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[Die Industrie der Steine + Erden]




Pneumatische und hydraulische Fördersysteme

Das Fördern mit pneumatischen oder hydraulischen Systemen hat den großen Vorteil, daß feinkörnige Schüttgüter völlig ohne Verluste oder Emissionen über weite Strecken transportiert werden können.Während sich die hydraulische Förderung im Bereich der Steine und Erden-Industie im wesentlichen auf den Transport des von Saugbaggern gewonnenen Materials beschränkt, umfaßt die pneumatische Förderung den Transport von fast allen staubförmigen Produkten.

Erst die pneumatischen Fördersysteme haben den Lose-Transport von Zement, Kalk, Gips, Kohlenstaub und Fertigmörtel ermöglicht. Eine weitere Voraussetzung war aber auch die Entwicklung von leistungsfähigen Silofahrzeugen und transportablen Silos. Erst am Empfängerort bei der Übergabe der Schüttgüter in stationäre Silos sind Maßnahmen zur Vermeidung von Emissionen erforderlich.



Pneumatische Fördersysteme

Bereits bei der Herstellung von staubförmigen Schüttgütern (z.B. Rohmehl für die Produktion von Zement oder Kalk) ist die pneumatische Förderung ein System, auf welches nicht verzichtet werden kann.

Abb. 1: Rohrmühle mit Kugelfüllung (Foto Svedala)
Abb. 1: Rohrmühle mit Kugelfüllung (Foto Svedala)

So wird bei der Mahltrocknung des Kalksteins, welche meistens in Rohrmühlen mit Kugelfüllung (Abb. 1) erfolgt, das vorgebrochene Material über eine Zellenradschleuse in den Mahlraum eingetragen und hier zerkleinert. Durch ein Halslager der Mühle gelangen die Trocknungsgase (Rauchgase) in den Mühlenraum, entziehen dem Kalksteinfeingut die Feuchtigkeit und tranportieren das Rohmehl zum Sichter, in dem die Klassierung erfolgt.; Grobgut wird zurückgeleitet, das Feingut (fertiges Rohmehl) wird einem Filter zugeführt und vom Trocknungsgas getrennt. Auch bei der Mahlung des Zementklinkers, die oft mit Walzenschüsselmühlen vorgenommen wird, erfolgt der Tranport des gemahlenen Produktes pneumatisch mit großen Luftmengen, die von einem Gebläse durch die Aggregate gezogen wird. Die Trennung der Feststoffpartikel von der Trägerluft erfolgt in der Regel in großen Elektrofiltern.

Den Transport der Produkte vom Filter zum Silo übernehmen in vielen Fällen Luftförderrinnen. In diesen werden fluidisierbare staubförmige Schüttgüter in Mengenströmen von 10 bis 3000 m3/h über kurze bis mittlere Entfernungen (etwa 5 bis 300 m) mit geringem Energie- und Wartungsaufwand transportiert. Das Gehäuse besteht aus dem von einem Hochdruckventilator belüfteten Unterkasten und dem Oberkasten, welcher das Fördergut führt. Ober- und Unterkasten sind durch ein luftdurchlässiges Spezialgewebe voneinander getrennt. Fein verteilt gelangt die Auflockerungsluft in das dem Oberkasten zugeführte Schüttgut und versetzt dieses in einen fluiden, also flüssigkeitsähnlichen Zustand. Bei geringer Neigung der Luftförderrinne von etwa 4 bis 7° zur Horizontalen wird das Fließbett beschleunigt und kann gemäß der Rinnenführung über Weichen und Auslaufköpfe das System wieder verlassen. Da die Verweilzeit der Luft im Fließbett nur sehr gering ist, muß sie ständig erneuert werden. Oberhalb des Fließbettes wird die Abluft von Filteranlagen abgesaugt, gereinigt und wieder der Atmosphäre zugeführt.

