Pneumatische Förderung

Der Sandsturm in der Wüste oder der Tornado, der Hausdächer abdeckt, sind natürliche Beispiele eines pneumatischen Transportes. Technisch findet er jedoch in einer Vielzahl Anwendung. Der pneumatische Transport erfolgt entweder im Saug- oder Druckbetrieb. Die Grundoperationen einer Saug- oder Druckanlage sind identisch:

Einschleusung des Schüttgutes in die Förderleitung
Transport durch die Förderleitung aufgrund einer negativen Druckdifferenz
Trennung des Schüttgutes vom Fördergas am Empfangspunkt (Ausnahmen sind z.B. direkte Reaktor- oder Brennerbeschickungen bei der Druckförderung, wie z.B. die Kohlefeuerung in der Kraftwerks- oder Zementindustrie)
Druckerzeugung (Überdruck bei der Druckförderung, Unterdruck bei der Saugförderung).

Abbildung: Druckanlage (links) / Sauganlage (rechts) mit: A – Vorratssilo, B – Filter, C – Schleuse, D – Empfangssilo, E – Überdruckerzeuger, F – Unterdruckerzeuger, G - Förderleitungsweichen

Die Einschleusung des Schüttgutes in die Förderleitung im Druckbetrieb erfolgt mittels Zellenradschleuse, Druckgefäß, Schneckenpumpe, Injektor (Düsenförderer), Klappensystemen oder bei dem ausschließlich vertikalen Transport mittels Airlift. Am Empfangspunkt wird das Schüttgut zur Weiterverarbeitung vom Transportgas getrennt. Dieses erfolgt mittels Zyklonen und Filtern. Bei z.B. der Brennerbeschickung erfolgt keine Trennung der 2 Phasen. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird direkt der Brennerlanze zugeführt. Das Transportgas dient gleichzeitig als Verbrennungsluft.

Die Drucklufterzeugung hängt direkt vom Fördersystem ab. Während Druckgefäßsysteme mit Kompressoren ausgestattet werden, versorgen Gebläse (bis 1,0 bar(ü)) und Verdichter (bis 2,0 bar(ü)) Schneckenpumpen und Zellenradschleusen. Klappen und Injektoren werden nahezu ausschließlich mit Gebläsen kombiniert. Ausnahmen von den oben aufgeführten Kombinationen sind möglich.

Ob ein pneumatisches Fördersystem eingesetzt und einem mechanischen bevorzugt wird, hängt von vielen Kriterien ab. Meistens fällt die Entscheidung zugunsten der pneumatischen Förderung, wenn der Förderweg entweder sehr lang oder die Stecke zwischen dem Start- und Empfangspunkt durch Umlenkungen und Höhenunterschiede geprägt ist.

Sie haben Probleme mit Ihrem pneumatischen Transport oder planen eine neue Förderanlage und benötigen Unterstützung - so sprechen Sie uns gerne an.

Einschleusorgane der Druckförderung

Eine pneumatische Förderung setzt sich i.d.R. aus folgenden Anlagenbereichen zusammen:

Drucklufterzeuger (Ventilator, Gebläse, Verdichter, Kompressor, Druckluftstation)
Luftleitung zw. Druckerzeuger und Einschleusorgan
Einschleusorgan
Förderleitung
Empfangspunkt (Silo, Brenner, Reaktor)

Der Großteil technischer Probleme entsteht am oder durch das Einschleusorgan. Die Drucklufterzeugung ist selten mit Problemen behaftet, jedoch oft falsch oder energetisch sehr ungünstig dimensioniert. Die Luftleitung ist vernachlässigbar. Druckverluste durch zu viele Umlenkungen sind i.d.R. in der Luftleitung nicht relevant. Die Förderleitung ist oft optimierungswürdig. Schräge Förderleitungsverläufe, falsche oder ungünstig positionierte Rohrbögen führen zu unnötigem zusätzlichem Druckverlust oder sind sogar Auslöser von Anlagenverstopfungen.

Die Einschleusung des Schüttgutes in die unter Druck stehende Förderleitung erfolgt durch das sog. Einschleusorgan. Dieses ist entsprechend den Anlagengegebenheiten, dem Schüttgut, dem Capex und dem Opex auszuwählen. Jedes Einschleusorgan hat seine Daseinsberechtigung.

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Injektorförderer

Der Injektorförderer / Düsenförderer arbeitet nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe. Dieses saugt das Schüttgut, das vertikal von oben in den Einlaufbereich fällt an und transportiert es in die nachgeschaltete Lavaldüse. Dort erweitert sich der Treibstahl. Dadurch wird die kinetische Energie wieder in Druck umgewandelt.

Vorteile des Injektors sind der geringe Platzbedarf, keine im Schüttgutstrom drehende Bauteile sowie die Selbstregulierung der Förderleistung. Aufgrund fehlender Bauteile können Schüttguttemperaturen bis zu 900 °C gefördert werden.

