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KREISEL GmbH & CO. KG Mühlenstraße 38 02957 Krauschwitz • GERMANY HRA-Nr. 1434 beim AG Dresden Komplementär: Verwaltungsgesellschaft KREISEL GmbH HRB-Nr. 8372 beim AG Dresden Geschäftsführer: Dipl.-Betrw. Wolfram Kreisel
Phone: +49 35 77 1 98 0 Fax: +49 35 77 1 60 798 Commerzbank Görlitz BLZ: 850 400 00 • Kto-Nr.: 305 835 100 IBAN: DE70 8504 0000 0305 8351 00 BIC/SWIFT: COBA DE FF 850
USt.-IdNr.: DE 157 363 811 Str.-Nr.: 207/157/15806 Deutsche Bank AG Weißwasser BLZ: 120 700 00 • Kto.-Nr.: 5 600 473 IBAN: DE36 1207 0000 0560 0473 00 BIC/SWIFT: DEUT DE BB 189
Mail: [email protected] Web: www.kreisel.eu UniCredit Bank AG Cottbus BLZ: 180 200 86 • Kto-Nr.: 7 913 940 IBAN: DE95 1802 0086 0007 9139 40 BIC/SWIFT: HYVE DE MM 472
KREISEL – Schüttgut besser bewegen
KREISEL GmbH & Co. KG • Mühlenstraße 38 • 02957 Krauschwitz
Erweiterung des KREISEL Schüttgut - Technikums
Thema
Pelletförderung
Verfasser: Stefan Steinert Berichtszeitraum: 24.08.2016 bis 16.11.2016
Abbildungsverzeichnis
1
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis .................................................................................................................. 2
Tabellenverzeichnis ...................................................................................................................... 2
1 Einleitung ............................................................................................................................. 3
2 Erweiterung des Schüttgut - Technikums ............................................................................... 4
2.1 Aufbau und Realisierung ......................................................................................................... 4
2.2 Versuchsdurchführung .......................................................................................................... 10
3 Ziele und Ausblick ............................................................................................................... 11
Abbildungsverzeichnis
2
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1-1: Schüttgut-Technikum der Fa. KREISEL ............................................................................ 3
Abbildung 2-1: Förderleitung DN200 ...................................................................................................... 4
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 ......................................................................................... 10
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Technische Daten - Eintragszellenradschleuse ....................................................................... 6
Tabelle 2: Technische Daten - Gebläse ................................................................................................... 8
Einleitung
3
Abbildung 1-1: Schüttgut-Technikum der Fa. KREISEL
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 kön-
nen im Technikum das Verhalten ver-
schiedenster Schüttgüter untersuchen.
Im Technikum sind die Hauptkompo-
nenten 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 Verfü-
gung, die einen Förderdruck bis zu 1 bar
und Luftvolumenströme bis zu 900 m³/h
ermöglichen. Entlang der Förderleitun-
gen dienen 24 Drucksensoren der
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.
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
4
2 Erweiterung des Schüttgut - Technikums
Das Schüttgut – Technikum ist für staubförmige Schüttgüter konzipiert, welche einen Durchmesser
von max. dp50 = 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 erwei-
tern.
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 zurück-
gegriffen. Ein Stammlieferant der Fa. KREISEL stellte diese Leitungen kurzfristig zur Verfügung. Diese
wurden in Teilstücken von jeweils 2.000 mm in der
Größe DN200 verwendet. Verbunden sind die
Leitungselement mit Spannringen und Bördeldich-
tungen, 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
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
5
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 ent-
nommen werden. Hierbei handelt es sich um eine hochverschleißfeste Zellenradschleuse mit Kera-
mikauskleidung. Aufgrund des geringen Energiebedarfs und der hoch verschleißfesten Auskleidung
ist dieses Aggregat bestens für die Einschleusung von Schüttgut in pneumatische Förderleitungen
geeignet.
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
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Tabelle 1: Technische Daten - Eintragszellenradschleuse
Benennung Wert
Typ ZSC 320 x 315 – 11 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 Einfüll-
hilfe. Über der Eintragszellenradschleuse ist eine weitere Zellenradschleuse mit einem großen Spalt
zwischen Zellenrad und Gehäuse angeordnet, welche als Zuteiler fungiert. Die Drehzahlen der Zellen-
radschleusen 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.
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
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Abscheidung des Materials
Nach der eigentlichen Förderung muss das Material aus dem Luftvolumenstrom abgeschieden wer-
den. 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.
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
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Förderluft
Zur Förderung des Materials muss ein ausreichender Volumenstrom zur Verfügung stehen. In Abhän-
gigkeit 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) 1.740 – 5.580
Max. Druckerhöhung (mbar) 1.000
Leistung (kW) 21,3 - 178
Gewicht 7.200 kg
Anschluss DN250
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
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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
Erweiterung des Schüttgut - Technikums
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2.2 Versuchsdurchführung
Die Messstrecke kann mit verschiedensten Schüttgütern betrieben werden. Vorzugsweise ist stücki-
ges Gut zu bevorzugen, welches sich leicht im Zyklon abscheiden lässt. So kamen bei den durchge-
führten 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 durchzu-
führen. 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 zwi-
schen 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 mini-
miert.
Nach der Einschleusung werden die Partikel von der Transportluft, welche vom Gebläse zur Verfü-
gung 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.
Ziele und Ausblick
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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 Verfü-
gung. Auch andere Komponenten-Hersteller können ihre Komponenten im Technikum unter realisti-
sche 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.