Wenn für verfahrenstechnische Prozesse, z. B. Brennprozesse, Schüttgüter pneumatisch zu den Verbrauchern transportiert werden sollen, ist ein exaktes Dosieren des Schüttgutes (Kohlenstaub) erforderlich. Hierfür lassen sich stufenlos regelbare Zellenradschleusen oder Pumpen einsetzen.

Die Pumpen sind mit regelbaren Schneckenförderern ausgestattet, die das Material genau dosiert der Förderleitung zuführen, in der es dann mit Druckluft zum Verbraucher (Brenner) transportiert wird. Die den Kohlstaubsilos nachgeschalteten Dosier- und Fördereinrichtungen werden heute nahezu ausschließlich in explosionsdruckfester Ausführung erstellt. Während bei kleineren Feuerungsanlagen die relativ einfache volumetrische Dosierung bevorzugt wird, arbeiten Großanlagen nur noch mit gravimetrischen Dosiereinrichtungen.



Volumetrisches Dosieren

Die einfachste Art der volumetrischen Dosierung besteht aus einer regelbaren Zellenradschleuse, die das aus dem Silo kommende fluidisierte Material einem Blasschuh aufgibt, von dem aus es durch die von einem Gebläse erzeugte Druckluft zum Brenner transportiert wird. Die Drehzahlregelung erfolgt in Abhängigkeit von der im Feuerungsraum auftretenden Temperatur. Voraussetzung für eine ausreichende Dosierung ist ein einwandfrei fließfähiges und förderwilliges Schüttgut, welches der Schleuse in aufgelockertem Zustand ohne Fremdkörper oder Nester übergeben werden muß. Dabei muß ein völlig ungehinderter Einlauf in die Schleuse und problemlose Abluftführung gewährleistet sein. Außerdem muß das Gut ungehindert aus der Schleuse auslaufen können. Die abzuführende Leckluftmenge ist gleich dem theoretischen Volumenstrom zusätzlich der Spaltverluste.

Eine Variante besteht aus einer regelbaren Zellenradschleuse mit nachgeschalteter Durchblasschleuse. Auch hier erfolgt die Drehzahlregelung und damit die Regelung des Massenstroms über Temperaturmessungen im Feuerraum. Bei relativ kleinen Massenströmen hat das Dosieren über Zellenradschleusen den Nachteil, daß es zu einer pulsierenden Flammenbildung kommen kann. Durchblasschleusen sollten deshalb mit möglichst kleinen Kammern ausgestattet sein, damit ein annähernd homogener Materialstrom mit dem pneumatischen Fördersystem dem Brenner zugeführt werden kann.



Gravimetrisches Dosieren


Abb. 2: Durchflußmengenmeßgerät (Foto Rembe)
Abb. 2: Durchflußmengenmeßgerät (Foto Rembe)

Ein Durchflußmengenmeßgerät (Abb. 2) ist die einfachste Art der gravimetrischen Dosierung in einem pneumatischen Fördersystem. Aus der unter einem Silo angeordneten regelbaren Zellenradschleuse fällt das Material auf eine federnd gelagerte Prallplatte. Der Grad der Auslenkung dieser Prallplatte ist dem vorhandenen Massenstrom direkt proportional, so daß die Drehzahlregelung in Abhängigkeit von der Auslenkung vorgenommen werden kann.

Die genaueste Dosierung dürfte wohl mit Dosierwaagen möglich sein. Das fluidisierte Material fällt in einen auf Druckmeßdosen aufgestellten Waagebehälter, aus dem es durch eine Förderschnecke abgezogen wird. Die Schneckendrehzahl wird in Abhängigkeit von der Gewichtsabnahme in der Zeiteinheit bestimmt. Das von der Schnecke ausgetragene Material wird von einer Förderpumpe zum Brenner transportiert. Während des sehr kurzen Befüllvorgangs des Waagebehälters läuft die Schnecke mit konstanter Drehzahl weiter, in diesem Zeitraum wird der Massenstrom nicht verändert. Für eine einwandfreie Abführung der Verdrängungsluft während des Befüllvorgangs muß gesorgt sein. Beim Dosieren von Kohlenstaub ist sorgfältig darauf zu achten, daß beim Befüllen eines leeren Waagebehälters kein Staub unbeabsichtigt zum Brenner gelangt. Stark fluidisierter Kohlenszaub kann auch durch eine stehende Dosierschnecke hindurchschießen und damit zu einem Brennstoffüberangebot im Ofen führen.

