Höchste Verlässlichkeit

pH-Wertmessung in der Müllverbrennungsanlage

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13.09.2017 Klimaneutrale Energieerzeugung ist für MVV Energie in Mannheim das A und O. Derzeit gehört das Unternehmen mit dem deutschlandweiten und internationalen Betrieb abfallgefeuerter Kraftwerke und Biomassekraftwerke zu den Führenden der Branche.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Mit steigendem Umweltbewusstsein und verschärften Gesetzen erhöht sich die Komplexität in Rauchgaswäschern und somit die Anforderung an technische Hilfsmittel.
  • Mit dieser Herausforderung sah sich auch der Betreiber einer Müllverbrennungsanlage konfrontiert. Die Lösungsfindung war dabei nicht einfach und mit verschiedenen Anfangsschwierigkeiten verbunden.
  • Am Ende stand eine automatisierte Wechselarmatur, die sich einfach via Plug-and-play installieren lässt und sich aufgrund ihres Designs gerade für anspruchsvolle Applikationen wie die Rauchgas-Reinigung eignet.

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Zu Beginn spielten Umweltaspekte in der Müllverbrennungsanlage keine Rolle – dann wurde die Rauchgasreinigung Pflicht. Bilder: Exner

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Der pneumatische Antrieb ermöglicht es, den Sensor bei laufendem Prozess ein- und auszufahren.

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Mit der elektro-pneumatischen Steuereinheit können Betreiber den Sensor im Plug-and-play-Prinzip installieren.

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Detlef Exner und Hürsan Erol in der Müllverbrennungsanlage in Mannheim.

Vertreten an mehreren Standorten in Deutschland und Großbritannien, verwertet der Betreiber jährlich etwa 2 Mio. t Abfälle, die sowohl aus Gewerbe- als auch Restabfällen von rund 20 Gebietskörperschaften stammen. Das Erzeugen von Wärme und Strom aus Abfällen vermindert dabei nicht nur den Einsatz fossiler Rohstoffe, sondern erzeugt gleichzeitig umweltfreundliche Energie. Die Marktposition in diesem Geschäftsfeld will das Unternehmen in Zukunft weiter ausbauen.

Umweltschutz schafft neue Herausforderungen

Der erwähnte Umweltaspekt stand jedoch nicht immer im Vordergrund: Als das Mannheimer Kraftwerk im Jahr 1964 in Betrieb ging, verzichtete das Unternehmen zunächst auf eine Rauchgasreinigung. „Die Entfernung von Schwefel- und Stickstoffdioxid, Chlorwasserstoff und des Reststaubs, in dem toxische Schwermetalle enthalten waren, war damals noch uninteressant. Umweltrelevante Werte in den Abgasen wurden selten gemessen. Erst mit Inkrafttreten des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (17. BImSchV – Verordnung über die Verbrennung und die Mitverbrennung von Abfällen) und mit fortschreitender Verschärfung der Grenzwerte für beispielsweise den NO2-Gehalt, erfolgte der Bau einer Rauchgasreinigungsanlage im Jahr 1986“, erklärt Hürsan Erol, Laborleiter der MVV. Mit dem Errichten der Anlage ging auch die Einführung regelmäßiger Kontrollen und Messungen einher. Die Methoden zur pH-Wertmessung wurden im Laufe der Zeit ständig reflektiert und verbessert.