Wesentliche Nachteile sind der hohe Energiebedarf. Injektorförderer setzten nur einen geringen Energiebedarf (< 25 %) in Förderdruck um. Der Großteil der Energie geht für die Schüttgutbeschleunigung, sowie die Gasbeschleunigung verloren. Aufgrund des Wirkprinzips ist die Förderleistung auf 5 – 10 t/h bei max. Förderentfernungen von 200 m begrenzt.

Hauptprobleme mit Düsenförderern sind:

Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Förderleitung,
Leistungsprobleme durch falsche Positionierung der Düse zum Fangrohr,
Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Treibstrahldüse,
Verstopfung der Förderleitung.

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Druckgefäß / Sendegefäß

Das Druckgefäßsystem (weitere Beschreibungen sind: Schubsender, Sendegefäß, Drucksender, Druckkessel u.v.m.) ist ebenfalls ein Einschleusorgan mit der Aufgabe Schüttgut in die unter Druck stehende Förderleitung einzuschleusen. Der Ablauf der Einschleusung erfolgt in den 4 typischen Schritten:

Füllen des Druckgefäßes
Druckbeaufschlagung des Druckgefäßes
Fördern / Senden des Schüttgutes
Freiblasen der Leitung / Entlüften des Gefäßes

Der Ablauf zeigt bereits den Nachteil des Druckgefäßsystems. Die Förderung des Schüttgutes erfolgt nicht kontinuierlich. Während der Schritte 1,2 und 4 erfolgt kein Schüttguttransport. Dieses kann durch eine sog. Doppelstock-Druckgefäßbauweise vermieden werden. Hier werden 2 Druckgefäße übereinander positioniert. Das obere Gefäß durchläuft die 4 oben genannten Zyklen, während das untere Gefäß kontinuierlich arbeitet und durch das obere Gefäß beschickt wird.

Weitere Nachteile einer Druckgefäßanlage sind die große Bauhöhe bei mittleren bis großen (> 50 m³/h) Förderleistungen, der steuerungstechnische Aufwand (Regelung diverser Klappen, Druck- und Füllstandssensoren), die wiederkehrenden Prüfungen nach DGRL sowie zusätzliche Aggregate, wie Drucklufttrockner und Kühler, da aufgrund der hohen Förderdrucke (3 – 20 bar(ü)) der Drucktaupunkt unterschritten wird und Kondensat aus der Förderluft ausfällt.

Die Vorteile sind, dass mit dem Druckgefäß die höchsten Förderdrücke realisiert werden können. Das bedeutet, dass mit Druckgefäßanlagen die längsten Förderstrecken überwunden werden können. Durch das hohe Druckniveau können geringste Fördergasgeschwindigkeiten realisiert werden, das ist produktschonend und reduziert den Förderleitungsverschleiß. Typische Probleme mit Druckgefäßanlagen sind:

Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Förderleitung,
Leistungsprobleme durch falschen konstruktiven und verfahrenstechnischen Aufbau der Druckgefäßanlage,
Verstopfung der Förderleitung,
hoher Druckluftverbrauch,
„schlagen“ der Förderleitung,
erhöhter Verschleiß.

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Schneckenpumpe

Die Schneckenpumpe ist ein Einschleusorgan welches hauptsächlich in der Mineralienindustrie zum Einsatz kommt. Alonzo G. Kinyon aus Wisconsin erdachte 1918 das 1925 patentierte Schneckenpumpenprinzip, die Fuller-Kinyon Pumpe. Ursprünglich war es gedacht, die Druckgefäße, die zur Förderung von Kohlenstaub Einsatz fanden, zu ersetzten, um die Nachteile wie Bauhöhe oder Undichtigkeit zu eliminieren. Schnell fand das nach dem Pressschneckenprinzip arbeitende System Einzug in alle Schüttgut verarbeitenden Industrien.

Die Schneckenpumpe arbeitet nach dem Pressschneckenprinzip. Das Schüttgut fällt in den Einlauftrichter. Dort wird es von der hochtourig (Drehzahlen 700 – 1500 rpm) laufenden Förderschnecke erfasst und zum Auslauf transportiert. Auf dem Weg dorthin erfolgt die erste Schüttgutverdichtung. Ziel ist es, einen Stopfen aufzubauen, der den Druck der Förderleitung abdichtet. Am Ende der Förderschnecke, dem sogenannten Endflügelbereich, erfolgt eine weitere Verdichtung des Schüttgutes, dieses wird je nach Hersteller noch durch eine zusätzliche Klappe unterstützt. Das Schüttgut fällt dann komprimiert in den Auslaufbereich, wo es von der Luftströmung, die mittels Düse stark beschleunigt wird, erfasst und in die Förderleitung transportiert wird.

Vorteile der Schneckenpumpe sind:

Robuster Aufbau,
geringe Bauhöhe auch bei hohen Förderleistungen,
große Förderleistungen > 200 t/h möglich,
keine wiederkehrenden Druckprüfungen nach DGRL,
Drücke bis zu 2,5bar(ü) sind je nach Schüttgut realisierbar.