Falls einem Ofen infolge schlechter Dosierung eine zu große Brennstoffmenge zugeführt werden sollte, so besteht die Gefahr, daß der Brennstoff nicht vollständig verbrannt wird und es zu einer CO-Bildung kommt. Dabei können CO-Kontrationen auftreten, die bis in den explosionsfähigen Bereich gehen. Für die Anlage besteht eine erhebliche Gefährdung durch eine explosionsfähige Atmosphäre.



Transport staubförmiger Produkte mit Straßenfahrzeugen

Die Vorteile der Lose- Verladung von staubförmigen Schüttgütern sind überzeugend: es werden nicht nur die Lohnkosten für das Absacken und die Materialkosten für die Verpackung eingespart, sondern es entsteht auch wesentlich weniger Abfall, weil die Transportbehälter stabil sind und das Produkt keinen Witterungseinflüssen ausgesetzt ist. Daher haben sich Silofahrzeuge für den Transport dieser Materialien durchgesetzt.

Diese Fahrzeuge werden in zwei Baugruppen unterteilt: in Kippfahrzeuge und in Silo-Kofferfahrzeuge. Beide Baureihen werden als Anhänger, Sattelauflieger oder als Fahrzeug gebaut. Um eine möglichst hohe Nutzlast zu erzielen, werden in vielen Fällen Chassis und Behälter aus Aluminium hergestellt.

Der Einsatz von Kippfahrzeugen setzt im allgemeinen voraus, daß die Gesamtladung an einer einzigen Verwendungsstelle entladen werden kann, wie das im Bereich der Steine und Erden-Industrie häufig der Fall ist. Das Entleerungssystem solcher Fahrzeuge verfügt über einen stufenlos drehbaren Krümmer mit pneumatischer Dichtung. Die eingebauten Luftauflockerungsmatten dienen der Fluidisierung des Transportgutes.

Silo-Kofferfahrzeuge werden bevorzugt eingesetzt, wenn Teilladungen an verschiedenen Entladestellen abgegeben werden sollen. Die Behälter sind durch mehrere Innenwände in einzelne Abschnitte unterteilt, von denen jeder über ein eigenes Entleerungssystem und einen Einfülldom verfügt.

Zum Entleeren wird bei den Kippfahrzeugen zunächst der Behälter angehoben. Bei beiden Baureihen wird dann dem Behälter Oberluft von etwa 1,8 bar aufgegeben. Von unten her erfolgt die Fluidisierung des Materials im unteren Bereich, welches dann in den Blasschuh fällt und von der im Bordkompressor erzeugten Druckluft in einen bereitstehenden Silo gefördert wird.



Pneumatisches Befüllen von Silos

Mehr als 90 % des in Deutschland hergestellten Zements wird lose verladen und transportiert. Die bei den Verbrauchern aufgestellten Silos sollten so ausgestattet sein, daß ein weitgehend automatischer Betrieb realisiert werden kann, weil mit einer solchen Ausrüstung bei evtl. auftretenden Störungen keine Schäden an den Silos verursacht werden. Besonders wichtig ist es, daß ein Überfüllen vermieden wird, weil die daraus entstehenden Schäden am Filter und am Silo sehr hohe Kosten verursachen können. Einen effizienten Schutz bietet hier eine Überfüllsicherung. Quetschventil (Foto Rembe) Diese setzt sich aus einem Endschalter, einem Quetschventil (Abb. 3), einer Füllstandsmeßsonde, einem Druckschalter und einer Warneinrichtung zusammen. Nach dem Anschließen des Verbindungsschlauches wird das Quetschventil geöffnet und das pneumatische Befüllen des Silos beginnt. Bei Erreichen des zulässigen Füllstandes wird über die Füllstandsmeßsonde die Warneinrichtung aktiviert.

