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Zwischenstopp vermeidet teuren Leerlauf

2008-04-08

Zementindustrie: Drehzahlregelung bringt Förderluft und Bedarf zusammen

Bei der Zementherstellung wird in regelmäßigen Abständen Förderluft in großer Menge benötigt. Für den stark schwankenden Bedarf ist die Drehzahlregelung der Atlas-Copco-Kompressoren prädestiniert, da sich der Energieverbrauch bis auf Null senken lässt, wenn keine Druckluft abgenommen wird. Zudem halten die modernen Schraubenkompressoren die Wartungskosten gering und machen eine aufwendige Wasserkühlung überflüssig – trotz der hohen Förderleistung.

Atlas Copco Germany -Lafarge Ingo Voss Steuerung ZE4

Instandhaltungsleiter Ingo Voß an der Steuerung des ZE4


Steigende Energiepreise sind für die Lafarge Zement Wössingen GmbH einer der Gründe, den Baustoff zukünftig mit dem moderneren Trocken- anstelle des bislang verwendeten Lepol-Verfahrens zu gewinnen. Während sich die Modernisierung der Anlage noch in der Anfangsphase befindet, sind die Wössinger mit Teilen der Druckluftversorgung schon einen Schritt weiter. In zwei Kugelmühlen zerkleinern Stahlkugeln den Klinker zu gebrauchsfähigem Zement, der anschließend in einen von je zwei Sendebehältern gelangt. Ist einer voll, treibt Förderluft mit einem Druck von 3 bis 4 bar den Zement in die Silos, aus denen dann die Lkw beladen werden können. Zeitgleich arbeitet die Mühle mit dem jeweils anderen Behälter weiter.

Atlas Copco Germany - Lafarge GA 315 VSD FF

Der drehzahlgeregelte Schraubenkompressor GA 315 VSD FF kann den Energieverbrauch auf Null senken, wenn keine Druckluft benötigt wird. Das Full-Feature-Paket (FF) integriert unter der Kompressorschallhaube den Kältetrockner und weitere Zusatzaggregate.


Zwei moderne Schraubenkompressoren des Typs GA 315 VSD FF der Essener Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH stellen heute ressourcenschonend die dazu benötigte Druckluft bereit. Mit ihrer Drehzahlregelung (VSD – Variable Speed Drive) eignen sie sich insbesondere für stark schwankende Bedarfe, wie das intermittierende Fördern des Zements. „Ist der Sendebehälter leer, senkt die Steuerung die Drehzahl auf Null, womit auch der Energieverbrauch des Kompressors gleich Null ist", berichtet Ingo Voß, Leiter Instandhaltung bei Lafarge Zement in Wössingen. Die zuvor eingesetzten Drehschieberverdichter hätten dagegen selbst im Leerlauf noch einen hohen Strom aufgenommen. Zwar ist ein absoluter Wert aufgrund der zahlreichen Randbedingungen noch nicht ermittelt, aber Voß geht allein durch die Drehzahlregelung von einem um rund 30 Prozent geringeren Energieverbrauch aus. Speziell in der Drehzahlregelung sieht auch der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI) das größte Einsparpotenzial im Bereich der Kompressoren, Pumpen und anderen Aggregate.

Wartungsaufwand geringer und Wasserkühlung überflüssig

Atlas Copco Germany - Lafarge ZE4 im Silo

Zwei ölfrei verdichtende ZE4-Schraubenkompressoren halten im Homogenisierungssilo das Rohmehl in Bewegung und damit fließfähig. Aufgrund des konstanten Bedarfs können sie auch ohne Drehzahlregelung eingesetzt werden.


Neben dem geringeren Energiebedarf lösten die neuen Kompressoren aber noch zwei weitere Probleme. „Die Drehschieberverdichter waren zwar einfach zu warten, aufgrund ihrer federnden Lamellen – die gegen das exzentrische Gehäuse gedrückt werden – arbeiteten sie aber mit hohem Verschleiß", fährt der Instandhaltungsleiter fort. Zusammen mit der notwendigen Tropfenschmierung ergab sich quasi ein halber Mannjob, nur um die Maschinen am Laufen zu halten; zusätzlich musste das Öl wieder herausgefiltert werden. „Hinzu kam, dass wir eine Wasserkühlung benötigten, die ihrerseits sehr aufwendig war und damit die Wartungs- und Betriebskosten weiter in die Höhe trieb", erläutert Ingo Voß. „Trotz des hohen Druckluft-Bedarfs wollte ich deswegen luftgekühlte Maschinen einsetzen, um zukünftig auf die Wasserkühlung verzichten zu können."

Atlas Copco gehörte zu den Anbietern, die selbst Kompressoren mit einen Volumenstrom von 50 m3/min luftgekühlt installieren konnten. Die Wössinger entschieden sich deswegen für die Schraubenkompressoren der Essener. Der deutlich geringere Wartungsaufwand ist zudem über die sogenannte Premium-Instandhaltungsvereinbarung abgedeckt, die alle geplanten Inspektionen und Wartungen sowie alle außerplanmäßigen Reparaturen und Sondereinsätze umfasst – bis hin zu eventuell anfallenden Generalüberholungen. „Das Wichtigste dabei ist die Reaktionszeit von zwölf Stunden", ergänzt Voß, „das heißt, spätestens nach zwölf Stunden wird auf alle Fälle mit der Reparatur begonnen." Da das Werk mit Ausnahme der Ofenrevisionen ständig arbeitet, ist eine möglichst schnelle Reparatur von hoher Bedeutung. „Alles in allem erwarte ich, dass die Wartungskosten im Bereich Druckluft um mehr als 50 Prozent unter den früheren liegen."

