DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg Aninstitut der TU Bergakademie Freiberg
Dr.-Ing. Matthias Werschy
Medienversorgung Gas, Öl, Sauerstoff, Luft – gesetzliche Vorschriften – Messund Regelungstechnik
Quelle: DBI 2009, OPTISOS
HVG-Fortbildungskurs 2011: Effiziente Verbrennungstechnik für die Glasindustrie Essen, am 21. November 2011
Standorte
Standort Freiberg DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg (100 % Tochter der GUT) Leipzig Standort Leipzig
Halsbrücker Straße 34 D-09599 Freiberg
Freiberg
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Karl-Heine-Straße 109/111 D-04229 Leipzig
21.11.2011
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Fachgebiete
Gutachten und Beratung
Grundlagenforschung und Entwicklung
Aus- und Weiterbildung 21.11.2011
Prüfung und Zertifizierung HVG-Fortbildungskurs 2011
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Fachgebiete
Öl-/Gasförderung/ Gasspeicherung - Entwicklung von unterirdischen Speicherstrategien für gasförmige Energieträger - Sicherheit und Integrität von geologischen Gasspeicherstrukturen - Verringerung der CO2-Emission durch CCS-Technologien Gasnetze/Gasanlagen - Abschätzung des Langzeitverhaltens und der Schadensprognose bei PE-Leitungsnetzen - Untersuchung von Bilanzierungsverlusten und Messungenauigkeiten in Gasnetzen - Optimierung des Lastmanagements durch den Einsatz von Erdgasspeichern Gasanwendung - Entwicklung und Monitoring von Geräten und Komponenten der dezentralen Energieversorgung - Steigerung Energieeffizienz in industriellen Thermoprozessanlagen - Nutzungsstrategien von Biogas 21.11.2011
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Fachgebiete
Gaschemie /Gasmesstechnik - Entwicklung und Eignungsuntersuchungen von Sensoren zur Messung von Gaskomponenten - Entwicklung von Verfahren zur Aufbereitung von Gasen und Flüssigkeiten Freiberger DVGW-Trainingszentrum Erdgas - Aus- und Weiterbildung von Mitarbeitern in Rohrleitungsund Tiefbauunternehmen sowie von Rettungsdiensten - Schulungen für Betreiber von Gasanlagen - Baggerschadendemonstrationsanlage zum Havarietraining an beschädigten Gasleitungen DVGW-Prüflaboratorium Energie - Akkreditiertes Prüflabor für Geräte und Armaturen nach Gasgeräterichtlinie - Prüflabor für Verbrauchseinrichtungen von festen und flüssigen Brennstoffen - Prüflabor für Druckgeräte und Armaturen 21.11.2011
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Gliederung
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Regelwerk und Normen
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Brennstoffzuführungssysteme 2.1 Gasförmige Brennstoffe 2.1.1 Gasverteilungssysteme 2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen 2.1.3 Verbrennungsluft, Vorspülung Brennkammer und Abgasweg 2.1.4 Zuführung vorgemischter Brenngas/Luftmischungen 2.1.5 Brenner und Feuerungsautomaten 2.1.6 Beispiele für Luft-Gas-Regelstrecken 2.2 Flüssige Brennstoffe 2.2.1 Verteilungssysteme für flüssige Brennstoffe 2.2.2 Zwingend vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen 2.2.3 Verbrennungsluft, Vorspülung Brennkammer und Abgasweg 2.2.4 Zerstäubung der flüssigen Brennstoffe 2.2.5 Brenner- und Feuerungsautomaten 2.3 Sauerstoff und sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
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1 Regelwerk und Normen
Energieanlagen sind Anlagen zur Erzeugung, Speicherung, Fortleitung oder Abgabe von Energie, dies schließt die Verteileranlage der Letztverbraucher sowie in der Gasversorgung die letzte Absperreinrichtung vor der Verbrauchseinrichtung (Energiewirtschaftsgesetz - EnWG, § 3, Abs. 15) mit ein. Erdgasanlagen auf Werksgelände und im Bereich betrieblicher Gasverwendung sind damit Energieanlagen im Sinne des EnWG. Nach § 49 EnWG sind die anerkannten Regeln der Technik für den angesprochenen Bereich einzuhalten. Das EnWG versteht darunter das Regelwerk des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e. V. (DVGW) Das Technische Sicherheitsmanagement (TSM) – Industrie ist der zertifizierte Nachweis über eine korrekte Anwendung des Regelwerkes für Gasanlagen. 21.11.2011
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1 Regelwerk und Normen
Folgende Regelwerke und Normen sind wesentlich: Das DVGW-Regelwerk:
Gasdruckregel- und Gas-Druckregel- und Messanlagen (GDRA,GDRMA) G 459 (≤ 4 bar), G 491/492 (≤ 100 bar) Errichtung von Gasleitungen G 462 (≤ 16 bar), G 463 (> 16 bar), G 472 (Kunststoffleitungen), G 614 (frei verlegt) Instandhaltung und Prüfung von Gasleitungen G 465 (≤ 5 bar), G 466 (> 5 bar), G 495 (Gasanlagen) Bau, Instandhaltung und Betrieb von Gasanlagen in Gebäuden TRGI 2008 – Technische Regel für Gasinstallationen DIN EN Normen: DIN EN 746: Industrielle Thermoprozessanlagen: insgesamt 8 Teile, wichtig Teil 2 , Sicherheitsanforderung Feuerungen u. Brennstoffführungssysteme 21.11.2011
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1 Regelwerk und Normen
DIN EN 746-Wichtige Normen für Industrielle Thermoprozessanlagen (IThE) •
DIN EN 746 – 1: Allgemeine Sicherheitsanforderungen
•
DIN EN 746 – 2: Sicherheitsanforderungern Feuerungen u. Brennstoffführungssysteme
•
DIN EN 746 – 3: Sicherheitsanforderungen Erzeugung u. Anwendung von Schutz- und Reaktionsgasen
•
DIN EN 746 – 4: Besondere Sicherheitsanforderungen Feuerverzinkungsanlagen
•
DIN EN 746 – 5: Besondere Sicherheitsanforderungen SalzbadWärmebehandlungseinrichtungen und -anlagen
•
prEN 746 – 6: Besondere Sicherheitsanforderungen Einschmelz- und Umschmelzanlagen u. Anlagen Flüssigphasenbehandlung
•
prEN 746 – 7: Besondere Sicherheitsanforderungen Vakuum- u. ÜberdruckThermoprozessanlagen
•
DIN EN 746 – 8: Besondere Sicherheitsanforderungen Abschreckanlagen
•
DIN EN 1547: Geräuschmessverfahren für IThE incl. Be- u. Entladeeinricht.
