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antriebstechnik 1-2/2015

antriebstechnik 1-2/2015

Stahlhart gespart

Stahlhart gespart Größter Stahlproduzent Chinas spart mit drehzahlgeregelten Antrieben Energie in Sinteranlage Stefan Obst Edelstahl wird heute in vielen Industrien verarbeitet. Zur Herstellung des hochfesten Werkstoffs wird allerdings sehr viel Energie benötigt. Das wusste auch der größte Edelstahlproduzent Chinas, der nun erstmals drehzahlgeregelte Antriebe für die Saugzuggebläse seiner Sinteranlage eingesetzt hat. Dadurch konnten der Stromverbrauch und die jährlichen Kosten deutlich reduziert werden. Stefan Obst, Produktmanager für Mittelspannungsumrichter bei der Siemens AG in Nürnberg Eine treibende Kraft in der globalen Edelstahlproduktion ist China. Dass bei der Herstellung des Werkstoffs der größte Kostenfaktor auf die dafür benötigte Energie entfällt, hatte Taiyuan Iron & Steel (Tisco) – der größte chinesische Edelstahlproduzent – frühzeitig erkannt. Bereits 2010 fiel die Entscheidung, das riesige Saugzuggebläse einer neuen Sinteranlage mit drehzahlgeregelten Antrieben auszurüsten. Der Stromverbrauch konnte damit deutlich gesenkt werden. Rückblickend zeigt sich nun, dass sich die Kosten für die Investi tion bereits nach zwei Jahre amortisiert hatten und Tisco seitdem hohe Strom kosten spart. Erstmaliger Einsatz von Umrichtern Ein vergleichbares Projekt dieser Art hatte es in China bisher nicht gegeben. Genau deshalb wurde von Tisco ein erfahrener Partner gesucht. Die Entscheidung fiel auf Siemens. Im Zuge einer engen Zusammenarbeit und der gemeinsamen Ermittlung des Energiesparpoten zials wurden zwei Mittelspannungsumrichter vom Typ Sinamics Perfect Harmony GH180 ausgewählt und dann auf die Applikation ausgelegt. Wenn auch weniger spektakulär als ein Hochofen stellt die Sinteranlage einen wichtigen technologischen Baustein bei der Edelstahlherstellung dar. Durch das Brennen einer Sinterrohmischung, die u. a. Eisenerze enthält, entsteht überhaupt erst ein verarbeitungsfähiges Ausgangsmaterial für den Hochofenprozess. Die Sinteranlage Nummer 4, die bei Tisco dafür im Einsatz ist, zählt mit einer Ausdehnung von 600 m 2 zu den größten der Welt. Angesichts einer solchen Fläche wird insbesondere den Saugzuggebläsen der Maschine viel abverlangt. Doch eine hohe Leistung erfordert

