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Füllstandüberwachung Wie Sie trotz schlechter Sicht Lagerbestände sicher messen

Von Sabine Mühlenkamp |

Anbieter zum Thema

Krohne Messtechnik GmbH
AZO GmbH + Co. KG
VEGA Grieshaber KG
Dinnissen B.V.

Die Füllstandüberwachung in Kohlesilos und Koksbunkern ist vor allem von einer sehr staubigen und schmutzigen Atmosphäre geprägt. Die hier eingesetzten Messgeräte müssen also ausgesprochen robust sein. Nur dann ist eine genaue Überwachung der Bestände möglich.

Die saubere Ansicht der Silos täuscht – innen erschweren Staub und Dreck eine sichere Überwachung der Bestände.
Die saubere Ansicht der Silos täuscht – innen erschweren Staub und Dreck eine sichere Überwachung der Bestände.
(Bild: Krohne)

Kokerei-Betriebe veredeln die Steinkohle. Dabei entstehen Koks-Produkte, die je nach Verwendungszweck an bestimmte Anforderungen angepasst sind. Dazu gehören Wassergehalt, Aschegehalt, Schwefelgehalt, Korngröße, Festigkeit und Abrieb. Die häufigsten Endprodukte sind heute Hochofen- und Gießerei-Koks.

Eisenbahnzüge liefern die Steinkohle an. Förderbänder transportieren die Steinkohle zur Lagerung in die bis zu 50 m hohen Silos. Von den Silos gelangt die Steinkohle ebenfalls über Förderbänder zu den Misch- und Mahl-Anlagen und von dort für 15 bis 30 Stunden in die Verbrennungsöfen.

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Exakte Füllstandmessung bei unebenen Oberflächen

Das Füllstandmessgerät Optiwave kommt auch in anderen Anwendungen zum Einsatz. In einer Anwendung entladen Lastwagen den Kalkstein aus dem Steinbruch (Brockengröße > 1 m) auf ein Fördersystem, das den Stein zu einem Steinbrecher transportiert. Das Förderband muss ständig mit Steinen abgedeckt sein, damit es nicht zu Schäden an der Antriebseinheit kommt, wenn die Belastung zu gering ist. Üblicherweise kommen bei den meisten Förderbändern traditionelle Ultraschallgeräte zum Einsatz. Bei diesen Geräten gibt es jedoch aufgrund der geringen Reflexionsfähigkeit der großen Steinbrocken und den bei dieser (in staubiger Umgebung nicht effizienten) Technologie schwachen Signalen Probleme in Bezug auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messung. Nach der Zerkleinerung in Kies (Größe 10 bis 30 mm) wird der Kies gewaschen und in Silos zwischengelagert, bevor die Kalkverarbeitungsprozesse beginnen. Wegen der unebenen Produkt-Oberfläche es ist schwierig, ohne Benutzung von speziellen Vorrichtungen zur Antennenausrichtung zuverlässige Messwerte zu erhalten. Krohne lieferte hier sechs Optiwave 6300 für die Füllstandmessung. Das erste Gerät ist über dem Förderband montiert und warnt vor einer zu geringen Belastung mit Steinen. Das Förderband transportiert den Kalkstein zu einem Steinbrecher, auf dem das nächste Gerät installiert ist. Dieses schützt das Förderband, falls es im Steinbrecher zu Blockaden kommt. Vier weitere Geräte messen den Füllstand von Kies in verschiedenen Silos.

Frei gewordenes Gas zur Energieerzeugung nutzen

Bei Erhitzung der Steinkohle auf etwa 1000 °C erfolgt die Ausgasung der gasförmigen Bestandteile. Das frei gewordene Gas nutzen die Kokereien u.a. zur Energieerzeugung. Der abgelöschte fertige Koks wird in Eisenbahnzüge verladen. Diese Eisenbahnzüge befüllen die Koksbunker mit dem fertigen, teilweise noch warmen Koks, der im Anschluss daran direkt zur Verfeuerung, z.B. in Hochöfen, transportiert wird.