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1 Regelwerk und Normen
Die Industrielle Thermoprozessanlagen (IThE) Medienversorgung Industrieanlagen und Einordnung der IThE in die verschiedenen Regelwerke Hell schattiert: Anlagen im Geltungsbereich des EnWG DIN EN 746-2: IThE ist Anlage, in der Stoffe oder Werkstücke Wärmeenergieeinwirkungen ausgesetzt werden Quelle: DVGW-Gas-Information 10, 2010
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1 Regelwerk und Normen
Alles, was nicht Thermoprozessanlage heißt, unterliegt dem Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) - nationales Recht (DVGWArbeitsblätter). Auf dem Werksgelände ist der Betreiber der Thermoprozessanlage verantwortlich!
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1 Regelwerk und Normen
DIN EN 746 – 2 Industrielle Thermoprozessanlagen Teil 2: Sicherheitsanforderungen an Feuerungen und Brennstoffführungssystemen Anwendbar auf: •
Alle Arten gasförmiger, flüssiger und fester Brennstoffe sowie alle Mischformen ihres Einsatzes zur Verbrennung mit Luft oder einem anderen, freien Sauerstoff enthaltenden Gas,
•
Die Brennstoffführung in unmittelbarer Umgebung der Anlage, in Strömungsrichtung beginnend mit dem handbetätigten BrennstoffHauptabsperrventil der Anlage,
•
Brenner, Brennersystem, Zündeinrichtung, sicherheitsbezogenes Steuerungssystem (Schutzsystem),
•
Gaslanzen, Maschinen- und Tischbrenner, Brenner für das Arbeiten mit der Flamme als Werkzeug und sonstige, nicht in der Anlage eingebaute Brenner, obwohl sie nicht durch ein CEN-Mandat abgedeckt sind.
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1 Regelwerk und Normen
Gas- und Ölanlagen an industriellen Thermoprozessanlagen („IThE“ – Industrial Thermoprocessing Equipment) unterliegen der DIN EN 746. Sie sorgen für den sicheren Betrieb der Feuerungstechnik. Inhalt und Regelungen der DIN EN 746-2: •
Gasverteilungssysteme an IThE (Ausführung und Kennzeichnung von Rohrleitungssystemen)
•
Vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen an Thermoprozessanlagen
•
Luftverteilungssysteme
•
Brennstoffführungssysteme mit vorgemischter Brenngas-/Luftversorgung
•
Brenner (Gemischregelung, Zündeinrichtungen, Betrieb, Flammenüberwachung)
•
Elektrische Steuerungen und Stromversorgung
•
Kennzeichnung und Dokumentation
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2 Brennstoffzuführungssysteme
Im Hinblick auf die Medienversorgung für die IThE in der Glasindustrie sind die Brennstoffe Erdgas (gasförmige Brennstoffe) und Heizöl (flüssige Brennstoffe) sowie die dazu benötigte Verbrennungsluft bzw. Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft relevant. Im Folgenden wird deshalb auf Basis der DIN EN 746-2 in Bezug auf gas- und ölbefeuerte Glasschmelzwannen dargestellt -
Verteilungssystem
-
Zwingend vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen
-
Verbrennungsluft, Vorspülung Brennkammer, Abgaswege
-
Zuführung vorgemischter Brenngas-Luft-Mischungen bzw. Zerstäubung der flüssigen Brennstoffe
-
Brenner und Feuerungsautomaten
-
Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
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2.1 Gasförmige Brennstoffe
Einsatz von gasförmigen Brennstoffen in der Glasindustrie z. B. Erdgas Anforderungen nach DIN 746-2:2010-10
Quelle: DBI 2008
Beispiel: Erdgasbeheizte Glasschmelzwanne für Behälterglas 21.11.2011
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2.1.1 Gasverteilungssysteme
Leitungen •
Stahlrohre z. B. EN 10208-1, EN 10208-2, …
•
Kupferrohre nach EN 1057
•
Gewinderohrstücke nach EN 10241 oder EN 10242
Verbindungen (Metall) durch Gewinde-, Klemm-, Flansch- oder Schweißverbindung. Gewindeverbindungen nur: •
Drücke bis 100 mbar DN 80
•
Drücke bis 2 bar DN50
•
Drücke bis 5 bar DN 25
•
Drücke bis 10 bar DN 15
•
Dichtmittel müssen Anforderung nach EN 751Teil 1 und Teil 2 entsprechen
•
Andere Druck/Durchmesserkomb.: Geschw. Flansche o. Schweißv.
