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Die Autoren: Arne Kröger Produktmanager Automatisierung, Endress+Hauser Sarah Caruso Marketing Manager Fieldbus, Endress+Hauser

Die RSMVA Basel (Regionale Sondermüllverbrennungsanlage) befindet sich im Besitz des Umweltdienstleisters Veolia Environement Paris, die mit mehr als 300 000 Mitarbeitern in 115 Ländern weltweit vernetzt ist. Sie wird von der Tochtergesellschaft Valorec Services AG betrieben und ist die größte Verbrennungsanlage ihrer Art in der Schweiz. 32 000 t Sondermüll werden dort jährlich verbrannt. Neben festen, pastösen und flüssigen, werden auch alle gasförmigen Sonderabfälle verwertet.

Das „Abfallprodukt“ der RSMVA besteht aus Energie in Form von Hochdruckdampf und Strom. Mit dem Dampf wird hauptsächlich das Novartis-Werk Klybeck versorgt. Daneben werden mit der Restabwärme der Anlage das große Einkaufszentrum Stücki in Basel und der Business Park Stücki mit Niedertemperaturwärme versorgt. Strom wird aus der Dampfturbine erzeugt und deckt etwa zwei Drittel des Eigenbedarfs der Anlage.

Doch nicht allein das Abfallmanagement steht im Fokus von Valorec. Zum Profil des Unternehmens zählt auch das Energiemanagement mit dem Betrieb der Novartis-Werke Klybeck, St. Johann und Schweizerhalle.

Durch die Verbrennung des Sonderabfalls entstehen giftige Rauchgase, die aufbereitet werden müssen, bevor sie für die Umwelt unschädlich emittiert werden. Um die Anteile an Schadstoffen und Treibhausgasen herauszufiltern, wird ein sechsstufiges Reinigungsverfahren angewendet. Die Reinigung besteht im Wesentlichen aus Filterung, Ad- und Absorption sowie katalytischer Umsetzung.

Im Anschluss an das sechsstufige Verfahren wird das Rauchgas durch die sogenannte DeNOx-Anlage geleitet. Hier werden Stickoxide (NOx) in einem Katalysator reduziert und abschließend die Abwärme der Abgase in einem Plattenwärmetauscher zurückgewonnen. Die Wärmerückgewinnung ist zur Aufheizung des einströmenden Gases vor dem Katalysator notwendig. Die Temperatur des in die DeNOx-Anlage einströmenden Rauchgases beträgt ca. +120 °C und muss auf mindestens +230 °C erhöht werden, damit die NOx-Anteile im Katalysator reduziert werden können. Zusätzlich zum Wärmetauscher sorgt ein Gasbrenner für die Erhitzung der Rauchgastemperatur.

In den Hohlräumen des Plattenwärmetauschers bilden sich mit der Zeit Ablagerungen, die den Wirkungsgrad des Wärmetauschers negativ beeinflussen. Eine weitaus größere Auswirkung haben Ablagerungen auf den Druckverlust der Rauchgasanlage, die mit einem Hochdruckgebläse (Antriebsleistung 650 kW) betrieben wird, und damit auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Bisher wurde lediglich der Differenzdruck zwischen Ein- und Ausgang des DeNOx-Prozesses gemessen. Somit war eine genaue Lokalisierung der Ablagerungen unmöglich und der Wärmetauscher musste komplett gereinigt werden, eine aufwendige und teure Prozedur.

Im Zuge der Investition in einen neuen Wärmetauscher wurde das Konzept zur Anlagenüberwachung neu überarbeitet. Mehrere Differenzdruckmessungen sollen eine genauere Aussage über die Ablagerungen im Wärmetauscher ermöglichen. Allerdings ist aufgrund des Kreuzstromverfahrens im Wärmetauscher der Zugang zu den Messstellen für die Differenzdruckmessungen schwierig und die Positionierung der Messgeräte gestaltet sich kompliziert. Zusätzlich sollen mehrere Temperaturmessungen installiert werden, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu ermitteln. Die Höhe der Anlage von ca. 30 m ist eine weitere Herausforderung, die bei der Lösung berücksichtigt werden muss. Die richtige Lösung basiert auf einer drahtlosen Messwertermittlung.

Die Größe der Anlage – im Wesentlichen der Wärmetauscher – erstreckt sich über vier Etagen. In jeder Etage befinden sich die Messstellen auf drei Seitenwänden des Wärmetauschers an verschiedenen Positionen. Dies vereinfachte die Entscheidung für WirelessHart, da die Verkabelung der Messstellen sehr aufwendig und mit Zeit und Kosten verbunden ist.

