Download als PDF - JUMO Mess- und Regeltechnik

SchwerpunktthemaWirtschaftlicheAlternative für morgenDie EU und explizit Deutschland haben im Jahre 2005 auf Grundlage desKyoto-Protokolls vom Dezember 1997 eine „Richtlinie zur Förderung der erneuerbarenEnergien“ verabschiedet. Damit will man erreichen, dass der Anteil vonStrom aus erneuerbaren Energien europaweit im Jahr 2010 mindestens 22%beträgt. Einen nicht unerheblichen Anteil der neu installierten Kraftwerksleistungbilden hier die Biogasanlagen. Bei den eingesetzten Rohstoffen wird nebennachwachsenden Rohstoffen (NaWaRos) immer mehr auf Bioabfälle gesetzt:Bioabfall aus dem Hausmüll und zunehmend Reste aus der Lebensmittelindustrie.Eingesetzte Mess- undRegeltechnik (MSR)Die eingesetzte MSR-Technik muss diebeiden Hauptanforderungen an Biogasanlagenunterstützen: Wirtschaftlichkeitund Prozesssicherheit.Wirtschaftlichkeit:Trotz heutiger Subventionen muss durcheine angepasste und ständig verbesserteProzessführung ein möglichstoptimaler Betrieb mit maximaler Ausbeutebei bestmöglicher Anlagenverfügbarkeitsichergestellt werden.Prozesssicherheit:Geruchsbelästigung, Trinkwasserbelastungund Explosionsgefahr sinddie wohl wichtigsten negativen Schlagworte,die man im Zusammenhangmit Biogasanlagen hören kann.Durch eine geeignete Auswahl derMSR-Technik können diese Faktorenauf ein Mindestmaß reduziert werden.Auswahl MSR-TechnikenTemperatur- und Druckmesseinrichtungensind heute in jeder Biogasan-Foto: Fachverband Biogas e.V.Funktion einerBiogasanlageDie eigentliche Biogasanlage erzeugtdurch Vergärung von nachwachsendenRohstoffen Biogas. In mehreren Gärstufenwird die Gasausbeute maximiert.Das so erzeugte, methanhaltigeBiogas wird für die nachfolgende Verwendungmehr oder weniger aufwändiggereinigt und aufbereitet. Ein Gasspeicherpuffert Produktions- und Verbrauchsschwankungen.Die verbreitete Nutzung des Gasesbesteht darin, dass in BlockheizkraftwerkenStrom erzeugt wird, der ins öffentlicheStromnetz eingespeist wird. DurchNutzung der anfallenden Wärmeenergiewird die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagendeutlich gesteigert. Hierzukann die Wärmeenergie in vorhandeneFern- und Nahwärmenetze eingekoppeltwerden oder auch die Abwärme,z.B. zur Beheizung von Gewächshäuserngenutzt werden.Ein weiterer Vorteil von Biogas bestehtdarin, dass es durch eine aufwändigeReinigungsprozedur auf die Qualitätvon Erdgas gebracht und somit auch indie öffentlichen Erdgasnetze eingespeistwerden kann.lage verbaut. Je nach Betreiber undAufstellungsland in der EU gibt es verschiedeneQualitäts- und Sicherheits-10

SchwerpunktthemaPrinzipbild einer Biogasanlagestufen. Begnügen sich manche Herstellermit einfacher Sensorik für Temperaturund Druck, fordern andere vollautomatischeAblaufprozesse und höchsteSicherheit mit explosionsgeprüfter Temperatur-und Drucksensorik nach ATEX.TemperaturmessungDie erzeugte Biogasmenge hängt vorallem vom Ausgangsstoff und von dessenpH-Wert, der Verweilzeit und derTemperatur ab.Die idealen Temperaturen für die Vergärungliegen bei 55°C (thermophileOrganismen), das lokale Optimum liegtbei 37°C (mesophile Organismen).In den Fermenterstufen werden wegender Schichtenbildung jeweils mehrereTemperaturfühlerTemperaturfühler benötigt. Abhängigvon den örtlichen Gegebenheiten undBedingungen werden unterschiedlicheAusführungen verwendet, z.B. einfacheKabelfühler zum Einbau in ein bauseitigvorhandenes Schutzrohr, beispielsweiseTyp 902105/10…In der Regel wird hier ein Zweidraht-Messumformer nachgeschaltet, umden Signalweg sicherer zu machen,Der AutorErwin Kolb ist stellvertretenderLeiter der JUMO-NiederlassungIngolstadtz.B. Typ 707031/991…, der in einAufbaugehäuse montiert ist, oder Ein-Quelle: Schmack Biogas AG, Schwandorfschraub-Widerstandsthermometer mitAnschlusskopf, Form BUZ mit Zweidraht-Messumformerund ATEX-Zulassung,wie Typ 902820/10…Die durch die Abwärme des Motorsentstehende Wärmeenergie kann inFern- und Nahwärmenetze eingespeistwerden. Mithilfe von Wärmemengenzählernwird die Wärmeenergie mitdem Endverbraucher abgerechnet.Die dafür benötigten Temperaturfühlerfür den Vor- und Rück- lauf sind im Lieferprogrammvon JUMO enthalten. Siehaben spezielle Bauartzulassungen,damit eine genaue Abrechnung dergelieferten Wärmeenergiemenge gewährleistetist.DruckmessungEine wichtige Meßgröße in einer Biogasanlageist der Druck. Je nach technischerAnforderung, Komplexität derAnlage und ggf. behördlichen Vorschriftenwird an den verschiedenstenStellen der Anlage Druck gemessen.Prozessdruck- und Differenzdruckmessumformer-Serie JUMO dTRANS p02Das beginnt bei der Vergärung derBiomasse im Fermenter, geht weiterbeim Transport und bei der Lagerungdes Biogases und endet schließlich beider Energieerzeugung in einem sog.Blockheizkraftwerk (BHKW). Für dieexplosionsgeschützte Druckmessung,meist im Bereich der Biogasentstehung,werden ATEX-zugelassene Druckmessumformerwie der JUMO dTRANS p33oder der JUMO dTRANS p02 eingesetzt.Durch die Verwendung verschiedener11

