitoring von Anlagen
• Testläufe mit begleitendem Monitoring zur gezielten Schwachstellenanalyse
• CFD-gestützte Nachsimulation einer Anlage auf Basis der im Rahmen von Testläufen und Bilanzierungen ermittelten Daten als Grundlage für eine fundierte Prozessbewertung

Langzeitmonitoring

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

Link zu Softwareentwicklung

Testläufe mit begleitendem Monitoring

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:

• Gaszusammensetzung
• Temperaturen und Volumenströme der Gase in den einzelnen Anlagenabschnitten
• Temperaturen im Konversionsreaktor und den nachgeschalteten Wärmetauschern
• Depositionsaufbau im Konversionsreaktor und den nachgeschalteten Wärmetauschern (mittel Depositionssonden)
• Korngrößenverteilung und Konzentration von Stäuben und Feinstäuben im Gas in unterschiedlichen Anlagenabschnitten
• Brennstoff- und Aschenprobenahmen zur nachfolgenden Analyse
• Teerprobenahmen aus Produkt- bzw. Pyrolysegasen zur nachfolgenden Analyse
• Detaillierte Analyse des produzierten Gases

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

CFD-gestützte Nachsimulation

CFD-Simulationen ermöglichen die räumlich aufgelöste Berechnung und Visualisierung der turbulenten, chemisch reaktiven Strömung in Biomassekonversionsanlagen. 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.

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

Link zu CFD Simulationen

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 des Biomassekonversionsreaktors bzw. von dessen Geometrie als Basis für Optimierungs- bzw. Nachrüstmaßnahmen

Damit können folgende Verbesserungen hinsichtlich des Anlagenbetriebes erreicht werden:

• Reduktion von zu hohen CO-/NO_x-Emissionen - Identifikation von Strähnenbildung und schlechter Gas-Durchmischung
• Reduktion von zu hohen Teer- bzw. Rußemissionen in Produktgasen bzw. Pyrolysegasen - Identifikation von Strähnenbildung und schlechter Gas-Durchmischung
• Einhaltung des korrekten Luftverhältnisses in einzelnen Reaktorzonen
• 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