Förder- und Lagertechnik für holzige Biomasse 1

Der Klimaschutz gewinnt weltweit stetig an Bedeutung. In Deutschland werden durch das Erneuerbare Energien-Gesetz (EEG) Investitionen in regenerative Energien gefördert. Einen wichtigen Teil im Energiemix der erneuerbaren Energien nimmt die Strom- und Wärmeerzeugung aus holziger Biomasse ein. Diese wiederum erfordert innovatives Handling.

Die Natur produziert jährlich groβe Mengen an Biomasse, die neben der Wärme- und Stromerzeugung durch Verbrennung in Biomassekraftwerken oder dem Einblasen in die Öfen von Kohlekraftwerken auch zur Herstellung von Pellets verwendet werden kann. Im letzteren Fall werden Pellets aus Waldrestholz oder Abfallprodukten aus der industriellen Holzbe- und -verarbeitung gepresst. Mit diesen Pellets wird wiederum durch deren Verbrennung in Pelletheizungen Wärme erzeugt. Die natürliche Biomasse trägt somit CO₂-neutral zum Klimaschutz bei.

Aufbau einer Biomasse-Anlage

Kern einer jeden Prozessanlage zur Biomassefeuerung bilden der Brennkessel zusammen mit Turbine und Generator zur Stromerzeugung. Doch vor dem Brennkessel kommt keine Anlage ohne ein zuverlässiges und effizientes System zur Annahme, Aufbereitung, Förderung und Lagerung der Biomasse, die der „Treibstoff“ der Anlage ist, aus.

Die Biomasse, die in der Regel in Form von Sägespänen oder Hackschnitzel in Lkws angeliefert wird, muss angenommen (z.B. auf Schubböden), gereinigt (mit Sieben, Magneten und Wurfsichtern), eventuell getrocknet (in Trommel- oder Bandtrocknern), zerkleinert (mit Trommelhackern oder Hammermühlen) und zwischengelagert werden. Im Idealfall läuft dieser Prozess automatisiert ab. Dafür sorgt eine speziell ausgelegte und hoch zuverlässige Förder- und Lagertechnik, das Rückgrat einer jeden Biomasseanlage, welche im Folgenden näher betrachtet werden soll.

Arten der Fördertechnik für Biomasse

Für Hackschnitzel, Sägespäne oder Pellets können prinzipiell die gleichen Fördergeräte verwendet werden wie für andere Schüttgüter auch, allerdings müssen bei der Auslegung der Fördergeräte die Besonderheiten der holzigen Biomasse berücksichtigt werden.

Diese sind unter anderem geringe Schüttgewichte (bei Hackschnitzel wird beispielsweise mit etwa 250 kg/m³ gerechnet, bei Sägespänen mit 100-150 kg/m³, bei Pellets mit 600 kg/m³), hohe Feuchtigkeiten, abrassiveres Verhalten der Materialien, unhomogene Größenverteilungen und schweres Fließverhalten.

Diese Besonderheiten haben zur Folge, dass nicht alle Fördergeräte für alle Arten der Biomasse eingesetzt werden können. Im Folgenden sollen die verschiedenen Fördergeräte in Abhängigkeit der verschiedenen Arten von Biomasse untersucht werden.

Pneumatische Förderung

Der pneumatische Förderer besteht grundsätzlich aus einem Luftstromerzeugerer (Blas- oder Saugeinheit), welcher den Luftstrom in Bewegung versetzt, dem Rohrleitungssystem sowie den Schüttgutein- und -ausschleusvorrichtungen. Pneumatische Förderer haben den Vorteil, dass sie Materialien rückstandsfrei und sauber fördern. Dieser Vorteil wird aber teuer erkauft: Der mögliche Massenstrom liegt bei pneumatischen Förderern generell niedriger als bei mechanischen Systemen, zudem ist der spezifische Energieverbrauch höher als bei mechanischen Systemen.

Die zum Teil sehr lauten Luftstromerzeuger müssen unter Umständen in schallgedämmten Räumen untergebracht werden, um Emissionsschutzrichtlinien gerecht zu werden. Im Bereich der Biomasseförderung sind pneumatische Systeme weniger verbreitet und kommen oft nur zur Förderung zwischen Vermahlung und Feuerung oder bei der Be- und Entladung von Pellets zum Endkunden zum Einsatz.