Falls das Befüllen nach einer vorgegebenen Wartezeit nicht beendet wird, schließt das Quetschventil die Fülleitung und bewahrt die Anlage vor Schäden. Mit der Überfüllsicherung und dem Einbau eines zusätzlichen Druckschalters läßt sich auch der im Silo entstehende Endschwall, welcher auftritt, wenn der Fahrzeugbehälter unter vollem Druck völlig entleert wird, so reduzieren, daß ein Öffnen der Überdrucksicherung im Silodach vermieden wird.



Hydraulische Fördersysteme

Der Anwendungsbereich hydraulischer Fördersysteme ist in der Steine und Erden Industrie im wesentlichen auf die Gewinnung von Kies und Sand durch Saugbagger und auf die Naßaufbereitung mineralischer Rohstoffe begrenzt.


Saugbagger System 2000

Bei den Saugbaggern (Abb. 4) gibt es sehr unterschiedliche Bauarten; sie werden in geschlossener und offener Bauweise hergestellt, teilweise in unsinkbarer Ausführung und für führerlosen Betrieb geeignet. Die Anordnung der Pumpen kann auf oder unter dem Bagger vorgenommen sein, wodurch die mögliche Abbautiefe wesentlich beeinflußt wird und sie werden für sehr unterschiedliche Fördermengen gebaut. Gemeinsam ist ihnen, daß sie als Trägergerät für die Kreiselpumpe dienen, mit denen der Feststofftransport von der Gewinnungsstelle zur Aufbereitungsanlage vorgenommen wird.

Von Habermann werden verschiedene Baureihen von Kreiselpumpen für hydraulische Fördersysteme angeboten; für den Einsatz bei der Kiesgewinnung wird die Panzerpumpe vom Typ NPK/NP empfohlen (Abb. 5).

Panzerpumpe NPK 400/800

Diese Baureihe hat einen Förderstrom von bis zu 5000 m3/h, die Förderhöhe erreicht bis zu 145 m und die Anschlußweiten betragen DN 100 bis DN 500.

Bei der Panzerung trägt der hydraulische Teil die konstruktiven Merkmale von stark verschleißbeanspruchten Kiesbaggerpumpen. Sie wird daher bei sehr rauhem Betrieb, großen Förderhöhen und groben Körnungen bevorzugt eingesetzt.

Wichtigstes Kriterium für einen störungsfreien Feststofftransport ist die zur Vermeidung von Ablagerungen erforderliche Mindestfördergeschwindigkeit. Sie wird im wesentlichen aus der Sinkgeschwindigkeit der Feststoffe und somit aus der Wichte des Minerals, der Korngröße, der Kornform und der Transportkonzentration bestimmt. Für eine horizontale Förderung sind deutlich höhere Geschwindigkeiten erforderlich als für den Vertikaltransport. Die Rohrleitung ist dem Förderstrom anzupassen. Bei einem gegebenem Leitungssystem ist der Förderstrom nach der Leitung zu bemessen, damit in beiden Fällen die Mindestfördergeschwindigkeit nicht unterschritten wird.

Bei Auftreten von Grobkorn ist zu berücksichtigen, daß das Maximalkorn nicht größer als der halbe Leitungsdurchmesser sein darf. Für größere Transportwege ist ein kontinuierlicher Betrieb unabdingbar. Auch sollte die Feststoffbeladung keine zu großen Schwankungen hinsichtlich der Menge und der Kornzusammensetzung aufweisen. Sind Betriebsschwankungen unvermeidlich, sollten drehzahlgeregelte Antriebe eingeplant werden.

