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Sichere Versorgung mit Prozesswärme

Produktionsausfälle vermeiden
Sichere Versorgung mit Prozesswärme

Für Lebensmittelhersteller ist die Versorgung mit Prozesswärme eine wichtige Komponente für Produktionsabläufe und Produktqualität. Ungeplante Anlagenausfälle sind kostspielig und stellen Betriebe vor ernst zu nehmenden Herausforderungen. Doch es gibt clevere Möglichkeiten, Versorgungssicherheit in Prozesswärmesystemen umzusetzen, beispielsweise Mehrkesselanlagen mit intelligenter Folgesteuerung.

Werden Anlagen in der Lebensmittelindustrie nicht mehr mit Prozesswärme versorgt, können immense Schäden entstehen. Beispielsweise würde Schokolade in dampfbeheizten Rohrleitungen aushärten und nach dem erneuten Einschmelzen an Qualitat einbüßen. Im schlimmsten Fall müssen Unternehmen bei ungeplanten Anlagenausfällen ganze Chargen der aktuellen Produktion verwerfen. Um das zu vermeiden, müssen Lebensmittelhersteller eine zuverlässige Versorgung ihrer Produktionsanlagen mit Prozesswärme sicherstellen.

Kessel regelmäßig warten

Eine ebenso wichtige wie einfache Maßnahme ist die regelmäßige Wartung der Kesselanlagen. Dadurch lassen sich mögliche Verschleißerscheinungen frühzeitig erkennen und Einstellungen korrigieren. Ein weiterer, oft unterschätzter Faktor sind gut geschulte Kesselwärter. Unsachgemäße Bedienung und unzureichende Ausbildung des Bedienpersonals, besonders hinsichtlich Wasserchemie und Fehlererkennung, führen häufig zu Ausfällen und Schäden an Kesselanlagen. Neben anlagenspezifischen Schulungen durch den Hersteller hilft auch ein digitales Kesselbuch, Trends oder kritische Abweichungen frühzeitig zu erkennen. Das Kesselbuch analysiert die eingetragenen Werte aus den wasserchemischen Messungen und gibt dem Anwender Hinweise und Lösungsvorschläge.

Häufig werden bestimmte kritische Systemkomponenten gleich redundant installiert, z .B. Speisewasserpumpen, vor allem in Sonderausführungen. Auch mit Ersatzteilpaketen des Herstellers lässt sich der Zeit- und Kostenaufwand bei einem notwendigen Austausch reduzieren.

Predictive Maintenance

Ein technischer Kompromissversuch im Kontext der Einführung von Industrie-4.0-Konzepten ist Predictive Maintenance: Durch zusätzliches Mess-Equipment und eine intelligente Auswertung auf Basis der Fahrweise lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit wichtiger Komponenten ermitteln. In vielen Fällen können die Betreiber betreffende Ersatzteile just in time bestellen.

Auch bezüglich Fehlererkennung und Fehlermeldung hat sich in den vergangenen Jahren einiges getan. Während früher Kesselwärter die Anlagen für die Erzeugung von Prozesswärme durchgehend bedienten und beaufsichtigten, laufen heute moderne Kesselanlagen im vollautomatischen Betrieb ohne ständige Beaufsichtigung – bis zu 72 Stunden. Hier ist es sinnvoll, Störmeldungen der Anlage an den Bediener über Fernwirktechnik oder Leittechnik weiterzugeben. Die Meldung erreicht den Schichthabenden oder den Servicebeauftragten auf dem mobilen Endgerät. Dadurch lassen sich Fehler schnell erkennen und beheben.

Einsatz von Mehrstoffbrennern

Bei möglichen Ausfällen der Brennstoffversorgung ist der Einsatz einer Mehrstofffeuerung sinnvoll. Anlagen mit lokalem Brennstoffspeicher, z. B. für Öl, können bei Versorgungsengpässen des Hauptbrennstoffes vollautomatisch einen unterbrechungsfreien Betrieb sicherstellen. Auch die Umrüstbarkeit des Brennstoffes bietet Vorteile, insbesondere wenn es um alternative Brennstoffe geht. Viele Industriekessel sind bereits heute für eine spätere Umstellung auf bis zu 100 % Wasserstoff, Biobrennstoffe oder grünen Strom qualifiziert. Dies sichert auch in Zukunft die Versorgung mit Prozesswärme.