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2.1.1 Gasverteilungssysteme
Verschluss unterbrochener Leitungen Vermeidung der Bildung galvanischer Elemente Biegsame Leitungen und Kupplungen müssen allgemeinen Anforderungen gerecht werden; zudem z. B. für das 1,5-fache des höchsten Betriebsdruckes geeignet sein (min. 150 mbar) Kennzeichnung als Gasleitung Leistungsprüfung: •
Gasverteilungssystem muss dicht und so konstruiert sein, dass es dem Innendruck standhält
•
Leckrate 1 dm³(n)/h entspricht 1 l (i.N.) /h – keine Gefährdung bei Industrieanlage
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2.1.1 Gasverteilungssysteme
Spülstutzen und Abblase- und Entspannungsrohrleitungen Bei evt. auftretenden Flammenrückschlägen müssen Flammensperren, Flammenfilter und/oder Druckentlastungseinrichtungen vorhanden sein; zudem Auslösen eines Alarmes bei Flammenrückschlag Bypässe nicht parallel zu Sicherheitseinrichtungen, außer bei Ventilüberwachungssystemen nach EN 1643 oder Dichtheitskontrolleinrichtungen
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Um zuverlässig zu verhindern, dass z. B. unkontrolliert austretende Gasmengen explosive Gemische bilden, müssen alle möglichen Störfälle, beispielsweise dem Ausbleiben der Zündung, Abheben der Flamme, Gas-, Luftund Strommangel, mit geeigneten Einrichtungen überwacht und abgesichert werden. In den folgenden Ausführungen werden die Ausrüstungsteile für eine IThE, welche nach DIN EN 746-2 zwingend erforderlich sind, genannt und beschrieben. Wenn von dieser Norm aus betrieblichen Gründen abgewichen werden muss, ist eine separate Gefährdungsanalyse unbedingt erforderlich. 21.11.2011
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Handbetätigtes Absperrventil in Strömungsrichtung vor dem ersten Stellglied der Anlage. Wenn technisch anwendbar, muss das Ventil EN 331 entsprechen. Die Offen – Geschlossen - Stellung muss leicht unterscheidbar sein ! Gute Erreichbarkeit, Schließwinkel 90°
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Quelle DBI 2011
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Filter unmittelbar hinter dem handbetätigten Absperrventil Rückhaltung von Schmutzteilchen Anordnung muss regelmäßiger Wartung und der intervallmäßigen Prüfung Rechnung tragen
Quelle: DBI 2011
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Automatische Absperrventile -
Die automatischen Absperrventile in den Brennstoffzuführungssystemen von Einzel- und Mehrbrenneranlagen sind sehr wichtige Bauteile der Medienversorgung. Die automatischen Absperrventile müssen mit den folgenden Abschnitten von EN 161:2007 übereinstimmen:
-
für allgemeine Anforderungen: Abschnitt 7.1
-
für Dichtheit: Abschnitte 7.2 und 7.3
-
für Haltbarkeit: Abschnitt 7.8
-
für die Schließfunktion: Abschnitt 7.9
-
für die Schließkraft: Abschnitt 7.10
-
für die Schließzeit: Abschnitt 7.12 und
-
für die Dichtkraft: Abschnitt 7.13.
-
Wesentlich ist weiterhin, dass das Ventil für die vorgesehene Zahl von Schaltspielen in der IThE geeignet sein muss. Weiterhin müssen Materialien und Konstruktion für die entsprechende Gaszusammensetzung geeignet sein.
Quelle: E.ON | Ruhrgas AG, Betriebliche Gasversorgung
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Automatische Absperrventile Die Gaszufuhr zum Brenner (Einzelbrenneranlage) bzw. zu den Brennern (Mehrbrenneranlage) muss durch zwei in Reihe geschaltete automatische Absperrventile (Magnetventil) der Klasse A (nach EN 161) in der Gasleitung abgesichert sein. Für Brenner ohne Gebläse von Einzel- oder Mehrbrenneranlagen mit einer Leistung unter 70 kW sind mindestens zwei Ventile der Klasse B gemäß EN 161 erforderlich.
Quelle: DBI 2011
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Automatische Absperrventile Gefährdungssituationen mit Abschaltwirkung der gesamten Anlage oder unabhängiger Zonen: •
Ungenügende Gasströmung (Gasmangel) o. zu große Gasströmung
•
Zu geringem oder zu hohem Gasdruck
• • • • • • • •
Ungenügende Luftströmung (Luftmangel) oder zu geringem Luftdruck Fehlfunktion der Abgasführung Ausfall der Stromversorgung Temperaturüberschreitung der IThE Min/Max-Druck der Brennkammer Flammenausfall Ausfall Dichtheitsprüfsystem Fehlerhaftes Verhältnis Luft/Gas
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Ventilüberwachungssystem > 1200 kW Leistung -
Für automatische Absperrventile, die Brenner oder Brennergruppen mit Leistungen über 1200 kW steuern, ist ein Ventilüberwachungssystem nach DIN EN 1643 erforderlich.
-
Wenn das Ventilüberwachungssystem ein undichtes Ventil erkennt, muss nach DIN EN 746-2 der Anlauf unterbrochen (Prüfung während des Anlaufes) bzw. es muss der nächste Anlaufvorgang verhindert werden (Prüfung nach Abschaltung).
