Durchsatzsteigerung im Kieswerk Kaphof durch Einbau des Steuerungssystems „MEBAS“


Ein hartes Stück Arbeit liegt hinter uns. Im Mai und Juni 2009 haben wir einen Probebetrieb mit MEBAS bei der Firma Laprell im Kieswerk Kaphof durchgeführt. Eine Besonderheit lag in der Sandaufbereitung.

Kieswerke werden nur selten an ihrer Leistungsgrenze betrieben. Erhebliche Einsparpotenziale durch kürzere Betriebszeiten, geringeren spezifischen Energiebedarf oder auf der anderen Seite durch eine höhere Produktionsmenge lassen sich in zahlreichen Kieswerken durch Einbau des belastungsabhängigen Steuerungssystems „MEBAS“ der Firma HINZ Steuerungs- & Datentechnik erzielen – immer dann, wenn die Kornzusammensetzung des Rohkieses Schwankungen unterliegt.

Bereits 53 Kieswerke, Steinbrüche und Recyclinganlagen werden mit MEBAS betrieben und profitieren von Leistungssteigerungen von meist 10-30%, in Extremfällen sogar bis zu 100%.

Im Sommer 2009 wurde das System zunächst probeweise im Kieswerk Laprell Kaphof bei Hückelhoven getestet. Der Erfolg des Einbaus wurde unabhängig durch die CALA Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG ermittelt, dokumentiert und für diesen Bericht zusammengefasst.

MEBAS

Um Überlast an einzelnen Aggregaten zu vermeiden, werden Kieswerke selten so betrieben, dass einzelne Aggregate an ihre maximale Nennbelastung herangeführt werden. Damit wird vor allem der Tatsache Rechnung getragen, dass der Rohkies in seiner Kornzusammensetzung schwankt und es dadurch zu übermäßiger Belastung bestimmter Aggregate in der Prozesskette kommen kann.

Das Steuerungssystem MEBAS hat das Ziel, die Belastung einzelner Maschinen zu überwachen und dementsprechend die Aufgaberate in die Anlage über Dosierbänder oder andere geeignete Vorrichtungen zu regeln. Dazu wird kein „Grenzwertfahren“ der Anlage durchgeführt, in dem die Aufgabemenge soweit hoch oder herunter geregelt wird, bis eines der überwachten Aggregate seinen 100%-Wert erreicht, sondern es wird frühzeitig auf Tendenzen reagiert. Das System „erlaubt“ Abweichungen von einem Grenzwert, wenn es gleichzeitig erkennt, dass sich die Gesamttendenzen in der Anlage in die richtige Richtung entwickeln.

Zu diesem Zweck werden an verschiedenen Aggregaten, die einen Engpass im Prozess darstellen können, kontinuierlich die Stromaufnahme oder andere aussagekräftige Messsignale gemessen. So werden Füllstände, Trübewerte des Wassers, Drehzahlen von Schöpfrädern oder Sandfängen mit erfasst und gewertet.

Neben einer besseren Auslastung der Anlage wird durch das System erreicht, dass temporäre Überlastungen an bestimmten Aggregaten und somit Schäden, Störfälle oder auch unsaubere Trennung vermieden werden.

Die KLK gewinnt aus der Lagerstätte Rohkies durch Nassabbau mittels landgestützten Hydraulikbaggers. Der Rohkies wird unterhalb der Wasserlinie bis zu einer Tiefe von etwa 10 m abgebaut. Die tägliche Produktionsmenge liegt in der Regel bei ca. 4000 t.

Die Aufbereitungsanlage wird durchschnittlich mit etwa 300 t/h beschickt, die über max. 4 Tunnelabzüge unterhalb der Vorhalde ausgetragen werden.

Die Anlage ist prozesstechnisch in folgende Bereiche zu unterteilen:

  • Gewinnung und Überkornabscheidung (+ 70 mm)
  • Vorhalde mit Tunnelabzug
  • Vorklassierung in Brechgut, Kies und Sand mit nachgeschalteten Zwischensilos für 2/32 und 32/70
  • Überkornbrecherei für 32/70
  • Sandverpumpung mit 3-stufiger Sandklassierung/-sortierung und Entwässerung
  • Kiesklassierung
  • Zwischenlagerung und Verladung und
  • Frischwasserversorgung und Brauchwasserentsorgung

Vor dem Brecher und der Schwertwäsche befinden sich Puffersilos, die ein zwischenzeitliches Abschalten dieser beiden Aggregate erlauben. So wird zum Beispiel der Brechereibetrieb auf ca. 50% der Anlagenbetriebszeit zu konzentriert, um eine bessere Auslastung des Brechers zu erreichen.

Alle Produktqualitäten werden durch Eigen-/Fremdüberwachung regelmäßig analysiert. Zugrunde gelegt werden dabei die landesspezifischen Normen zur EN 12620 (D und NL).
Ferner werden die Produkte aus der Sandklassierung (Grob-, Mittel-, Feinsand) regelmäßig im Rahmen der Eigenüberwachung analysiert.