Gurt- und Schneckenförderer

Förderbänder stellen das leistungsfähigste Stetigfördermittel dar, gleich ob es dabei um sensible oder aggressive Produkte geht. Förderbänder transportieren jede Art holziger Biomasse nicht nur zuverlässig und schonend, sondern vor allem auch wirtschaftlich, energiesparend und flexibel. Sie zeigen darüber hinaus meist ein gutes Entleerungsverhalten. Auch sind die in Gummi oder Kunststoff eingebetteten Zugträger gegen Beschädigung und Feuchtigkeit durch die Hackschnitzel oder Sägespäne gut geschützt.

Förderbänder können effektiv in Automatisierungskonzepte eingebunden werden – auch über große Längen – und erreichen problemlos Fördermengen von über 1000 m³/h. Ein Reversierbetrieb ist ebenfalls möglich. Allerdings können größere Steigungen nur schwer bewältigt werden (ohne Gurtprofilierung maximal 28°), auch ist die Staubentwicklung nur schwer einzudämmen. Förderschnecken lassen sich bei holziger Biomasse eigentlich für alle Produkte einsetzen.

Dabei müssen jedoch verschiedene Randbedingungen beachtet werden. Beim Transport von Sägespänen sollte der Schneckenförderer keine Zwischenlager aufweisen, da sich die Sägespäne dort sehr leicht stauen, verhaken und verfestigen können, was zu einem Defekt oder Ausfall des Schneckenförderers führen kann.

Bei der Förderung von Pellets ist zu beachten, dass die Pellets durch die Drehung der Schnecke im Schneckenspalt eingeklemmt und dort zerrieben werden können. Oft werden Schnecken zum Austrag von Hackschnitzeln aus Rundsilos eingesetzt, wobei bei großen Rundsilos darauf zu achten ist, dass verstärkte Schnecken mit hydraulischem Motor eingesetzt werden, die allerdings bei gröβeren Rundsilodurchmesser die Kosten deutlich erhöhen können.

Trog- und Kratzkettenförderer

Vor allem wenn es um die Förderung von Pellets geht, sind Trogkettenförderer (TKF) eine gute Wahl. Der Transport der Pellets erfolgt bei geschlossenem Trog. Staub- und Geruchsbelästigungen werden dadurch vermieden. Außerdem wird ein äußerst produktschonender Transport durch eine geschlossene Förderschicht erreicht.

Die Förderung ist sowohl im unteren als auch im oberen Trogteil oder gleichzeitig in beiden möglich. Trogkettenförderer sind als Umlaufförderer einsetzbar und sollten über eine verschleißfeste Kunststoff-Auskleidung bei stark beanspruchten Teilen ver­fügen.

Zum Transport von Hackschnitzeln und Sägespänen müssen verschiedene Bedingungen gegeben sein. Da sich Hackschnitzel und Sägespäne leicht in Zwischenräumen verhaken und festsetzen, sollten statt den sonst verbreiteten Laschenketten als Zugmittel geschmiedete Gabelketten verwendet werden.

Je nach Beschaffenheit der Hackschnitzel oder Sägespäne (bezüglich Feuchtigkeit oder Größe) kann es zu Schwierigkeiten beim Austrag aus dem TKF kommen. Auch die Steigungswinkel im TKF sind mit Standardketten beschränkt, weshalb für die Förderung dieser Materialien über größere Höhen die leistungsfähigeren, aber auch teureren Kratzkettenförderer eingesetzt werden.

Kratzkettenförderer sind den Trogkettenförderern sehr ähnlich, unterscheiden sich aber von diesen durch die Verwendung von verhältnismäßig großflächigen Räumern, welche durch zumeist zwei außen angeordneten Förderketten bewegt werden. Mit den großen Räumern ist es möglich, schwerfließende und unregelmäßige Fördergüter auch steil geneigt nach oben zu fördern.

