Fliegender Wechsel

Ohne Leistungseinbruch auf anderen Brennstoff umstellen

Ohne Leistungseinbrüche gelingt der Wechsel von Erdgas auf Erdöl und umgekehrt - vorausgesetzt, es kommt die richtige Feuerungstechnik zum Einsatz. Eine SPS ist dafür nicht notwendig, wie die Bayerische Ray Energietechnik und die Lamtec zeigen.

23. November 2001

Die Umstellung einer modernen Industriefeuerungsanlage von Gas auf Ölbetrieb oder umgekehrt, ohne einen Leistungseinbruch für die Produktion, wurde bisher meist mit einer herkömmlichen, fehlersicheren SPS ausgeführt, mit entsprechend hohem Kostenaufwand für Hardware, Programmierung, Verdrahtung und TÜV-Abnahme.

Kürzlich realisierte die Bayerische Ray Energietechnik GmbH aus Garching bei München in Zusammenarbeit mit der Lamtec GmbH unter anderem bei der DSM Fine Chemicals Germany GmbH in Regensburg und in der Kartonfabrik Rieger GmbH & Co. KG in Trostberg einen gleitenden Brennstoffwechsel. Die Anforderung: Übergangslose Umstellung des Brennstoffes ohne die Produktion in den Betrieben bis zur Abnahme einer SPS stillzulegen. Verwendet wurde dafür das Feuerungs-Management-System FMS von Lamtec.

Die Option „Gleitender Brennstoffwechsel“ im Lamtec-FMS ermöglicht es, ohne Betriebsunterbrechung des Kessels von Öl auf Gas umzustellen. Dazu ist kein zusätzlicher, externer Schaltungsaufwand erforderlich. Es muss lediglich die Brennstoffauswahl am FMS umgeschaltet werden, alle weiteren Einstellungen nimmt dann das FMS selbständig vor. Während des Umschaltvorgangs steht die Kesselleistung immer zur Verfügung, selbst die Last des Brenners muss während des Umschaltvorgangs nicht fixiert werden. Wenn sich während der Umschaltung die Kessellast ändert, fährt der FMS die neue Lastanforderung aus und alle Stellglieder werden fehlersicher im Verbund verfahren.

Wie so ein automatischer Wechsel funktioniert, sei hier am Beispiel einer Umschaltung von Gas auf Öl beschrieben: Im FMS wird die Option „Gleitender Brennstoffwechsel“ über Parameter aktiviert. Durch Umschalten des Brennstoff-Auswahl-Signals wird der gleitende Wechsel eingeleitet. Die Gasmenge wird automatisch um die Grundlastleistung bei Öl reduziert. Dadurch entsteht ein Luftvorhalt, der genau der Luftmenge entspricht, die zum Zünden des zweiten Brennstoffs benötigt wird. Die Anzeigeleuchte „Gas“ am FMS beginnt zu blinken. Das Ölstellglied läuft in seine Zündposition.

Wenn die Zündkriterien für Öl alle vorhanden sind öffnen die Hauptventile Öl und das Öl entzündet an der bereits vorhandenen Hauptflamme Gas. Nun sind beide Brennstoffe simultan in Betrieb, die volle Kesselleistung ist wieder hergestellt. Jetzt wird langsam die Leistung des Brenners von dem einen Brennstoff auf den anderen verlagert. Dies geschieht so, dass nur soviel Leistung an Öl dazugefahren wird, wie an Gas gleichzeitig weggenommen wird. Dabei spielt die Stellgeschwindigkeit der Antriebe keine Rolle.

Intern wird das Mischungsverhältnis zwischen den beiden Brennstoffen zeitabhängig von 0% auf 100% verschoben. Falls sich die Lastanforderung nicht ändert, bleibt die Luft während des Umschaltens fast unverändert. Eine Änderung der Leistung während des Umschaltens wird jedoch jederzeit nachgefahren.

Das FMS berücksichtigt selbst den unterschiedlichen Luftbedarf für die Brennstoffe Öl und Gas. Je nach Gewichtung der Brennstoffe pendelt sich die Stellung für die Luftklappe zwischen dem Wert für reinen Ölbetrieb und reinem Gasbetrieb ein.

Öl fährt nun auf diese Art bis auf die angeforderte Leistung abzüglich der Grundlastleistung Gas. Gas fährt in seine Grundlast. Ist diese Position erreicht und die interne Zeit für die Umsteuerung abgeschlossen, werden die Gasmagnetventile geschlossen. Das Ölstellglied führt den dadurch entstandenen Luftvorhalt wieder aus und übernimmt die Brennerleistung alleine. Der gleitende Wechsel ist abgeschlossen. Beim Wechsel von Öl auf Gas wird (falls über Parameter aktiviert) vor Öffnen der Gasventile eine Dichtheitskontrolle durchgeführt. Sonst ist der Ablauf wie oben beschrieben.

Dazu sind diese schaltungstechnischen Voraussetzungen zu erfüllen:

x Öl- und Gassicherheitskette müssen unabhängig voneinander am FMS aufgelegt sein. Sie müssen gleichzeitig aktiv sein können.

x Öl- und Gasstellglied müssen auf separate Kanäle am FMS geführt sein, keine externe Umschaltung der Stellglieder.

x FMS mit vier Kurvensätzen kann nicht verwendet werden, da die Mischfeuerung automatisch den Kurvensatz 3 und 4 belegt.

Feuerungstechnisch sind folgende Bedingungen einzuhalten:

x Eine Umschaltung in einer Laststufe kleiner als Grundlast Öl und Gas führt dazu, dass die Brennerlast vom FMS auf diesen doppelten Grundlastwert angehoben wird, um die Umschaltung durchzuführen.

x Die Grundlast-Ölflamme muss sich in jeder Laststufe an der Gasflamme sicher entzünden und umgekehrt.

x Flammenstabilität muss gewährleistet sein

x Luftstellglieder nehmen während des gleitenden Wechsels Stellungen zwischen ihren Werten für Öl und Gas an. Vor allem bei Brennern mit gestufter Luftführung (zum Beispiel bei Lanzenbrennern oder bestimmte Arten von Druckzerstäuberbrennern) muss gewährleistet sein, dass der Brenner auch bei diesen Zwischenwerten stabil brennt.

Aufgrund der Erfahrungen eignen sich hierfür zum Beispiel Ray Rotationsbrenner, Gasbrenner sowie Kombinationsbrennersysteme der Baureihen EG, BGE und BGEC ab einer Feuerungsleistung von etwa 2.000 kW gut.

Auch ein permanenter Mischbetrieb, also das dauernde gleichzeitige Verfeuern von zum Beispiel Öl und Gas, ist möglich. Letztendlich erfüllt diese Brennerbaureihe in Duoblockbausführung neben den ebenfalls verfügbaren Monoblockbrennern in Verbindung mit einem geeigneten Kessel auch bereits die mit dem Entwurf zur Novellierung der TA-Luft geforderten verschärften Emissionsgrenzwerte (halbe TA-Luft)

Erschienen in Ausgabe: 10/2001