-
Werden bei einer Störabschaltung die automatischen Absperrventile durch das Ansprechen einer Sicherheitseinrichtung geschlossen, dürfen sie nur durch einen manuellen Eingriff geöffnet werden .
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Gasdruckregler (nach DIN EN 88 oder DIN EN 334) wenn für fachgerechte Regelung von Druck und Menge des Gasflusses erforderlich. Ist die nachgeschaltete Ausrüstung nicht vordruckfest, so müssen vorhanden sein: -
ein Überdrucksicherheitsabsperrventil – SAV (vor den Druckregler eingebaut, EN 14382)
und -
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ein Sicherheitsabblaseventil - SBV (hinter dem Druckregler eingebaut)
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Strömungs- und Druckwächter für Luft und Gas -
Luft:
o Überwachung ausreichender Luftströmung (während Vorspülung, Zündung, Betrieb) durch Druckfühler (nach EN 1854) oder Strömungsfühler o Ausfall der Luftströmung bei Vorlüftung, Zündung, Betrieb muss Sicherheitsabschaltung (Störabschaltung, Schutzsystem) bewirken.
PSL – Luftmangelsicherung FLS – Luft wie benötigt (optional)
Quelle: DIN EN 746-2:2010-10
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen -
Gas:
o Gasmangelsicherung (minimaler Druck) durch Druckwächter nach EN 1854 •
Verhinderung einer nicht ausreichenden Gasströmung
Sicherheitsabschaltung (Störabschaltung→ Schutzsystem falls keine Überwachung durch Bedienpersonal)
o Gasüberdrucksicherung (maximaler Druck) durch Druckwächter nach EN 1854, außer: •
Anschlussdruck kleiner 100 mbar
•
Druckgefälle am Gasdruckregler weniger als 30 % der normalen Betriebsbedingungen
•
Ausfall des Druckreglers sorgt nicht für sicherheitsgefährdender Überschreitung der Anfahr-Gasmenge
•
Leistung der Anlage < 600 kW
Sicherheitsabschaltung (Störabschaltung→Schutzsystem falls keine Überwachung durch Bedienpersonal) 21.11.2011
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Gasdruckwächter Druck min. und Druck max. an einer IThE
(Quelle: DBI 2011)
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Abgassystem -
Berechnung der Querschnittsfläche entsprechend nach Volumen, Druck und Temperatur der Abgase
-
Bei Entlüftung mit Ventilator oder Luftzugregelung mittels Regelklappe ist Sicherheitseinrichtung notwendig (bei Störung Sicherheitsabschaltung)
Zündsystem (direkt durch elektr. Funkenstrecke bzw. indirekt durch Zündflamme) -
Bei Entnahme von Versorgungsgas des Zündbrenners in Strömungsrichtung vor dem Gasdruckregler des Hauptbrenners muss Zündbrenner mit geeignetem Gasdruckregler ausgerüstet sein
-
Bei automatisch betriebenen Anlagen ist Direktzündeinrichtung oder Kombination von Zündeinrichtung und Zündbrenner erforderlicher Bestandteil des Hauptbrenners
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Einzelne handbetätigte Absperrventile für Brenner -
Werden die Brenner einer Brennergruppe unabhängig voneinander gezündet werden, ist jeder einzelne Brenner mit einem von Hand zu betätigenden Absperrventil auszurüsten
-
Das Absperrventil muss den Anforderungen nach EN 331 entsprechen
-
Wenn Brennergruppe so konstruiert ist, dass die Brenner sich gegenseitig zünden, kann gesamte Brennergruppe mit einem einzigen von Hand betätigten Absperrventil ausgerüstet sein
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen Überblick
SAV SBV
Quelle: E.ON | Ruhrgas AG, Betriebliche Gasversorgung; DIN EN 746-2:2010-10
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2.1.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
SAV - Sicherheitsabsperrventil (Überdruckabsperreinrichtung)
SBV - Sicherheitsablaseventil
Quelle: E.ON Ruihrgas 2008 Betriebliche Gasversorgung
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2.1.3 Verbrennungsluft und Vorspülung von Brennkammer und Abgasweg Verbrennungsluftführung: •
Fixierung aller handbetätigten Luftstellglieder, Sicherung gegen unbeabsichtigtes Verstellen
•
Kein Eintritt von Abgasen in Verbrennungsluftansaugöffnung
•
Ausreichende Versorgung mit Prozess- und Verbrennungsluft
•
Verhinderung des Rückstromes von Ofengasen
•
Vermeidung von Schwingungen
Vorspülung: •
Vorspülphase, die der Zündung vorangeht muss gewährleisten, dass sich in Brennkammer und Abgasanlage kein brennbares Gemisch befindet
•
Dauer Vorspülung: die Konzentration brennbarer Bestandteile in allen Teilen der Brennkammer/verbundene Bereiche und der Abgaskanäle unterhalb von 25 % der unteren Zündgrenze des Brenngases liegt. Im Allgemeinen sind 5 vollständige Luftwechsel ausreichend. Luftvolumenstrom für die Vorspülung muss mindestens 25 % des maximalen Verbrennungsluftvolumenstromes betragen. System, das Dauer der Vorspülung sowie die erforderliche Luftmenge sicherstellt, muss den Anforderungen des Schutzsystems entsprechen. Bei Hochtemperaturanlage (T > 750 °C) Verzicht auf Vorspülung möglich.