Es lassen sich beliebige Neigungen bis zu einer senkrechten Förderung realisieren. Daher eignen sie sich besonders für die Förderung von Sägespänen oder Hackschnitzeln mit einer unregelmäßigen Größenverteilung, wie sie zum Beispiel in der Annahme vor der Verarbeitung der Hackschnitzel auftritt. Auch beim Kratzkettenförderer sollte durch geeignete Maßnahmen verhindert werden, dass sich das Produkt in die Förderketten einklemmt.

Becherwerke

Moderne Elevatortechnik muss insbesondere im Biomassebereich hohen Qualitätskriterien genügen, wenn große Mengen wirtschaftlich, schnell und sicher vertikal gefördert werden müssen. Dazu gehört zum Beispiel eine verschleißfeste Kunststoff-Auskleidung bei den stark beanspruchten Teilen sowie eine optimierte Sicherheit beispielsweise durch integrierte Rücklaufsperren, elektronische Drehzahlüberwachung und elektronische Schieflaufüberwachung des Gurtes.

Für die Förderung von Pellets haben sich Elevatoren bewährt, Fördermengen bis zu 120 t/h können problemlos erreicht werden, allerdings muss im Vergleich zu Getreide die Fördergeschwindigkeit gedrosselt werden und auch die Zahl der Becher pro Gurtmeter muss reduziert werden. Elevatoren können nicht zur Förderung von Hackschnitzeln eingesetzt werden, da die Aufnahme der Hackschnitzel mit den Elevator-Bechern schwierig ist und somit eine problemfreie Förderung des Schüttguts nicht gewährleistet werden kann.

Lagertechnik

Ein weiterer wichtiger Bestandteil einer Anlage zur Biomassefeuerung oder Pelletherstellung sind die Lager. Häufig wird aus Platzgründen unverarbeitetes und noch nicht getrocknetes Rohmaterial (z.B. Hackschnitzel oder Sägespäne) im Freien gelagert. Bereits getrocknetes Material sollte jedoch im Silo, Schubboden oder in einer Lagerhalle vor Feuchtigkeit geschützt werden.

Die Einlagerung von Hackschnitzeln gestaltet sich nicht unproblematisch. Beim Austrag von Hackschnitzel aus Rundsilos ist zu beachten, dass Trichtersilos eher ungeeignet sind, da es sich bei diesem Material um ein schwer fließendes Gut handelt, das nur mit einer Austragseinrichtung aus dem Rundsilo problemlos gefördert werden kann. Alternativ zu Metall-Rundsilos eignen sich automatisierte Flachlager. Diese sind besonders wirtschaftlich, wenn die Ein- und Auslagerung durch vollautomatisierte Fördertechnik geregelt wird.

Die Aufgabe des Gutes geschieht zum Beispiel über Schubböden, die Befüllung erfolgt über ein Gurtförderersystem und Scrapper oder Verteil-/Ausräumförderer mit Leistungen von etwa 300 t/h und einer Länge von bis zu 30 m. Eine solche automatisierte Flachlagerinfrastruktur macht ein komplexes Logistik-System möglich, das den hohen Ansprüchen der Industrie gerecht wird. Letztlich entspricht auch der Personalaufwand lediglich dem eines konventionellen Beton- oder Stahlsilos. Die Kosten je Tonne Lagerraum liegen so erheblich unter der Silozellenlagerung, speziell bei größeren Lagereinheiten.

Zusammenfassung

Auch wenn die Förder- und Lagertechnik nicht den Kern einer Prozessanlage zur Biomasse-Feuerung oder auch einer Pelletanlage darstellt, ist eine automatisierte und zuverlässige Technik ein unverzichtbarer Bestandteil einer jeden Anlage. Zu beachten sind die unterschiedlichen Eigenschaften der Biomasse im Vergleich zu anderen Schüttgütern.

Die spezifischen Eigenschaften haben in der Regel zur Folge, dass Fördergeräte für Hackschnitzel, Sägespäne oder Pellets anders ausgelegt werden sowie verschleißärmere Materialien eingesetzt werden müssen, die dem abrassiven Verhalten und der Feuchtigkeit der Biomasse standhalten. Werden diese Besonderheiten berücksichtigt, ist ein Einsatz von Gurt-, Schnecken-, Trogketten- und Kratzkettenförderern sowie von Becherwerken in Biomasse-Anlagen problemlos möglich.

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