Die ersten Messverfahren

Zu Beginn setzte der Betreiber eine Umwälzleitung mit hohem Druck (circa 5 bis 6 bar) ein, bei der eine Stichleitung große Messtöpfe mit dem Druck beaufschlagte. Dies führte allerdings zu enormem Elektrodenverschleiß. Zudem gab es keine automatische Reinigung, sodass das Personal häufig manuell reinigen musste. Später setzte das Unternehmen Blenden ein, um die Sensoren zu schützen. Durch die aggressive Wirkung der Suspension verschlissen diese jedoch ebenfalls sehr schnell. Eine Kalibrierung hätte theoretisch einmal pro Woche erfolgen sollen, in der Praxis waren diese jedoch zum Teil drei- bis viermal wöchentlich notwendig. Im Zuge der Reinigung und Kalibrierung kamen die zuständigen Mitarbeiter oftmals mit heißer Suspension in Kontakt, verursacht durch Undichtigkeiten und den hohen Verschleiß aller eingesetzten Teile. Während im Hauptwäscher ein pH-Wert von circa 5 bis 6 vorlag, hatten sie beim Vorwäscher unter Umständen mit Säuresuspension zu kämpfen. Später zogen die Verantwortlichen in Betracht, die Messung direkt im Wäscher auszuführen. Es kamen automatische Armaturen mit pneumatischen Rückmeldern zum Einsatz. Jedoch war der Verschleiß aufgrund der extremen Prozessbedingungen und den daraus resultierenden Undichtigkeiten auch hier sehr hoch. Teilweise waren die eingesetzten Armaturen nach wenigen Einsatzwochen derart angegriffen, dass es notwendig war, den gesamten Wäscher für die Reparatur abzulassen. Für kurze Zeit experimentierten Erol und seine Kollegen außerdem mit einem Verfahren mit automatischer Kalibrierung. Allerdings zeigte sich auch dieser Versuch wenig erfolgreich. Durch die schwierigen Prozessbedingungen und dem daraus resultierenden hohen Verschmutzungsgrad der Sensoren war die Reinigung der Sensoren in der Spülkammer nicht ausreichend. Dadurch kam es zu Verfälschungen der Pufferlösungen während der automatischen Kalibrierung und in der Folge zu starken Fehlkalibrierungen. „Egal welches Verfahren wir versuchten, es kam keine Ruhe in den Prozess. Es war insgesamt extrem aufwendig und kostenintensiv“, erinnert sich Erol.

Wechselarmatur erfüllt Anforderungen

Die Lösung fand sich 2008 durch den Einsatz einer automatisierten Wechselarmatur mit Reinigungssteuerung aus der Armaturenfamilie Extract der Firma Exner Process Equipment, welche heute noch immer im Einsatz ist. Die Wechselarmaturen sind mit einem pneumatischen Antrieb ausgestattet und funktionieren wie ein Schleusensystem, in dem der pH-Sensor von der Messposition in die Serviceposition gefahren wird. Sie ermöglichen dem Anwender einen pH-Sensor in den Produktionsprozess einzuführen und wieder zu entnehmen, ohne den Prozess zu unterbrechen. Die Bedienung durch den Anwender kann dabei unter vollen Prozessbedingungen, also bei vollem Druck und voller Temperatur, erfolgen. Während der Sensor in der Serviceposition verweilt, wird er in der patentgeschützten Spülkammer gereinigt. Alternativ ist es bei Prozessunterbrechungen oder in Medien, die den Sensor bei langer Einwirkzeit zerstören könnten, möglich, den Sensor in der Kammer sicher aufzubewahren und zu wässern. Die automatisierte und mit hoher Regelmäßigkeit durchgeführte Reinigung beseitigt bereits leichte Beläge am Sensor und vermeidet so das Entstehen starker Verkrustungen von Anfang an. Dadurch reduziert sich auch gleichzeitig der manuelle Wartungsaufwand. Abgedichtet sind die Systeme mithilfe von betriebsbewährten, robusten Spezialdichtungen aus PTFE.

Mit Sicherheit einfach

Die Bedienung der Armatur erfolgt über die elektro-pneumatische Steuereinheit Exmatic 460 mit integriertem Anschlussschlauch für eine Plug-and-play-Installation. Die Vorteile der aktuellen Lösung durch Einsatz der Armatur liegen für den Laborleiter Hürsan Erol auf der Hand: Trotz der schwierigen Bedingungen einer Rauchgaswäsche in einem Müllverbrennungsprozess ist durch die robuste Armatur und die langlebigen Dichtungen sowohl die Sicherheit für den Bediener als auch für den pH-Sensor gewährleistet. Die in der MVV Mannheim eingesetzten Armaturen sind seit neun Jahren mit nur einem Dichtungswechsel pro Jahr durchgehend im Einsatz. „Ich bin froh, ein pH-Messsystem gefunden zu haben, welches meine Probleme löst und keine neuen schafft“, fasst Erol daher zusammen.

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Heftausgabe: September 2017
Detlef Exner,  Geschäftsführer, Exner Process Equipment

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