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2.1.3 Verbrennungsluft und Vorspülung von Brennkammer und Abgasweg
Luft/Gas-Verhältnis: •
Sicherstellung einer stabilen Verbrennung an jedem Brenner
•
Bei Störungen höherer Luftüberschuss oder Störabschaltung
•
Pneumatische Gas-Luft-Verbundregler nach EN 12067-1 oder EN12078; Elektronische Gas-Luft-Verbundregler nach EN 12067-2
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2.1.4 Zuführung vorgemischter Brenngas/LuftMischungen
Gemischleitungen: -
Rauminhalt von Gemischleitungssystemen so klein wie möglich
-
Ausreichend hohe Gemischströmungsgeschwindigkeit muss einen ihr entgegen gerichteten Flammenrückschlag ausschließen
-
Flammensperre bzw. Flammenfilter erforderlich bzw. Sensor, welcher eine Störabschaltung bewirkt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Weiterhin ist ein Temperaturfühler möglich, welcher im Falle eines Flammenrückschlages eine Störabschaltung bewirkt.
Luft und Gasführung zu den Gemischleitungen -
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Es muss unbedingt verhindert werden, dass Brenngas/Luftgemisch in die Luft- oder in die Gasleitung zur Mischvorrichtung gelangen kann. HVG-Fortbildungskurs 2011
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2.1.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Brenner -
-
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Hauptbrenner müssen für die Arbeitsanforderungen geeignet sein und unter folgenden Rahmenbedingungen Betriebssicherheit gewährleisten o
verwendete Brennstoffe (Art, Druck u a.),
o
Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, Atmosphäre u. a.),
o
Nennwärmeleistung über gesamten Regelbereich, d. h. größte und kleinste Wärmeleistung,
o
einfache wahrnehmbare Sichtkontrolle (Schaulöcher u. a.).
Strahlheizrohrbrenner (indirekte Beheizung) müssen geeignet sein und einen sicheren Betrieb ermöglichen o
Eignung und Materialauswahl nach Leistung, Prozesstemperatur und Ofenraumatmosphäre,
o
Ausrüstung mit Einrichtung zur Flammenüberwachung bei Prozesstemperaturen unterhalb von 750 °C. Bei sicherer Zündung oberhalb 750 °C sind keine Einrichtungen zur Flammenüberwachung erforderlich (Feuerungsautomat u.a.), wenn die Zündung des Gas/Luftgemisches gewährleistet ist.
o
Sind Strahlheizrohre in Hochtemperaturanlagen bei Temperaturen > 750 °C nicht mit einer Flammenüberwachung ausgerüstet, müssen sie über automatische Absperrventile abgesichert sein. Die Gaszufuhr darf erst freigegeben werden, wenn die Zündtemperatur im Strahlheizrohr mehr als 750 °C beträgt
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2.1.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Feuerungsautomaten -
Hauptflamme und (wenn anwendbar) die Flamme des Zündbrenners müssen durch eine Flammenüberwachungseinrichtung (Feuerungsautomat) überwacht werden.
-
Ausnahmen nur zulässig, wenn Sicherheit der Anlage nicht beeinträchtigt wird.
-
Die Feuerungsautomaten bzw. die Flammenüberwachungseinrichtungen müssen den Anforderungen nach EN 298 oder EN 125 entsprechen.
-
Erlischt die Flamme am Brenner, muss die Flammenüberwachungseinrichtung die Gaszufuhr absperren. Sie sichert also das Zünden der Flamme, überwacht im Betrieb die sichere Verbrennung sowie während der Betriebspause die Bereitschaft der Anlage. Im Falle eines Flammenausfalles muss eine Störabschaltung erfolgen.
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2.1.5 Brenner und Feuerungsautomaten
-
Für eine Flammenüberwachung mit Feuerungsautomaten ist es wesentlich, ob es sich um eine Niedertemperaturanlage (TWand < 750 °C) oder eine Hochtemperaturanlage (TWand > 750 °C) handelt.
-
Die Abgrenzungstemperatur orientiert sich an der Zündtemperatur von Erdgas-Luftgemischen, die zwischen 570 und 640 °C liegt. Für Stadtgas/Kokereigas z. B. beträgt die Zündtemperatur 560 °C.
-
Bei Niedertemperaturanlagen muss jeder Brenner mit einem Feuerungsautomat ausgerüstet sein.
-
Für Hochtemperaturanlagen gilt folgendes:
-
Wenn während des Anfahrvorganges die Wandtemperatur kleiner 750 °C ist, müssen Flammenüberwachungen entweder durch einen Feuerungsautomaten oder die Überwachung durch Betriebspersonal, wenn dieses unverzüglich eingreifen kann, sichergestellt werden.
-
Optische und akustische Warneinrichtung sind erforderlich, wenn die Wandtemperatur der IThE innerhalb einer Stunde unter 750 °C fallen kann.