Der Einfluss von MEBAS auf den Kieswerksbetrieb wurde durch die CALA Aufbereitungstechnik auf Basis der Überwachungs- und Betriebsdaten, sowie zusätzlicher Analysen über einen Zeitraum von einem Monat vor dem Einbau und zwei Monaten nach dem Einbau erfasst und dokumentiert.

Durchsatzsteigerung um rund 13%

Die Abbildung 1 zeigt die mittleren Stundendurchsätze für Arbeitstage vor und nach dem Einbau von MEBAS, jeweils errechnet aus Tagesgesamtdurchsatz im Verhältnis zur Tagesbetriebszeit.

Durchsatzleistung vor (blau) und nach (pink) Einbau von MEBAS


Die in der Abbildung blau dargestellten Werte sind die mittleren Stundendurchsätze der Anlage vor dem Einbau von MEBAS. Sie schwanken im Bereich zwischen 254 t/h und 310 t/h (zum großen Teil zwischen 295 und 305 t/h) und lagen im Betrachtungszeitraum im Mittel bei 297,6 t/h.

Die mittleren Durchsätze des Kieswerks nach Inbetriebnahme von MEBAS sind in der Abbildung in pink dargestellt. Der mittlere Durchsatz ist in diesem Zeitraum auf 334,6 t/h gestiegen (Minimalwert: 287,3 t/h; Maximalwert: 360,4 t/h).

Insgesamt wurde für den Betrachtungszeitraum ein relativer Anstieg des Anlagendurchsatzes um rund 12-13% erzielt.

Gleich bleibende Produktqualitäten

Sowohl vor als auch nach der Inbetriebnahme von MEBAS erreichten alle Kornverteilungen die Toleranzen nach Eigenspezifikation der KLK, die deutlich engere Grenzen zieht als die DIN 12620. Auch die Qualität der Abtrennung von abschlämmbaren und organischen Anteilen aus dem Sandprodukt blieb von dem Einbau von MEBAS unberührt.

Es erscheint vielversprechend gerade im Bereich der Sandsortierung und –klassierung dieses System nicht nur zur Leistungssteigerung sondern gezielt auch zur Qualitätsverbesserung einzusetzen. Bekanntermaßen sind es schließlich die konsequente Aufbereitung und Klassierung von Sanden mit exakt reproduzierbaren Kornverteilungen, die es ermöglichen, bei der Betonherstellung Zement einzusparen.

Verringerter Energiebedarf

Nach Einbau von MEBAS lässt sich tendenziell eine geringfügige Verringerung des spezifischen Energieverbrauches feststellen. Dieser trat nicht in dem Maße ein, wie es entsprechend der Durchsatzerhöhung zu erwarten gewesen wäre.

Dies ist jedoch darauf zurückzuführen, dass vor der Umstellung der Überkornbrecher nur eine halbe Stunde je Stunde betrieben wurde und das Überkorn in den Stillstandzeiten in einem Vorratsbunker zwischengelagert wurde. Gleiches gilt für die Schwertwäsche, die vor der Umstellung pro Tag etwa 2 Stunden still stand.

Seit der Umstellung laufen Brecher und Schwertwäsche – die leistungsstärksten Aggregate der Anlage – durchgängig, obwohl theoretisch die Betriebszeiten analog zur Durchsatzleistung ebenfalls nur um 10-15% hätten erhöht werden müssen.

MEBAS darf bleiben!

Der Einbau von MEBAS im Kieswerk Kaphof hatte zum Ziel, eine deutliche Leistungssteigerung des Kieswerks zu erreichen, ohne dabei die Produktqualitäten negativ zu beeinflussen oder sonstige nachteilige Auswirkungen z. B. auf die Betriebssicherheit oder Verschleißkenndaten zu verursachen.

Im Ergebnis lassen sich folgende Aussagen treffen:

  • Der mittlere Durchsatz der Anlage wurde um rund 12-13% gesteigert
  • Die Qualität der einzelnen Produkte konnte konstant gehalten werden
  • Der Spezifische Energiebedarf (in €/t) der Anlage wurde geringfügig gesenkt. Mögliche höhere Einsparungen konnten aufgrund einer Umstellung der Betriebsweise der Anlage nicht erzielt werden
  • Es ist ein wesentlicher Rückgang ungeplanter Anlagenstillstände zu vermerken. Seit Einbau von MEBAS tendiert die Anzahl von Stillständen gegen Null.
  • Negative Auswirkungen auf den Verschleiß oder Schäden an der Anlage durch den höheren Durchsatz sind bis heute nicht zu verzeichnen

Insgesamt wurde die Leistungssteigerung durch MEBAS im Testbetrieb von Seiten der KLK so positiv bewertet, dass das System für den dauerhaften Betrieb erworben wurde.

Bericht Werk Kaphof