ELEKTORMOTOREN auch einen entsprechend hohen Energiebedarf. Um diesen effektiv zu senken, griff Siemens auf einen ganzheitlichen Energiemanagement-Prozess zurück, der sich in drei Phasen gliedert und Schritt für Schritt zu den geeigneten Maßnahmen für eine effizientere Produktion führte. Gebläse als größter Energieverbraucher Zunächst galt es, das Energiesparpotenzial bei Tisco zu identifizieren. Anhand einer systematischen Erfassung aller Verbrauchsdaten wurde hierbei der Energiefluss der Anlage sichtbar gemacht. Da die 600-m 2 - Maschine zu jener Zeit noch nicht in Betrieb war, diente zunächst eine 450-m 2 - Anlage als Modell. Wie sich zeigte, waren die Saugzuggebläse für die Hälfte des Strombedarfs verantwortlich. Diese wurden nicht durch einen Frequenzumrichter geregelt, sodass die Motoren stets mit voller Leistung bzw. nicht im optimalen Betriebszustand liefen. Innerhalb des Sinterprozesses spielen die Gebläse grundsätzlich eine wichtige Rolle, da sie den Durchbrennungsprozess des Sintermaterials maßgeblich beeinflussen. Die Stärke und Präzision des Luftstroms haben hierbei direkten Einfluss auf die Qualität und Menge der Endprodukte. Sobald die Energieströme der Anlage erfasst, ausgewertet sowie visualisiert und das Gebläse als größter Energieverbraucher identifiziert waren, fand eine Berechnung der konkreten Einsparpotenziale sowie eine Bewertung der Wirtschaftlichkeit möglicher Maßnahmen statt. Den Entschei dungs trägern bei Tisco wurde schnell bewusst, dass drehzahlgeregelte Antriebe die geeignete Antriebslösung für die Gebläse der neuen Sinteranlage darstellten. Wie die Analysen zeigten, würden durch die optimale Regelung der Gebläse-Motoren die Einsparungen auch bei voller Auslastung der gesamten Sinteranlage immer noch bei min. 35 % liegen. Mit dem Wissen um dieses Potenzial ging der Edelstahlproduzent im dritten Schritt die konkreten Maßnahmen an. Auf Basis der vorhergehenden Evaluation fiel die Entscheidung auf zwei wassergekühlte Umrichter des Typs Sinamics Perfect Harmony GH180. Diese voll integrierten drehzahlveränderbaren Umrichter beinhalten in einem Gehäuse den Eingangstransformator, die Leistungselektronik und das Steuerungs- sowie Kühlsystem und konnten somit bei Tisco platzsparend integriert werden. Zuverlässiger Umrichterbetrieb Durch die genaue und effiziente Regelung des Gebläses tragen die Umrichter zu einem hohen Prozesswirkungsgrad bei. Darüber hinaus zeichnen sie sich aufgrund ihres modularen Aufbaus und der Möglichkeit, eine defekte Zelle im Betrieb zu überbrücken, durch eine hohe Verfügbarkeit aus. Dies war auch ein Grund sich für dieses Form der Antreibstechnik zu entscheiden. Schließlich wäre ein Ausfall der Gebläse mit Qualitätseinbußen oder gar Produktionsausfällen und so mit hohen Kosten verbunden. Als das große Saugzuggebläse der Sinteranlage schließlich mithilfe der bei den Sinamics-Umrichter sanft anlief, war die Freude groß. Denn der Blick auf den Stromzähler zeigte, dass sich der Verbrauch wie berechnet deutlich reduziert hatte. Darüber hinaus war erkennbar, dass der Motor einen geringen Anlaufstrom benötigte und konstant mit geringer Drehzahl lief. Auf diese Weise konnte eine stabile Luftstromregelung stattfinden, die sich positiv auf die Qualität und Menge der Endprodukte auswirkt. Der Nutzen der Umrichtertechnologie konnte nicht nur am Stromzähler abgelesen werden. Denn die wassergekühlten Geräte sind darüber hinaus besonders leise im Betrieb und durch geringe Konvektion vor dem Feinstaub in der Umgebung geschützt. Somit hat sich seit der Inbe triebnahme der Antriebslösung auch der Arbeitsaufwand für die Mitarbeiter vor Ort verringert, da sie bei der Anlage Nummer 4 keine Zugregler zur Säuberung der staubigen Luft mehr bedienen müssen. Zudem stellt eine Schalttafel im zentralen Kon trollraum 90 % der Anlagendaten grafisch dar. Dies erleichtert die Überwachung des laufenden Betriebs und schenkt dem Personal wertvolle Zeit, weitere energie effiziente Maßnahmen innerhalb des Produktionsprozesses zu identifizieren, deren Sparpotenzial zu eruieren und dann ebenfalls in die Tat umzusetzen. www.siemens.de 01 Für das Lüftungssystem der Sinteranlage Nummer 4 wurden drehzahlgeregelte Antriebe eingesetzt 02 Zwei Frequenzumrichter ermöglichen einen energieeffizienten Betrieb der Saugzuggebläse 03 Fast 90 % der Anlagendaten können im Kontrollraum visualisiert werden antriebstechnik 1-2/2015 17

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