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2.1.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Flammenüberwachungen
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung Gas-Sicherheits- und Regelstrecke für Brennergruppe, allgemein
Quelle: DIN EN 746-2:2010-10
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Spezielle Luft/Gas-Regelstrecke (Gleichdruckregelung)
DIN EN 746-2:2010 –Sicherheitsanforderungen an Feuerungen und Brennstoffführungssysteme DIN 50156-1 und DIN 50156-2 (elektrische Ausrüstungen für Befeuerungsanlagen) Die Luftmenge wird mit einem Stellmotor in Abhängigkeit der Temperatur geregelt. Die Gasschiene wird mittels Gleichdruckregelung und den dargestellten Einstellmöglichkeiten auf das geforderte GasLuftverhältnis eingestellt (z. B. λ = 1,4). Quelle: DBI 2009
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Quelle: DBI 2009
Quelle DBI 2009
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Bedienpanel für SPS-basiertes System nach Folie 43
Quelle: DBI 2010
21.11.2011
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Darstellung einer kompletten Medienversorgung von erdgasbeheizten Porenbrennern in einer Arbeitswanne in der Glasindustrie
Quelle: DBI 2010
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Darstellung einer kompletten Medienversorgung von erdgasbeheizten Porenbrennern in einer Arbeitswanne in der Glasindustrie
Quelle: DBI 2010
21.11.2011
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Quelle: DBI 2010
21.11.2011
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2.1.6 Beispiele für konkrete Gas-Luft-Regelstrecken zur Medienversorgung
Quelle: DBI 2010
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2.2 Flüssige Brennstoffe
Für die Medienversorgung der Brenner in der Glasindustrie mit flüssigen Brennstoffen (z. B. Heizöl) bildet ebenfalls die DIN EN 764 die Grundlage.
Quelle: Hotwork International AG
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2.2.1 Verteilungssystem für flüssige Brennstoffe
Anforderungen an die Medienleitungen analog der für gasförmig Brennstoffe; Eignung, Entleerung, Durchlüftung und Reinigung muss möglich sein, vorzugsweise Metall Verbindungen durch Gewinde-, Klemm-, Flansch-, Hartlöt- oder Schweißverbindung. Abweichend von den Anforderungen bei gasförmigen Brennstoffen sind •
•
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Gewindeverbindungen nur bei: −
Drücken bis 10 bar
−
Temperaturen bis 130 °C
−
Durchmessern bis DN 25 erlaubt
Schneidringverbindungen nach EN ISO 8434-1 bis ISO 8434-4 und EN ISO 19879 nur bei: −
Drücken bis 40 bar
−
Durchmessern bis DN 32 HVG-Fortbildungskurs 2011
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2.2.1 Verteilungssystem für flüssige Brennstoffe
Für andere Druck/Durchmesser-Kombinationen müssen Verbindungen mit geschweißten Flanschen oder Schweißverbindungen eingesetzt werden. Weiterhin gilt: •
Keine Verwendung von Loten mit Schmelzpunkt unter 450 °C und Klebstoffen
•
Flansche nach ISO 7005 Teile 1, 2 und 3
•
Geschweißte Verbindungen in allen unbelüfteten Räumen
Biegsame Leitungen 1,5-faches des höchsten Druckes, min.
1 bar
Kennzeichnung, welcher flüssige Brennstoff geführt wird Leistungsprüfung: •
Auf Dichtigkeit und Innendruckfestigkeit (min. das 1,5 fache des maximalen Betriebsdruckes)
•
Prüfung Druckentlastungsventile
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2.2.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
In Analogie zu den gasförmigen Brennstoffen gibt es auch bei den flüssigen Brennstoffen (Heizöl) zwingend vorgeschriebene Sicherheitseinrichtungen Handbetätigtes Absperrventil: Vor dem 1. Stellglied, leichte Unterscheidung von Offen- und Geschlossen-Stellung Filter oder Siebe: unmittelbar hinter dem handbetätigtem Absperrventil (Verhinderung des Eintrages von Schmutzteilen) Sicherheitsabsperrventile: Verteilungsleitungen für flüssige Brennstoffe müssen in Analogie zu gasförmigen Brennstoffen nach Filter/Sieb mit Sicherheitsabsperrventilen nach EN 264 ausgerüstet sein (nicht SAV, vgl. mit autom. Absperrventilen) Zwei in Reihe geschaltete Sicherheitsabsperrventile bei: •
Siedebeginn der flüssigen Brennstoffes unter 200 °C
•
Viskosität bei 20 °C kleiner als 6 mm²/s
•
Brennerleistung über 1200 °C
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2.2.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
In Analogie zu gasförmigen Brennstoffen dürfen Ventile nicht öffnen bzw. müssen Brennstoffzufuhr absperren wenn: •Ungenügender Durchfluss des flüssigen Brennstoffes •Erreichen von Druck min oder Druck max vom flüssigen Brennstoff •Temperatur des flüssigen Brennstoffes außerhalb des sicherer Betriebsbereiches •Ungenügende Luftströmung (Luftmangel) •Fehlfunktion der Abgasführung •Ausfall der Stromversorgung und / oder Hilfsenergie •Temperaturüberschreitung der IThE •Erreichen von Druck min oder Druck max in der Brennkammer •Flammenausfall •Druck Zerstäubungsfluids außerhalb des sicheren Bereiches •Ausfall Wärmeträgerfluid
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2.2.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Druckentlastungsventil (kalibriert): soweit erforderlich Druckregel für flüssigen Brennstoff: soweit erforderlich Druckregler Hilfsfluide (Druckluft/Dampf): automatische Druckregler, wenn zur Steuerung des Brennersystems nötig Strömungs- oder Druckwächter für Verbrennungsluft : •
Überwachung ausreichender Luftströmung (während Vorspülung, Zündung, Betrieb) wie bei gasförmigen Brennstoffen durch Druckfühler (nach EN 1854) oder Strömungsfühler
•
Ausfall der Luftströmung bei Vorlüftung, Zündung, Betrieb muss Sicherheitsabschaltung (Störabschaltung, Schutzsystem) bewirken.