Die extrem staubige und schmutzige Atmosphäre stellt höchste Anforderungen an die Messtechnik. Dazu gehören die exakte Messung der Steinkohle-Lagerbestände in den Silos. Bei dieser Messung ist unbedingt zu berücksichtigen, dass sich die Silos unten trichterförmig verjüngen. Bei den Koksbunker wurden daher zur Sicherheit je zwei Messgeräte montiert, damit eine eindeutige Meldung erfolgt wie weit die Bunker gefüllt sind.

Realisierung der Messung

Für diese Anwendungen lieferte Krohne Radar Füllstandmessgeräte Optiwave 6300 C. Diese berührungslose Radar-Füllstandmessung wurde speziell für die Messung von Pulver, Granulat und grobem Schüttgut in Lagersilos, Vorratsbehältern, Schüttgutbehältern und auf Bandförderern entwickelt. Inzwischen kommt das Gerät in einer Vielzahl von Branchen, beispielsweise Minerale und Bergbau (Zement, Kalk, Kalziumkarbonat, Koks), Lebensmittel (Salz, Zucker), Chemie (Kunststoffgranulat), Papier und Zellstoff (Hackschnitzel) und Energie (Flugasche) zum Einsatz.

Durch die FMCW-Radar Technologie (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave) messen die Optiwave-Füllstandmessgeräte mit einem sehr großen Dynamik-Bereich. Darum haben sehr staubige Atmosphären und gering reflektierende Oberflächen keinen Einfluss auf die Messwerte. Das 24-26-GHz FMCW-Radar sorgt für zuverlässige Messungen auch bei gering reflektierenden Feststoffen durch die Kombination der FMCW-Technologie mit einer hohen Dynamik. Spezielle Antennen-Kits sind überflüssig, weil die FMCW-Technologie nicht vom Abstrahlwinkel beeinflusst wird.

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Die innovative Tropfenantenne aus PP oder PTFE minimiert Produktanhaftungen und macht das Gerät wartungsfrei; der Einsatz von Spülsystemen wird überflüssig. Das Optiwave 6300 C ist das einzige berührungslose Zwei-Leiter-24-26-GHz FMCW-Radar-Füllstandmessgerät für Feststoffapplikationen. Gegenüber Vier- oder Fünf-Leiter-Geräten entstehen keine zusätzlichen Kosten für die Verdrahtung. Auch die Inbetriebnahme der vorparametrierten Geräte ist einfach. Die Parameter werden mithilfe des Installationswizards abgefragt.

Verschiedene Antennen

Weil bei den Silos die Messung bis in die Spitze der trichterförmigen Verjüngung unten erfolgen musste, wurden die Geräte mit einer Schwenkvorrichtungen ausgerüstet. Generell ist das Gerät mit verschiedenen Antennen lieferbar. So misst bereits die Basisversion mit einer DN80-Tropfenantenne bis zu einer Höhe von 30 m.

In diesem Fall waren allerdings Antennen-Verlängerungen nötig, um die Geräte auf den bis zu 60 cm dicken Betondecken montieren zu können. Bei den Koksbunkern beträgt der Abstand bis zu den schrägen Rampen etwa fünf Meter. Die Geräte sind in einem Winkel von 90° dazu angeordnet. Der eingefüllte Koks rutscht auf der Rampe direkt zur Verarbeitung weiter.

Ausblick: Der Anwender ist jetzt in der Lage, den gesamten Verarbeitungsprozess in Kokereien vollständig zu automatisieren. Zu jeder Zeit sind die Lagerbestände der Steinkohle abrufbar. Weil die früher verwendeten Messungen sehr unzuverlässig waren, ob die Koksbunker leer oder voll sind, musste immer auf Sichtkontakt die Freigabe zur Befüllung der Koksbunker gegeben werden.

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