Prozessautomation erhöht den Wirkungsgrad

Soweit bekannt, ist das Kraftwerk Kymijärvi II in Lahti, Finnland, das sich ca. 100 km nördlich von Helsinki befindet, das weltweit erste Vergasungskraftwerk, das heutzutage ungefähr zu 50 % mit Ersatzbrennstoffen (EBS) und zu 50 % mit Biomasse betrieben wird. Im Januar 2012 wurde mit den Testläufen begonnen und die offizielle Einweihung erfolgte am 8. Mai 2012. Das Kraftwerk erzeugt 50 MW Strom für das nationale Stromnetz und 90 MW Fernwärme für die Stadt Lahti und ihre Umgebung. Kymijärvi I wird seit 1998 mit vergaster Biomasse und EBS als Ergänzungsbrennstoff betrieben. Die im Lauf der Jahre gewonnenen positiven Erfahrungen motivierten Lahti Energy zu dem mutigen Schritt, 160 Mio. Euro in ein neues Kraftwerk zu investieren, das teils mit vergasten EBS betrieben wird.

Der Brennstoff besteht aus verschiedenen Arten von industriellem, gewerblichem und Baustellenabfall. In geringerem Umfang wird auch Hausmüll genutzt. Zulieferer sortieren aus brennbaren Abfällen Ersatzbrennstoffe, die von Lahti Energy erworben werden. Die EBS werden in einem von Metso konzipierten Vergaser mit Wirbelschichttechnologie in Gas umgewandelt, das dann gekühlt und gereinigt wird. Das saubere Produktgas wird in einen Dampfkessel geleitet, um Dampf für die Dampfturbine zu erzeugen. Noch niemals zuvor wurden in einem solch großen Umfang EBS vergast. Die neue Anlage bietet einen sehr hohen Wirkungsgrad, da bis zu 87 % der Brennstoffenergie in Elektrizität und Wärme umgewandelt werden können. Auf diese Weise ersetzt Lahti Energy 170 000 t Kohle. Zudem werden 410 000 t/a durch die Kohle erzeugten CO2-Emissionen auf 110 000 t/a reduziert.

Metso lieferte nicht nur die Technologie für Wirbelschichtvergasung, Gasreinigung und -kühlung, Dampfkessel- und Umweltschutzsystem, sondern auch das umfassende Automatisierungssystem für das gesamte Kraftwerk. Das Metso-DNA-Automatisierungssystem sorgt für eine gleichmäßige Erzeugung von Elektrizität und Wärme. Da im Kraftwerk Kymijärvi I bereits DNA genutzt wurde, war es für Lahti Energy naheliegend, für Kymijärvi II die gleiche Automatisierungslösung zu wählen. Beide Kraftwerke werden jetzt über eine einzige Hauptleitwarte gesteuert. Die Operateure können die Prozesse auf großen Monitoren und Videobildschirmen verfolgen. Der Prozess lässt sich in der Leitwarte oder in der Anlage steuern. Zu Wartungszwecken steht außerdem eine mobile Leitstation zur Verfügung. Das Automatisierungssystem steuert alle Teilprozesse, z. B. Brennstoffaufnahme, zwei Vergaser, Gasreinigungsleitungen, Gasverbrennung, die Wasseraufbereitungsanlage, die Turbine und ihre Zyklen sowie die Erzeugung von Fernwärme. Es nutzt die zuverlässige und flexible Application-and-Control-Nodes (ACN)-Technologie. Die grundlegende Instrumentierung erfolgt mit Metso-E/As, wohingegen für die elektrischen Steuerungen und Motorsteuerungen Profibus verwendet wird. Es gibt Verbindungen mit dem Turbinensteuerungssystem, dem Heißdampffilter und der Gebäudeautomatisierung. Das Kraftwerk Kymijärvi I umfasst 8000 E/As und das Kraftwerk Kymijärvi II 5.000 E/As.