Druckwächter für flüssigen Brennstoff: für Druck min oder Druck max bei allen Niedertemperaturanwendungen, bei deren Betrieb die Einhaltung konkreter Fließ- und Zerstäubungsbedingungen zwingend erforderlich ist.eib Temperaturwächter für flüssigen Brennstoff: Analogie zu Druck 21.11.2011
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2.2.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Einzelne handbetätigte Absperrventile: in Analogie zu gasförmigen Brennstoffen, wenn Brenner eines Mehrbrennersystems unabhängig voneinander gezündet werden Sicherheitsabsperrventile: für Mehrbrennersysteme nach EN 264, wenn sicherer Betrieb der Brenner nicht gefährdet wird Abgassystem: Anforderungen analog gasförmige Brennstoffe -
Berechnung der Querschnittsfläche entsprechend nach Volumen, Druck und Temperatur der Abgase
-
Bei Entlüftung mit Ventilator oder Luftzugregelung mittels Regelklappe ist Sicherheitseinrichtung notwendig (bei Störung Sicherheitsabschaltung)
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2.2.2 Zwingend vorgeschriebene Einrichtungen
Zündsystem An das Zündsystem sind analoge Anforderungen wie bei gasförmigen Brennstoffen gestellt -
Die Zündbrenner müssen hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen wie Hauptbrenner ausgerüstet sein.
-
Bei automatisch betriebenen Anlagen ist Direktzündeinrichtung oder Kombination von Zündeinrichtung und Zündbrenner erforderlicher Bestandteil des Hauptbrenners.
-
Zündflamme muss unter allen Betriebsbedingungen stabil sein, so dass Zündung der Hauptflamme möglich ist.
-
Verzögerungsfreie, geräuscharme und sanfte Zündung muss gegeben sein.
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2.2.3 Verbrennungsluft, Vorspülung Brennkammer und Abgaswege
Verbrennungsluftführung •
Kaum Unterschied zu gasförmigen Brennstoffen
•
Fixierung aller handbetätigten Luftstellglieder, Sicherung gegen unbeabsichtigtes Verstellen
•
Kein Eintritt von Abgasen in Verbrennungsluftansaugöffnung
•
Ausreichende Versorgung mit Prozess- und Verbrennungsluft
•
Verhinderung des Rückstromes von Ofengasen
•
Vermeidung von Schwingungen
Vorspülung der Brennkammer •
Analoge Anforderungen wie bei gasförmigen Brennstoffen
•
Die Dauer der Vorspülung muss also wie beim Einsatz gasförmiger Brennstoffe sicherstellen, dass die Konzentration brennbarer Bestandteile in allen Teilen von Brennkammer bzw. Nutzraum /Abgaskanäle < 25 % der unteren Zündgrenze der brennbaren Bestandteile des flüssigen Brennstoffes liegt (5 vollständige Luftwechsel).
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2.2.3 Verbrennungsluft, Vorspülung Brennkammer und Abgaswege
Luft/Flüssigbrennstoffverhältnis Wie auch bei gasförmigen Brennstoffen muss der Luftmassenstrom zum Massenstrom des flüssigen Brennstoffs immer in einem Verhältnis stehen, dass sicher gezündet werden kann sowie eine stabile und sichere Verbrennung im gesamten Betriebsbereich an jedem Brenner gewährleistet wird. Insgesamt gilt: •
Sicherstellung einer stabilen Verbrennung an jedem Brenner
•
Kombination aus Verbundregler mit Flammenüberwachungssystem meist ausreichend
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2.2.4 Zerstäubung der flüssigen Brennstoffe
Die Brenner für flüssige Brennstoffe müssen, wenn anwendbar, für das Erreichen einer einwandfreien Verbrennung mit einem Brennstoffzerstäubungssystem ausgerüstet sein. Es muss unbedingt ein Eintreten des flüssigen Brennstoffes in die Leitung des Zerstäubungsfluids und umgekehrt durch geeignete Maßnahmen verhindert werden
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2.2.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Brenner und Feuerungsautomaten sind ebenso wie bei den gasförmigen Brennstoffen nicht Schwerpunkt der Darlegungen zur Medienversorgung Brenner -
Hauptbrenner: Anforderungen an die Hauptbrenner entsprechen denjenigen der gasförmigen Brennstoffe
-
Anlauf, Zündung, Sicherheitszeiten, Flammenausfall: Es gilt Analoges wie für gasförmige Brennstoffe. Im Hinblick auf Anlauf und Anfahrbrennstoffmenge wird auf die DIN EN 746-2 verwiesen. Der Zündvorgang muss unmittelbar nach Abschluss der Vorspülung eingeleitet werden.
-
Das bzw. die automatischen Magnetventile des Hauptbrenners darf bzw. dürfen erst öffnen, wenn das Entstehen der Flamme des Zündbrenners gemeldet worden ist.
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2.2.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Feuerungsautomaten -
Ebenso wie bei gasförmigen Brennstoffen müssen Hauptflamme und (wenn anwendbar) die Flamme des Zündbrenners durch eine Flammenüberwachungseinrichtung (Feuerungsautomat) überwacht werden. Flammenüberwachungseinrichtungen müssen der EN 230 entsprechen.
-
Bei Flammenausfall muss Störabschaltung erfolgen.
-
Es ist zu verhindern, dass unverbranntes Brennstoffgemisch ausströmt.
-
Flammenüberwachungseinrichtungen müssen fremdlichtsicher sein.