Der Lieferumfang von Endress+Hauser beinhaltete 17 WirelessHart-Adapter, ein WirelessHart-Gateway, sieben Druckmessgeräte, fünf Temperaturmessgeräte, die Vorkonfiguration der Adapter und des Gateways sowie den Factory-Acceptance-Test. Außerdem wurde die Integration ins Leitsystem und die Inbetriebnahme von E+H übernommen.

An den bereits installierten Temperatur- und Druckmessgeräten wurde jeweils ein WirelessHart-Adapter montiert. Zusätzlich kommen vier Adapter als Repeater zum Einsatz. Die Messungen und Übertragung der Daten an das WirelessHart-Gateway erfolgen in einem Intervall von 15 Minuten. Über Modbus RTU werden die Daten von einem ABB Controller AC 800F abgerufen und in der Leitwarte visualisiert.

Die Vorteile durch den Einsatz der Wireless-Technologie sind für den Anwender beträchtlich: Verdrahtungsaufwand sowie Engineering- und Dokumentationskosten wurden erheblich reduziert. Das System konnte innerhalb kürzester Zeit in Betrieb genommen werden und die Modbus-Konfiguration wurde sogar online durchgeführt.

Der Einsatz des WirelessHart-Portfolios von Endress+Hauser ermöglichte eine schnelle und unkomplizierte Umsetzung des Projektes. Trotz der dichten Anlageninfrastruktur (Behälter, Rohrleitungen etc.) funktioniert die drahtlose Kommunikation zwischen den Geräten einwandfrei. Das gesamte Projekt konnte innerhalb von zwei Wochen abgewickelt werden. Die Inbetriebnahme der Installation benötigte lediglich zwei Tage. Dank der Temperatur- und Druckmessungen über WirelessHART kann die RSMVA in Basel ihre DeNOx-Anlage nun genauer überwachen und einfacher warten. Durch den zeitlich und lokal optimierten Reinigungsprozess sind erhebliche Kostenreduktionen zu erwarten. Darüber hinaus verhindert die genauere Überwachung der Anlage mögliche Einschränkungen des Prozesses, sodass vorgegebene Emissionsgrenzwerte nicht nur eingehalten, sondern mit derzeit ca. 50 mg deutlich unterschritten werden.

Das WirelessHart-Netzwerk ermöglicht eine sehr einfache Einbindung von zusätzlichen Messstellen in das Leitsystem. So plant die RSMVA mit Endress+Hauser, vorhandene Durchflussmessgeräte, deren Daten bisher nicht im Leitsystem ausgewertet werden, per WirelessHart in das Leitsystem zu übertragen.

prozesstechnik-online.de/cav0913425

Die WirelessHart-Lösung von Endress+Hauser besteht aus einem zentralen Zugangspunkt für die drahtlos übermittelten Daten, dem Gateway, und den Adaptern. Letztere nehmen die Daten aus den Messinstrumenten auf und senden sie via Funk an das Gateway. Die Adapter lassen sich an jedes beliebige Feldgerät, das seine Informationen via Hart oder 4…20 mA zur Verfügung stellt, montieren. Durch die integrierte Batterie im Adapter kann das Feldgerät mit Energie versorgt werden, sodass ein Kabel nicht benötigt wird. Je nachdem, wie häufig die Informationen übertragen werden sollen und welches Messgerät versorgt wird, hält die integrierte Batterie über mehrere Jahre, bevor sie ausgewechselt werden muss. Der Austausch kann selbst in den explosionsgefährdeten Bereichen (bis Ex-Zone 1) durchgeführt werden.

Jeder Adapter kann Daten senden und empfangen, also auch Daten von anderen Teilnehmern weiterleiten. Hindernisse können durch den Einsatz des Adapters als Repeater überwunden oder umgangen werden. Dadurch wird ein vermaschtes Netzwerk aufgebaut und eine stabile Datenübertragung gewährleistet.

Der Netzwerkmanager im Gateway organisiert, über welche Teilnehmer im Netz die Daten geleitet werden. Er erkennt Veränderungen im Netzwerk und passt gegebenenfalls automatisch die Kommunikationspfade an. Dabei werden kontinuierlich zusätzliche Informationen aus den Adaptern bewertet, beispielsweise die Lebensdauer der Batterien und die Signalstärke.

Einen schnellen Zugriff auf Informationen über das Netzwerk ermöglicht auch der Webserver des Gateways. Über dessen webbasierte Oberfläche wird das Gateway auch konfiguriert, außerdem können Zuordnungen der Daten für den übergeordneten Zugriff vorgenommen werden.