Das Kraftwerk Kymijärvi II beherbergt das eintausendste Metso-DNA-Informationsmanagementsystem. Durchschnittlich werden jede Stunde zwei Lkw-Ladungen EBS in das Kraftwerk transportiert, insgesamt bis zu 250 000 t/a. Für den Vergasungsprozess und die Effizienz der Kraft-Wärme-Kopplung sind korrekte Informationen über die sehr variablen EBS von größter Bedeutung. Zu diesem Zweck ist ein eigener Leitstand vorhanden. Das Metso-DNA-System ist mit der Brückenwaage, der Zugangskontrolle, dem Entladeprozess und der Brennstoffprobenahme verbunden. Alle gesammelten Informationen werden in der Datenbank des Kraftwerks gespeichert und für die Planung der Prozesse, das Nachverfolgen finanzieller Aspekte und die Verknüpfung mit Laboranalysen verwendet. Dies erhöht die Effizienz des Kraftwerks.

Das Informationssystem umfasst das Tool DNA Historian für die Erfassung und Berechnung von Daten sowie webbasierte Berichterstellungstools, z. B. DNA Report und DNA Report Diary. Letzteres ermöglicht den Austausch von Informationen über Prozessereignisse zwischen den Anlagenführern und Wartungsmitarbeitern. Alle Tools können in der Leitwarte und in der Büroumgebung verwendet werden.

Die DNA-Plant-Management-Anwendungen decken den gesamten Prozess ab, von der Brennstoffbehandlung über die Vergasung bis zu den Dampfkesseln und der Turbine. Dazu zählen beispielsweise umfassendes Produktionsmanagement mit entsprechender Berichterstattung, Brennstoffdatenmanagement, Vergasungsüberwachung und Emissionsüberwachung entsprechend den Berichtsanforderungen der Behörden. Mit den vom System gelieferten Echtzeitinformationen kann das Kraftwerk die Prozesse überwachen, die Ursachen von Störungen ermitteln und proaktiv erforderliche Maßnahmen ergreifen. Das System erleichtert außerdem die Instandhaltungsplanung sowie den Austausch von Informationen im gesamten Unternehmen.

Im Vergasungsprozess spielt die Sicherheit eine wichtige Rolle. Es gibt drei Sicherheits-Automatisierungslogiken und der Dampfkessel weist ein eigenes Sicherheitssystem auf. Alle Sicherheitssysteme und die Verbindungen zwischen ihnen werden durch DNA überwacht. Um die Verfügbarkeit des Kraftwerks zu steigern, die Instandhaltungsplanung zu verbessern und unerwartete Maschinenausfälle zu verhindern, überwacht das Kraftwerk mit dem Zustandsüberwachungssystem von Metso den Zustand seiner Dampf- und Gasturbinen, Luftfilter und weiterer Komponenten. An fast 200 Messpunkten werden die Schwingungen an Wellen und Lagern gemessen. Im Kraftwerk Kymijärvi II befinden sich ca. 100 Neles-Reglerventile und Neles-On/Off-Ventile. Dazu gehören beispielsweise Notabschaltventile der Größe DN 900 an schwierigen sicherheitsrelevanten Positionen, z. B. in Brennern.

Das Vergasungsprojekt Kymijärvi II war nur eines von vielen erfolgreichen Projekten, die gemeinsam von Lahti Energy und Metso Automation durchgeführt wurden. Die Zusammenarbeit begann 1998, als Metso für die Vergasungsanlage von Kymijärvi I ein Damatic-XD-Steuerungssystem lieferte. Im Jahr 2008 wurde ein Upgrade des Systems auf die Automatisierungsplattform DNA durchgeführt. Und jetzt, nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des neuen Kraftwerks, ist ein Projekt im Gange, in dem die Gasturbine des Kraftwerks Kymijärvi I modernisiert wird. Die Gasturbine Frame 6 wird dann vollständig über DNA gesteuert.

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