Redundante Kesselsysteme

Eine volle Redundanz für einen ausgefallenen Kessel bietet jedoch nur ein Reservekessel. Häufig finden sich in der Praxis Anlagen mit zwei gleich großen Kesseln. Idealerweise sorgt eine intelligente Folgesteuerung für einen regelmäßigen Wechsel des Führungskessels in Abhängigkeit der gefahrenen Betriebsstunden. Das Zu- und Abschalten des Folgekessels erfolgt vollautomatisch anhand des individuellen Betriebsprofils. Bei Einsatz einer Folgeschaltung ist eine Warmhaltung obligatorisch. Steigt die Dampfabnahme in der Produktion, lässt sich der Folgekessel unmittelbar zuschalten. Häufiges Takten des Brenners zur Warmhaltung und die einhergehende starke Belastung der Brennerbauteile sind zu vermeiden. Auch lange Stillstandzeiten ohne Konservierung sind nachteilig, da sie dem Kessel schaden können.

Abhängig von den Gegebenheiten sind auch Kombinationen aus größeren und kleineren Kesseln einsetzbar, die zudem Brennstoff einsparen können. Für die ideale Lösung müssen Lastgang, die verschiedenen Einzellasten, Gleichzeitigkeitsfaktoren und die Priorisierung der Verbraucher bekannt sein. Nur selten sind alle Prozesse systemkritisch und müssen zwingend gleichzeitig stattfinden – dies würde zwei gleich große Kessel erfordern. Zumeist lassen sich bestimmte Vorgänge zeitlich entzerren. Ein typisches Beispiel ist das gleichzeitige Einschalten von Verbrauchern bei Schichtbeginn. Hier bieten sich ein Versatz um einige Minuten oder Pilotsignale an, die einen großen Verbraucher ankündigen. Das ermöglicht, den Kessel vorgelagert anzufahren und Vorlüftzeiten des Brenners während der eigentlichen Bedarfssituation zu vermeiden. Im täglichen Betrieb kann sich dass günstig auf den Verbrauch auswirken: Deckt der kleinere der beiden Kessel den überwiegend vorliegenden Lastfall ab (z. B. 0 bis 25 % Nennleistung), kann dieser viel exakter in diesem Bereich modulieren. Bei einem angenommenen Regelbereich von 1:7 kann der Brenner in der kleinsten Laststufe bis auf 3,6 % heruntermodulieren – im Falle von zwei gleich großen Kesseln wäre die kleinstmögliche Last doppelt so hoch. Ein wesentlicher Vorteil des großen Modulationsbereiches ist, dass Vorlüftverluste vermieden werden. Diese treten bei jedem Brennerstart auf, wenn kalte Frischluft den Brennraum des Kessels mehrfach durchspült.

In der Praxis finden sich solche asymmetrischen Kesselkombinationen häufig in Anlagen mit mehr als zwei Kesseln. Typische Beispiele sind stark saisonabhängige Produktionsbetriebe wie Brauereien.

Nicht zu vernachlässigen für die zuverlässige Versorgung mit Prozesswärme sind auch Dampfspeicher. Mit ihrer Hilfe lassen sich Lastgänge von Erzeuger und Verbraucher entkoppeln. Übersteigt etwa die benötigte Leistung die Nennleistung des Kessels, kann der Speicher temporär unterstützen. Während einer folgenden Schwachlastphase wird er wieder beladen.

Fazit

Moderne Kesseltechnik bietet eine Vielzahl von Optionen, um eine maßgeschneiderte und kostenoptimierte Versorgungssicherheit in puncto Prozesswärme darzustellen. Auch Bestandsanlagen lassen sich problemlos auf geänderte Anforderungen hin modernisieren oder ergänzen. In der heutigen optimierten Produktion und im globalen Wettbewerb spielen hohe Kosten für ungeplante Ausfälle und für die Energieversorgung bei vielen Firmen eine entscheidende Rolle. Dabei ist ineffiziente und unzuverlässige Prozesswärme ein vermeidbarer Faktor. Auch unter den Umweltaspekten unserer gegenwärtigen Zeit sowie in Anbetracht der aktuellen attraktiven Förderungen von bis zu 40 % Tilgungszuschuss für CO2-vermeidende Prozesswärmetechnologie, gibt es keinen besseren Zeitpunkt, sich dem Thema zu widmen.

Bosch Industriekessel GmbH, Gunzenhausen


Autor Daniel Gosse

Leiter Marketing Thermotechnik Gewerbe und Industrie,

Bosch Industriekessel

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