SchwerpunktthemaKompakte Druckmessumformer-SerieJUMO MIDASMaterialien und unterschiedlicher Prozessanschlüssekönnen die Geräteproblemlos an alle Messaufgaben angepasstwerden. Zur Durchflussmessungmit dem Wirkdruckverfahrenwerden Differenzdruckmessumformerdieser Baureihe eingesetzt.Auch bei der Energieerzeugung imBlockheizkraftwerk wird Druck gemessen.Dort kommen einfache Druckmessumformerder JUMO-MIDAS-Familie zum Einsatz. Die Druckmessumformerhelfen mit, die Verbrennungin den Zündstrahlmotoren zu optimierenund somit den Wirkungsgrad zuverbessern.Druckmessumformer für den Einsatz imEx-BereichEine höhere Motorlebensdauer undverringerte Emissionswerte sind weitereVorteile. Der Druck wird hierbei anverschiedenen Stellen erfasst, z.B ander Gasleitung, im Kühlwasser oderim Motoröl.FüllstandsmessungZur hydrostatischen Füllstandsmessungwerden Pegelsonden eingesetzt,sowohl in Standardausführung alsauch explosionsgeschützt. Sofern essich um aggressive oder abrasive Medienhandelt, bietet JUMO auch einebesonders robuste Variante mit Keramiksensorund Kunststoffgehäuse an,bei der keinerlei Metalle mit dem Mediumin Berührung kommen.Pegelmesssonde mit KunststoffgehäusepH-MessungNeben der Temperatur und demDruck ist in einem frühen Prozessschrittder pH-Wert ein weiterer wichtigerMessparameter. Tierische Exkremente(fester und flüssiger Mist) werden ineiner Vorgrube gesammelt und verdünnt,sodass sie pumpfähig werden.Diese flüssige Masse wird in den Fermentereingebracht, in dem unter optimalenVergärungsbedingungen einMaximum an Biogas erzeugt werdensoll. Die optimale Vergärung der flüssigenBiomasse ist bei neutralem bisleicht alkalischem pH-Wert (pH 7 – 8)gegeben. Zur Überwachung des pH-Wertes während der Fermentation istein pH-Messumformer in einem Vor-Messumformer/Regler JUMO AQUIS 500,Wechselarmatur und Industrie-pH-ElektrodeOrt-Gehäuse ideal in der Nähe desFermenters zu installieren, z.B. derJUMO AQUIS 500 pH.Die Ausgangssignale des Messumformerskönnen auf eine zentrale Warteaufgeschaltet und hier überwacht werden.Als pH-Sensor eignet sich einerobuste Industrieelektrode mit Ringspalt-oder PTFE-Ring-Diaphragmaund einem festen Bezugselektrolyten.Die entsprechende Bauform desJUMO tecLine-pH-Sensors erlaubteine sichere Messung mit langen Wartungsintervallen.Zum Kalibrieren bzw.Reinigen der Elektrode ist eine Wechselarmaturzu empfehlen. Diese erlaubtdie Entnahme des Sensors auchbei gefülltem Fermenter. In der einfachstenund robustesten Form bietetsich die Wechselarmatur Typ 202822an, diese wird per Hand bedient.ZusammenfassungDie noch relativ junge Branche der Biogasanlagen-Herstellerist naturgemäßeinem sehr schnellen Technologiewandelunterworfen. Zudem muss dieBranche mit einer instabilen Förderpolitikder EU und der Nationalstaatenzurechtkommen.Weiter werden die Anforderungen derAbnahmebehörden an die ATEX-Bereichedie es umzusetzen gilt, immerumfangreicher.Neue erschließbare Rohstoffe ausfindigzu machen – sowohl im NaWaRo- alsauch aus dem Bioabfallbereich – bleibtständige Aufgabe der Hersteller undPlaner. Für den Bereich der Mess- undRegeltechnik bedeutet dies auch wiedereinen steten Wandel der Anforderungenan die eingesetzen Produkte.Weitere Info:Internet: http://JI50-03.jumo.infoTel.: +49 9665 915-556E-Mail: erwin.kolb@jumo.net12