Der Pumpensumpf ist so zu gestalten, daß sich die Feststoffe nicht in Toträumen ablagern und aufbauen können. Ein Hereinbrechen dieses Materials kann leicht zur Saugrohrverstopfung und dadurch zum Ausfall der Anlage führen. Bei sich schnell entmischenden Trüben – also bei schwerem Material und Grobkorn – sollte der Pumpensumpf eine Form aufweisen, welche die Feststoffe direkt dem Saugrohrmund zuführt. Um unnötigen Verschleiß weitgehend auszuschalten, sind an Armaturen nur die unbedingt erforderlichen Geräte, Saugschieber und Druckschieber zum Absperren des Sumpfes und des Leitungssystems vorzusehen. Der Antrieb sollte über regelbare Gleichstrommotoren, welche auf dem Schiff installiert sind, erfolgen. Durch diese Drehzahlregelung – ohne umständlichen Wechsel der Riemenscheiben – wird ein Betrieb der Baggerpumpe im optimalen Drehzahlbereich in Abhängigkeit vom Material und Verschleißzustand ermöglicht. Als Druckleitung werden in Abhängigkeit von der Abrasivität des Fördergutes Stahlrohre verwendet. Die am Saugrohrgelenk oder an den Übergängen erforderlichen Schläuche besitzen eine besondere Gummimischung, mit welcher der Verschleiß auf ein Minimum reduziert wird. Für die schwimmend verlegte Druckleitung sind Pontons erforderlich, um eine seitliche Begehung auf Laufstegen zu ermöglichen. Diese sollten auf beiden Seiten mit Geländern ausgestattet sein, damit sicherheitstechnischen Belangen Rechnung getragen wird. Der Übergang der Druckleitung von der Wasser- zur Landseite erfolgt über spezielle Gelenke zum Ausgleich der Leitungsbewegungen, aber auch zum Ausgleich von schwankenden Wasserspiegeln.

Ferner wurde von Habermann ein patentiertes System entwickelt, mit dem eine schwimmende Druckleitung durch nur eine Person mit Fernbedienung der Verholwinden von der Einfügestelle aus einfach und schnell verlängert werden kann, unter der Voraussetzung, daß die patentierten Einrichtungen zur Kabelführung und zum Einsetzen des Zwischenpontons verwendet werden.

Von Rohr & PS wird der hydraulische Feststofftransport teilweise auch bei Einsatz anderer Gewinnungsgeräte genutzt. Kriterien hierfür sind:

• Komplette Verpumpung des Baggermaterials nach vorheriger Überkornabtrennung,

• Sandverspülung bei Lagerstätten mit sehr hohem Sandanteil,

• Schlammverpumpung aus dem Gewinnungsbereich heraus.

Der Pumpentransport wird speziell bei Vorkommen mit wenig abrasivem Material eingesetzt. Auch bei Nachbaggerungen, insbesondere bei schwierigem, schlecht entwässerbaren Material wird der Transport mit Förderrohren bevorzugt.

Bei der Errichtung des neuen Kieswerkes Waldsee, dessen Lagerstätte eine Abbaumächtigkeit von 30 m hat und die bei einer Tiefe von mehr als 24 m fast nur noch aus Schluff und Feinsanden besteht, hat Rohr & PS einen Eimerkettenbagger vom Typ KS 160 (siehe Anlaufbild auf Seite 46) mit frequenzgeregeltem Turasantrieb eingesetzt. Die Gewinnung des Materials erfolgt über eine freilaufende Eimerkette mit gelenkig gelagerten Kieseimern. Nach Abscheiden des Grobkorns mit einem im Sieb integrierten Stangenrost erfolgt die Überkornrückführung in den See über eine Eindeck-Siebmaschine. Zum Transport des anfallenden Siebdurchgangs (Fraktion 0/32) ist eine Horizontalkiespumpe mit schwimmender Rorleitung zur Aufbereitungsanlage installiert.

Über den Prallkasten wird das Gemisch einer Siebmaschine aufgegeben und bei 16, 8 und 2 mm abgesiebt. Das zum hydraulischen Transport mitgeförderte Wasser dient gleichzeitig als Prozeßmedium. Hierdurch reduziert sich die erforderliche Frischwasserbereitstellung erheblich, was sich positiv auf die Höhe der installierten elektrischen Leistung der Anlage auswirkt.





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