Union-Instruments-Kalorimeter mit integrierter Gasanalytik können bei der Verbrennung von Prozessgasen in einem Stahlwalzwerk die Gaszumischung effizient regeln.

Prozessgase, die in vielen verfahrenstechnischen Prozessen insbesondere in der Stahl­industrie anfallen, werden heute – auch wenn sie im Vergleich zu Erdgas energetisch minderwertig sind – in Gasometern gesammelt und bei Thermoprozessen als Brenngas an Stelle von Erdgas eingesetzt. Allerdings machen die schwankende Zusammensetzung des Prozessgases, besonders im CO-Gehalt, und der damit schwankende Energieinhalt besondere Maßnahmen erforderlich.
Eine energetische Stabilisierung der Gaszusammensetzung wird durch die kontrollierte Zumischung von Erdgas erreicht, was Voraussetzung für die erforderliche gleichmäßige Ofenatmosphäre des jeweiligen Thermoprozesses ist. Ein leistungsfähiges Messsystem mit kurzer Reaktionszeit, das aus Kalorimeter und Gasanalyse besteht, liefert dabei die Regelgröße für die energetische Konditionierung von Prozessgasen.

In Warmwalzwerken bewährt
Im Verbundbetrieb von Stahlwerk und Warmwalzwerk sollen die aus dem Stahlwerk stammenden Prozessgase im nachfolgenden Warmwalzwerk als Brenngas für die dort eingesetzten Brenner genutzt werden. Die Beschaffenheit des Brenngases muss dabei zwei Anforderungen sehr unterschiedlicher Art erfüllen: In den verschiedenen Zonen des Warmwalzofens muss zum Erreichen der angestrebten Stahlqualität ein definierter Luftüberschuss gewährleistet werden und gleichzeitig darf die CO-Konzentration im Abgas am Kamin einen bestimmte Grenzwert nicht überschreiten, da sonst die Anlage gemäß Emissionsrichtlinie automatisch abgeschaltet wird. Der Anlagenfahrer steht daher vor der Aufgabe, die wechselnde Zusammensetzung des Prozessgases schnell und mit hoher Genauigkeit zu erkennen und daraus mit Hilfe einer geregelten Erdgasbeimischung die beiden Forderungen dauerhaft einzuhalten. Das ist nur durch eine entsprechend leistungsfähige Gasmesstechnik möglich.

Speziell konfiguriertes Analysen-System

Ein für diese Aufgabe speziell konfiguriertes Messsystem ist das direkt messende Kalorimeter CWD2005 von Union Instruments mit zusätzlich integrierter Gasanalytik und spezieller Messwertverarbeitung. Das System bestimmt direkt die Werte von Wobbe-Index und Gasdichte sowie die Konzentration von CH₄ und C₂+. Berechnet werden daraus zusätzlich die Größen Heizwert und Luftbedarf. Die Summe dieser Informationen aus Kalorimetrie und Gas­analyse ist Grundlage für eine ausreichend genaue Regelung der Gaszumischung. Von spezieller Bedeutung ist dabei der höhere Luftbedarf der Alkane (CH₄, C₂+, …) bei ihrer Verbrennung im Vergleich zu CO, was durch die Konzentrationsbestimmung dieser zwei Komponenten durch die Gasanalytik berücksichtigt wird.
Wichtig ist auch eine für die Regelung ausreichend kurze Reaktionszeit der Messeinrichtung, was wegen der Anlagengröße und der im Rohrsystem erfolgenden Mischvorgänge der Gase besondere Maßnahmen erfordert. Hierfür wurde von Union Instruments ein auf Verzögerungsglieder aufsetzendes Rechenmodell entwickelt, welches dank seiner Parametrierbarkeit an verschiedene Anlagenabmessungen anpassbar ist. Zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit kann das Messsystem redundant ausgeführt; jedes System liefert dabei seine gemessenen und umgerechneten Werte an die Steuerung, welche daraus die endgültige Regelgröße für die Gasmischeinrichtung ermittelt.
Die geschilderte Messtechnik trägt zu einer energieeffizienten und einer vor allem bezüglich Explosions- und/oder Vergiftungsgefahr sicheren Nutzung von Prozessgasen als Brenngas bei, wo immer diese für Thermoprozesse, wie beispielsweise auch in der Glasindustrie, eingesetzt werden.