-
Bis auf Ausnahmen (Zündbrenner zündet unter allen Umständen Hauptflamme) ist getrennte Überwachung von Zünd- und Hauptbrenner erforderlich.
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2.2.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Feuerungsautomaten -
Bei Niedertemperaturanlagen (TWand < 750 °C) mit mehreren Brennern muss in der Regel jeder Brenner mit Feuerungsautomat ausgerüstet sein.
-
Bei Hochtemperaturanlagen (TWand > 750 °C) muss während des Anfahrvorganges, solange die Wandtemperatur kleiner 750 °C ist, eine Flammenüberwachung entweder durch einen Feuerungsautomaten oder durch Betriebspersonal erfolgen, wenn dieses unverzüglich eingreifen kann.
-
Ist eine IThE so konstruiert, dass bei Flammenausfall die Wandtemperatur des Brennraumes innerhalb einer Stunde unter 750 °C sinkt, so muss diese mit einer optischen und akustischen Warneinrichtung ausgerüstet sein.
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2.2.5 Brenner und Feuerungsautomaten
Einstrang-Ölversorgung von Ölbrennern mit selbständig steuernden Zubringeraggregaten nach DIN EN 12514
Quelle: hp-TECHNIK GmbH
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2.3 Sauerstoff und sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
Eine Anwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereichter Verbrennungsluft muss besonders beachtet werden. Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft darf nur wenn zwingend notwendig und in einem sicheren Bereich freigesetzt werden In der Betriebsanleitung müssen die Gefährdungen hinsichtlich Anwendung und Handhabung von Sauerstoff angegeben werden Wenn mit Sauerstoff angereicherte Luft oder nur Sauerstoff als Oxidant für die Verbrennung eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes verwendet wird (Oxy-Brennstoff-Feuerung) müssen Zündverfahren und -zeiten für solche Systeme bei der Konstruktion besonders beachtet werden 21.11.2011
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2.3 Sauerstoff und sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
Eignungsprüfung erforderlich. Vor Kontakt von Bauteilen mit Sauerstoff ist Reinigung bzw. Befreiung von entflammbaren Stoffen (z. B. Staub, Fett, Teichen) notwendig, Entzündungsgefahr! (EN 12300 beachten). Dichtungsmaterial und Rohrsysteme müssen für Verteilung von Sauerstoff geeignet sein (je nach Druckbereich z. B. Cu, CuNi-Legierungen, Cr-Ni-Stähle, Gusseisen, Blei, Zinn) Strömungsgeschwindigkeiten in Rohren zwischen -10 und +200 °C: •
•
Unlegierter/nichtrostender Stahl: −
Druck unter 12 bar(g) – 30 m/s
−
Druck über 12 bar(g) – 8 m/s
Cu, Ni und Cu-Ni-Legierungen: −
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Druck bis 65 bar(g) - keine Grenze für Geschwindigkeit HVG-Fortbildungskurs 2011
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2.3 Sauerstoff und sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
Einsatz von Filtern (Verhinderung von Teilcheneintrag z. B. Rost) Abblase- und Entlüftungseinrichtungen (Freisetzung von Sauerstoff darf keine Gefährdung erzeugen) Rückschlagventil nach EN 730-2 Einrichtung zum Schutz gegen Rückströmung von Gas -
Sauerstoffverteilungssysteme müssen mit einem Rückschlagventil nach EN 730-2 bzw. einer entsprechenden Vorschrift ausgerüstet sein, dass auch für den Betriebsdruck geeignet ist.
-
Wenn Sauerstoff mit anderen Substanzen gemischt ist (z. B. Gas, Luft), muss sichergestellt werden, dass keine Rückströmung auftreten kann
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2.3 Sauerstoff und sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
Beispiel für den Einsatz von Sauerstoff als Oxidant in der Glasindustrie -
-
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Für die Verwendung von Oxy-Fuel-Systemen (s. o.) sind folgende drei Hauptgründe zu nennen : o
Senkung des Energieverbrauches und somit Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Schmelzwanne,
o
Signifikante Reduzierung der NOx-Emissionen,
o
Reduzierung der Größe und Invest-Kosten der Glasschmelzwanne.
Des Weiteren sind folgende Vorteile bei Anwendung des OxyFuel-Systems zu nennen: o
Reduzierung des Abgasvolumens, da kein Stickstoffanteil im Verbrennungsund somit Abgas vorhanden ist,
o
Reduzierung von SO2-, CO2- und Staubemissionen,
o
Verbesserung der Glasqualität HVG-Fortbildungskurs 2011
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2.3 Sauerstoff und sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft
Beispiele für Sauerstoff-Verbrennung: Oxy-Fuel Melter der
Combined Oxyfired System®
Nikolaus Sorg GmbH und Co. KG
Horn Glass Industries AG 1. Rekuperativer Brenner 2. Sauerstoffbrenner 3. Gesamtabgas 4. Rekuperator 5. Verbrennungsluft 6. Vorgewärmte Verbrennungsluft
Quelle: Nikolaus Sorg GmbH und Co. KG
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Quelle: Horn Glass Industries AG
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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Ihr Ansprechpartner Dr.-Ing. Matthias Werschy Abteilungsleiter Gasanwendung
DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg Halsbrücker Straße 34 D-09599 Freiberg Tel.: Fax:
(+49) 3731-4195 321 (+49) 3731-4195 319
E-Mail:
[email protected] Web: www.dbi-gti.de 21.11.2011
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