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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

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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

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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

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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

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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.