Nachteile sind:

Hoher Energiebedarf durch die Düse und den Antrieb der Kompressionsschnecke,
erhöhter Verschleiß bei Minderlastfahrweise,
nicht geeignet für Granulate,
nicht geeignet für sensible Schüttgüter (Stichwort: Kornzerstörung).

Typische Probleme mit Schneckenpumpen sind:

Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Förderleitung,
Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Förderluftdüse,
Leistungseinbrüche bei schwankenden Schüttguteigenschaften,
Leistungseinbrüche beim Einsatz von Mahlhilfe im vorgeschalteten Prozess,
Verstopfung der Förderleitung durch falsche Dimensionierung der Förderleitung oder falscher Fahrweise der Schneckenpumpe und deren Peripherie
hoher Druckluft-Energieverbrauch bei Minderlastfahrweise,
Vibrationen der Schneckenpumpe,
Hoher Energiebedarf,
Erhöhter Verschleiß der Schneckenpumpe bei Minderlastfahrweise.

Sie haben Probleme mit Ihrer Schneckenpumpe oder wünschen eine mechanische oder energetische Beurteilung, so sprechen Sie uns an.

Zellenradschleuse

Die Zellenradschleuse ist mit dem Düsenförderer das älteste kontinuierlich arbeitende Einschleusorgan der pneumatischen Förderung. Die Schleuse setzt sich primär aus dem Gehäuse und dem Rotor zusammen. Durch die Druckdifferenz an der Schleuse kommt es zu einer sog. Leckluftströmung in den Einlauf hinein. Diese ist so abzuführen, dass das zulaufende Schüttgut nicht behindert wird.

Ist die Förderleitung ohne Blasschuh direkt an der Schleuse montiert spricht man von einer sog. Durchblasschleuse. In diesem Fall strömt die Förderluft direkt durch den Rotor. Der Vorteil dieser Variante ist, dass anhaftende Schüttgutpartikel vom Fördergas aus dem Rotor geblasen werden.

Nachteil ist, dass der Rotor keine Seitenscheiben hat, das reduziert die Druckabdichtung erheblich.

Die Vorteile einer Zellenradschleuse sind:

große Förderleistung bei kleiner Baugröße,
geringer Energieverbrauch,
Förderleistung unabhängig von Zulaufschwankungen,
sie kann gleichzeitig als Dosierorgan genutzt werden,
für feine und grobe Schüttgüter einsetzbar.

Der Nachteil der Zellenradschleuse ist:

Leckagegasmenge (die wiederum druckabhängig ist)

Typische Probleme mit Zellenradschleusen sind:

Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Förderleitung,
Leistungsprobleme durch falsche Dimensionierung der Zellenradschleuse,
Leistungsreduzierung mit steigender Lebensdauer,
Verschleiß,
Undichtigkeiten an den Lagern,
Starke Staubentwicklung.

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Airlift

Der Airlift ist ursprünglich für den reinen vertikalen Transport gedacht. Seine Hauptanwendungsfelder sind die Zementindustrie, die Kraftwerksindustrie sowie die Aluminiumindustrie. Er findet Einsatz, wenn große Schüttgutmengenströme (> 50 t/h) über große Höhenunterschiede (> 50 m) transportiert werden müssen. Da die Anforderung an ein solches System eine sehr hohe Ausfallsicherheit ist, beinhaltet der Airlift keine bewegten Bauteile. Das Schüttgut fällt am Airliftkopf in den zylindrischen Behälter.

Es bildet sich eine Schüttgutsäule im Airlift aus. Sie hat die Aufgabe den Druck der Förderleitung abzudichten. Die Gewichtskraft der Schüttgutsäule steht nun der Druckkraft des Fördergases entgegen. Am belüfteten Boden des Airlifts befindet sich eine Luftdüse. In ihr wird die Förderluft ähnlich dem Injektorförderer beschleunigt. Auf dem Weg ins Förderrohr nimmt es dabei Schüttgut auf und transportiert es durch die Förderleitung. Die Airliftleistung wird durch 2 Faktoren bestimmt:

Durch den Zulaufmassenstrom: Der Airlift kann nur so viel Schüttgut transporiteren, wie ihm zugegeben wird.
Durch die Gewichtskraft der Schüttgutsäule: Diese wird wiederum durch die Schüttdichte und die Füllhöhe bestimmt. Es kann nur so viel Schüttgut transportiert werden, wie im Gleichgewicht durch die Gewichtskraft abgedichtet werden kann.

Die Vorteile des Airlifts sind die großen Förderleistungen, größte Förderhöhen, höchste Verfügbarkeit, keine beweglichen Bauteile sowie ein einfacher konstruktiver Aufbau.

Die Nachteile sind der höhere Energieverbrauch sowie die große Bauhöhe.

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