Druckluftnetz sichert Redundanz für den Notfall

Atlas Copco Germany - Lafarge Stahlkugeln in der Kugelmuehle

Stahlkugeln zermahlen in der horizontalen Kugelmühle die Klinker aus dem Drehofen zu Zement und vermischen ihn mit Zusatzstoffen. Abwechselnd werden zwei Sendebehälter befüllt, von denen aus der Zement per Druckluft von 3 bis 4 bar in die Verladesilos gefördert wird.


Selbst der Ausfall eines Kompressors ist aber kein Problem. Denn die Techniker bei Lafarge Zement hatten die Idee, die beiden Kompressoren, die jeweils einer Mühle zugeordnet sind, über ein Druckluftnetz zu koppeln. „Üblicherweise ist jeder Verdichter einer Förderaufgabe zugeordnet", erläutert Ingo Voß. Bei einem Fehler falle diese Funktion damit weg. Nicht jedoch bei der Kopplung über das Druckluftnetz. „Fällt jetzt eine Maschine aus, kann die andere deren Aufgabe übernehmen, auch wenn auf diesem Wege die Mühlen nicht mit voller Leistung arbeiten können." Zukünftig soll es so auch möglich werden, einen der beiden Kompressoren für die Grundlast arbeiten zu lassen, während der andere variabel die Spitzenlast übernimmt.

„Wir haben auf der Suche nach der neuen Druckluftlösung den gesamten Prozess mit den möglichen Lieferanten besprochen", berichtet der Lafarge-Mitarbeiter. „Für Atlas Copco sprach, dass wir über den reinen Kompressor hinaus auch Unterstützung hinsichtlich der Installation, beim Rohrleitungsbau sowie bei der Be- und Entlüftung der Maschinen bekommen konnten." Hilfreich war hier auch das sogenannte Full-Feature-Paket – dafür steht das Kürzel FF in der Typenbezeichnung GA 315 VSD FF. Hierbei integriert Atlas Copco bereits ab Werk alle notwendigen Anlagenteile wie Kältetrockner, Druckluftfilter sowie Kondensatabscheider und -ableiter in den Kompressor. Das senkt die Installationskosten und gleichzeitig den Platzbedarf. Zudem werden die Daten des eingebauten Trockners in der Kompressorsteuerung visualisiert und überwacht. „Das ist wichtig, da der Zement nicht feucht werden darf, um nicht zu verklumpen."

Spannungsschwankungen schnell in den Griff bekommen

Atlas Copco Germany - Lafarge Zementwerk

Ein Zementwerk verfügt über eine komplexe Prozesssteuerung. Dies führt hinsichtlich der Druckluftversorgung dazu, dass oft von Standardanforderungen abgewichen werden muss.


Die gute Zusammenarbeit zwischen den Verantwortlichen bei Lafarge Zement und bei Atlas Copco erwies sich auch beim Auftreten von Problemen mit der Prozesssteuerung von Vorteil. „Kurz nach der Installation gab es Schwierigkeiten mit den Frequenzumrichtern der beiden drehzahlgeregelten Kompressoren", führt Ingo Voß aus. Zusammen mit einem eigens aus dem Herstellerwerk angereisten Spezialisten habe man die Ursache schnell gefunden. Bedingt durch das An- und Abschalten der vielen großen Verbraucher im Werk kommt es im Stromnetz zu größeren Spannungsschwankungen, die über den Toleranzen der Umrichter lagen. Auch die Daten aus deren Fehlerspeichern bestätigten dies. „Obwohl das kein Kompressorproblem war, hat Atlas Copco schnell reagiert und uns neue Frequenzumrichter geliefert, die mit der zur Verfügung stehenden Netzqualität klarkommen." Seitdem funktioniere alles ohne Probleme.

Im Zuge der Prozessmodernisierung steht nun die Wiederinbetriebnahme einer dritten, derzeit stillgelegten Mühle an. Auch hier will Lafarge Zement nach Möglichkeit wieder einen GA315-Kompressor mit variabler Drehzahl einsetzen, der die Energiekosten von vornherein gering hält. Und am anderen Ende des Werkes – im Homogenisierungssilo für das Rohmehl – arbeiten aufgrund der guten Erfahrungen seit kurzem schon zwei weitere Atlas-Copco-Kompressoren, ebenfalls mit Drücken zwischen 3 und 4 bar. Sie halten das Rohmehl im Silo in Bewegung und damit fließfähig. Da der Druckluftbedarf konstant ist, konnte man hier auf die Drehzahlregelung verzichten. „Wir haben daher die alten wassergekühlten Aggregate durch luftgekühlte ZE4-Schraubenkompressoren ersetzt, die zudem ölfrei arbeiten", so Voß abschließend. Erneut lieferte Atlas Copco neben einem Aufstellungsvorschlag das Belüftungskonzept – nicht ganz einfach in dieser staubigen Umgebung.

Texte und Fotos können Sie hier herunterladen.


2007-04-07

Über die Lafarge Zement Wössingen GmbH:

Lafarge Zement ist ein Tochterunternehmen der Lafarge-Gruppe in Deutschland. Es betreibt drei Zementwerke und beschäftigt mehr als 470 Mitarbeiter, wovon rund 100 im Zementwerk Wössingen beschäftigt sind. Die Gruppe ist der weltweit führende Hersteller von Baustoffen: Zement, Gips, Beton samt Zuschlagstoffen sowie Dachbaustoffen. Lafarge beschäftigt 88000 Mitarbeiter in 80 Ländern und erzielte 2007 einen Umsatz von 17,6 Milliarden Euro.

www.lafarge-zement.de


Reimund Scherff

Reimund Scherff

Business Line Manager Oilfree Air

Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik

Langemarckstraße 35
45141 Essen