Biomasse-Heizkraftwerke (BMHKW) erzeugen aus biogenen Feststoffen elektrische Energie – und zusätzliche Wärme, die sich effizient nutzen lässt. Für einen reibungslosen Verbrennungsprozess muss die Masse im Vorfeld mechanisch aufbereitet werden, um eine störstofffreie, homogene Einheit zu erhalten. Dafür liefert Vecoplan Anlagen, die das unterschiedliche Material lagern, dosieren und fördern. Der Maschinenbauer passt diese an die jeweilige Anwendung maßgeschneidert an – zum Beispiel bei Burmeister & Wain Scandinavian Contractor A/S. Für den dänischen Hersteller und Betreiber von BMHKW konzipierte Vecoplan an fünf Standorten je eine individuelle Beschickung und Aufbereitung der Brennstoffe.
In Biomasse-Heizkraftwerken (BMHKW) verbrennen in Kesseln bei über 1.000 Grad Celsius naturbelassene Holzhackschnitzel, Altholz, Agrarabfälle oder Astschnitte und erhitzen damit Wasser. Der entstehende Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Dabei bleibt Dampf übrig, der über Wärmetauscher Fernwärme-Wasser aufheizt. Somit wird die Energie der Biomasse doppelt genutzt: einmal für die Stromerzeugung und einmal für die Wärmegewinnung. Aus erneuerbaren Quellen wie dieser, aber auch aus Wind, Wasser und Photovoltaik wurden 2016 in Deutschland rund 13 Prozent der gesamten elektrischen Energie gewonnen, knapp 80 Prozent aus fossilen Brennstoffen wie Öl, Gas oder Kohle und etwa sieben Prozent aus Kernkraft.
„Um den steigenden Strombedarf weltweit abdecken zu können, werden erneuerbare Energien immer wichtiger. Öl neigt sich dem Ende zu und ist außerdem noch teuer, die Verbrennung von Kohle verursacht Treibhausgase, Atommüll ist problematisch zu entsorgen“, nennt Ralf Rosenkranz drei Beispiele. Er ist Vertriebsingenieur bei der Vecoplan AG. Das Unternehmen mit Sitz in Bad Marienberg im Westerwald entwickelt und fertigt Maschinen und Anlagen für die Ressourcen- und Recyclingwirtschaft.
Bei den regenerativen Energieträgern spielt jedoch die Verfügbarkeit eine große Rolle: Wind- und Wasserkraft lassen sich nicht überall nutzen, Photovoltaik ist stark von der Sonneneinstrahlung abhängig. Um also Elektrizität zuverlässig und kontinuierlich zu erzeugen, nimmt die Bedeutung biogener Brennstoffe weiter zu, denn gerade Altholz ist kurz-, mittel- und langfristig in ausreichenden Mengen verfügbar. Die Hauptmärkte für BMHKW befinden sich aktuell noch in Europa – Afrika, die USA und Asien sind jedoch stark im Kommen.
Effiziente Aufbereitung vor der Verbrennung
Damit steigen die Anforderungen an die Heizkraftwerke, die eine wachsende Menge an elektrischer Energie bereitzustellen haben. Sie müssen zuverlässig, effizient und betriebssicher arbeiten, und das oft rund um die Uhr an sieben Tagen in der Woche. Für reibungslose und wirtschaftliche Verbrennungsprozesse sind die biogenen Feststoffe im Vorfeld zu homogenisieren, also vor der Verbrennung mechanisch aufzubereiten. „Das Aufgabematerial kann zum Beispiel einen sehr hohen Wassergehalt aufweisen. Auch befinden sich oft eisenhaltige Fremdstoffe wie Nägel oder Resthölzer mit Überlängen in der Masse. Diese können die Maschinen beschädigen und den Brennprozess stören“, erklärt Rosenkranz.
Vecoplan entwickelt die erforderlichen Anlagen und Komponenten, um dies zu verhindern. Zu den Aufgaben des Maschinenbauers gehören auch Dienstleistungen wie Planung, Beratung, ein ganzheitliches Projektmanagement, ein umfassender Service sowie Montage-, Inbetriebnahme- und Wartungsarbeiten. Damit kann das Unternehmen aus dem Westerwald seine Technik an die jeweilige Anwendung anpassen. „Biomasse-Heizkraftwerke sind in der Regel für den langfristigen Betrieb ausgelegt“, berichtet der Vertriebsingenieur. „Für jedes Werk ist genau definiert, welcher Brennstoff zum Einsatz kommen soll.“ Die Materialart ist dann zwar bekannt, ihre Quellen und damit die Qualitäten können sich jedoch unterscheiden, vor allem wenn Transportdienstleister die Biomasse nicht immer von denselben Anbietern liefern.
Frei von Störstoffen
Kommt die vorzerkleinerte Biomasse bei den BMHKW an, bietet Vecoplan für die Materialannahme je nach Austrag verschiedene Komponenten wie Zugböden, Bunker oder das patentierte Lagersystem Toploader. Dieses wird zum Beispiel von Lkw-Sattelaufliegern, Kippcontainern oder Radladern von der offenen Seite auf ebener Bodenfläche befüllt. Die Austragung erfolgt auf der gegenüberliegenden Seite über eine schräge Rampe auf die nachfolgende Fördertechnik.
In den meisten Fällen wird der Brennstoff in den Größen P63 oder P100 gefordert. Damit beträgt die maximale Länge der Partikel weniger als 200 oder 250 Millimeter. Um eine homogene Masse zu erhalten, müssen Fremdkörper wie Metalle oder Mineralien entfernt werden. Dazu installiert Vecoplan Magnete in den Linien, die eisenhaltige Metalle wie Schrauben oder Nägel aus der Masse ziehen. Je nach Material sind auch Nichteisenabscheider in die Linie integriert.
„Beispielsweise kann ein hoher Aluminiumanteil den Verbrennungsprozess erheblich stören“, beschreibt Rosenkranz. Um die Biomasse von überlangen Holzlatten zu trennen, kommen Scheiben- oder Sternsiebe zum Einsatz. Die aussortierten Überlängen gelangen direkt zu langsam laufenden Ein- oder Doppelwellenzerkleinerern der Baureihen VAZ oder VNZ. Diese arbeiten besonders energieeffizient.
Meist transportieren offene Muldengurt- oder geschlossene Kratzkettenförderer die aufbereitete Biomasse. „Bei den Kratzkettenförderern verläuft eine endlose Kette mit Mitnehmern in einem geschlossenen Trog. Je nach Art der Mitnehmer und des Trogs können sie das Material horizontal, ansteigend oder vertikal bewegen. Für die Lagerung liefert Vecoplan angepasst an das geforderte Volumen verschiedene Systeme wie Zugböden, Be- und Entladeförderer, Toploader, Betonsilos oder Freilager. „Wir dimensionieren alle Komponenten der Aufbereitungslinie entsprechend der Annahmezyklen und dem Brennstoffbedarf“, beschreibt der Vertriebsingenieur.
Individuell abgestimmte Technik
Darauf vertraut auch Burmeister & Wain Scandinavian Contractor A/S. Der dänische Hersteller und Betreiber von Biomasse-Heizkraftwerken hat Vecoplan beauftragt, an fünf Standorten in Großbritannien je eine individuelle Beschickung und Aufbereitung von Frisch- und Altholz zu konzipieren. „Wir haben das Engineering übernommen, die Maschinen und die elektrischen Steuerungen geliefert, uns um den Stahlbau und die Montage gekümmert und anschließend die Mitarbeiter unterwiesen“, beschreibt Rosenkranz.
Neben einer hohen Verfügbarkeit stellte die technische Sicherheit eine besondere Herausforderung dar. Einer der Standorte befindet sich in Snetterton in der englischen Grafschaft Norfolk. Um das bereits zerkleinerte Schüttgut sicher abkippen zu können, setzte Vecoplan Pendelstabböden ein: Die aufgehängten Stäbe ermöglichen einen gleichmäßigen und steuerbaren Fluss des schütt- und rieselfähigen Materials mit einer maximalen Korngröße von 40 Millimetern auf die Entnahme-Station. Klumpiges Material wird durch die pendelnden Streben geschleust und die Staubentwicklung durch die geringe Fallhöhe reduziert.
An drei anderen Standorten erfolgt die Materialannahme über Schubböden. Von dort aus gelangt die Biomasse entweder in eine Vibrorinne, die als Austragsförderer dient, oder sie geht direkt auf ein Förderband. Im fünften Werk kommen Dosierförderer zum Einsatz: Als Zwischenbunker können diese unterschiedlichen Materialien in genauen Mengen auf die Fördertechnik aufgeben. Um Fremdstoffe auszusortieren, sind die Linien in allen Werken mit Magneten und Nichteisenabscheidern ausgerüstet. Über Kratzkettenförderer gelangt die Masse jeweils zu Stern- oder Scheibensieben. Um sicher zu sein, dass die Qualität stimmt, werden zum Beispiel in Snetterton auch automatisch Proben entnommen.
Hier wird – anders als in den anderen BMHKW – das Material in Boxen zwischengelagert. Ausgestattet sind diese mit Be- und Entladeförderern: Ein steuerbarer, an Stahldrahtseilen aufgehängter Verteil- und Austragsförderer befüllt und entleert die Behälter gleichmäßig. Mit einem Fahrwerk lassen sich die beiden nebeneinander liegenden Lagerboxen handhaben. Förderschnecken und Kratzkettenförderer transportieren die Biomasse weiter zum Kessel. „In einem der Werke haben wir außerdem die Beschickung des Trockners umgesetzt“, sagt Rosenkranz. Das Material wird über einen Schubboden angenommen, der Trockner über Förderschnecken und Kratzkettenförderer beschickt. Die Trocknerentsorgung übernimmt ebenfalls ein Kratzkettenförderer.
Aus einer Hand – ein Ansprechpartner
Bei der Ausstattung der neuen Biomasse- Heizkraftwerke vertraute Burmeister & Wain ganz auf Vecoplan. Konzeption, Planung und Umsetzung erfolgten nahezu zeitgleich aus einer Hand. Damit war nur ein Ansprechpartner für alle Projekte zuständig. Besprechungen ließen sich zusammenlegen, Mitarbeiter für die Montage und Inbetriebnahme bedienten mehrere Baustellen, Ersatz- und Verschleißteile passen in alle Vecoplan-Anlagen. „Für jeden Standort haben wir eine effiziente und maßgeschneiderte Lösung entwickelt“, beschreibt Rosenkranz. „Wir konnten zudem die landestypisch strengen Qualitätsstandards erfüllen sowie die hohen Ansprüche an Projektabwicklung und Dokumentation.“
www.vecoplan.de