Hopfen und Holz

Installation einer Biomasse-Dampfkesselanlage für die Brauerei Carlsberg

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13.09.2020 Null CO2-Ausstoß, dafür 100 % erneuerbare Energien nutzen: Das sind zwei große Ziele, die sich der Brauereikonzern Carlsberg gesetzt hat. Ein erster Schritt dahin ist die Installation der gruppenweit ersten Biomasse-Dampfkesselanlage im serbischen Čelarevo.

Entscheider-Facts

  • Der Brauereikonzern Carlsberg hat sich dazu verpflichtet, seinen CO2-Ausstoß bis 2030 auf null zu senken sowie den Wasserverbrauch in seinen Brauereien zu halbieren.
  • Als ersten Schritt investierte das Unternehmen mehrere Millionen Euro in eine neue mit Hackschnitzel betriebene Energiezentrale in der Brauerei im serbischen Čelarevo.

Der Betrieb verbraucht jetzt durchschnittlich 10 % weniger Energie in der Bierherstellung als vorher, spart CO2 und schont Ressourcen.
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Bild: Viessmann

Die Investition in die Anlage ist Teil eines Nachhaltigkeitsprogramms des Brauereikonzerns. Mit „Together Towards Zero“ verpflichtet sich das Unternehmen zu null CO2-Ausstoß bis 2030 sowie dazu, den Wasserverbrauch in seinen Brauereien zu halbieren. Demnach sollen unter anderem künftig alle-Brauereien zu 100 % erneuerbare Energien nutzen – und das schon bis zum Jahr 2022.

Als Schritt in Richtung nachhaltiger Bierproduktion investierte die Carlsberg mehrere Millionen Euro in eine neue mit Hackschnitzel betriebene Energiezentrale in Čelarevo, 130 km nördlich von Belgrad. Zum Einsatz kommt dabei eine Holzfeuerungsanlage vom Typ Vitoflex 300-FSR HS . Diese wird vom österreichischen Unternehmen Mawera gebaut, das zum Zeitpunkt des Projektes noch unter Viessmann Holzfeuerungsanlagen firmierte. Der installierte Hochdruckdampferzeuger hat eine Nennleistung von 850 kW. Zusammen mit dem integrierten Economiser liefert er 1,3 t/h Sattdampf für die Bierproduktion in Čelarevo. Dank des Economisers liegt die Speisewassertemperatur bei konstant 102 ° C, was Brennstoff einspart. Kessel und Economiser haben einen zulässigen Betriebsdruck von max. 10 bar sowie eine zulässige Betriebstemperatur von maximal 184 °C.

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Die Holzfeuerungsanlage mit Economiser.

Holz als klimafreundlicher und kostengünstiger Energieträger

In der Herstellung ist Bier, mit seinem enormen Strom- und Wärmebedarf, eines der energieintensivsten Lebensmittel überhaupt. Die Dampfkesselanlage, als wichtiger Bestandteil jeder Brauerei, hat hierbei eine Schlüsselrolle: Ob beim Maischen, Kochen oder bei der Flaschen- und Fassreinigung – überall wird Dampf eingesetzt. Damit dieser besonders nachhaltig erzeugt wird, setzt die Anlage auf den nachwachsenden Rohstoff Holz. Rund 7.000 m3 Hackschnitzel werden pro Jahr in dem vollautomatischen Holzheizkessel in Čelarevo verfeuert. Feste Verträge mit Lieferanten sichern eine ganzjährige Versorgung mit dem Brennstoff.

Holz als Brennstoff ist für Brauereien und andere Unternehmen aus der Lebensmittelindustrie gleich in zweifacher Hinsicht interessant: Zum einen leistet Holz als CO2-neutraler Energieträger einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Nachhaltigkeit. Zum anderen ist der Rohstoff geringeren Preisschwankungen unterworfen als fossile Brennstoffe und muss nicht importiert werden. Das spart Kosten und macht unabhängiger von anderen Märkten. Zum Vergleich: 1 t/h Dampf aus Erdgas kostet ca. 20 Euro. Wird die gleiche Menge Dampf mittels Biomasse erzeugt, beträgt der Preis nur 12 Euro.

Sauber gefördert und verbrannt

Der Brennstoff wird in der Brauerei in Čelarevo in einem Schubboden gelagert und hydraulisch in eine Trog-Förderschnecke gefördert. Mittels Schneckensystem gelangt der Brennstoff in die Feuerung des Kessels. Ein hydraulisch angetriebener Flachschubrost im Kessel sorgt für einen optimalen Abbrand, auch bei schwierigen, wie inhomogenen und nassen, Brennstoffen. Ein besonderes Merkmal der Anlage: Zur Befeuerung können verschiedene Holzbrennstoffe mit einem Wassergehalt von sechs bis 55 % eingesetzt werden.

Wo Holz als Brennstoff eingesetzt wird, fällt selbstverständlich auch Asche an. Die Anlage kann Asche-gehalte von bis zu 6 % verarbeiten. Und die Entsorgung der Asche geht in der serbischen Brauerei besonders unkompliziert: Die bei der Hochdruckdampferzeugung anfallende Asche kommt mittels einer Steilförderschnecke in einen 800 l Container, der alle zwei bis drei Wochen entleert wird. Der Multizyklonabscheider für den Grobstaub und der Elektrofilter für den Feinstaub werden in der Anlage vollautomatisch entascht.

Neben einem niedrigen Aschegehalt weist die Holzfeuerungsanlage auch niedrige Emissionswerte auf. Dafür sorgen unter anderem das großzügig dimensionierte Brennkammervolumen sowie der massive Einsatz von Ausmauerungsmaterial. Frequenzgeregelte Schnecken bei Rostantrieben, Verbrennungsluft und Abgas-Rezirkulation stellen zudem einen niedrigen Stromverbrauch der Anlage sicher.

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Die Primärluft- und Abgas-Rezirkulation an der Holzfeuerungsanlage.
Bilder: ehem. Viessmann Holzfeuerungsanlagen

Abgaszirkulierung über und unter Rost

Die Kesselanlage verfügt über eine sogenannte Low-NOx-Brennkammer mit primärseitigen Maßnahmen, wie beispielsweise einer Luftstufung. Der Rost ist in vier unabhängige Primärluftzonen unterteilt. So kommt je nach Brennstoff immer die gerade benötigte Luftmenge in die Brennkammer. Für einen optimalen Sekundärluft-Volumenstrom sind hochqualitative Sauerstoff-Sonden (O2-Sonden) im Einsatz. Diese ermitteln den Sauerstoff-Istwert, was einen konstant tiefen Restsauerstoffgehalt im Abgas ermöglicht. Dieser liegt bei 5 %. So erreicht die Anlage hohe Wirkungsgrade, auch im modulierenden Teillastbetrieb.

Das Abgas wird in der Abgasleitung abgesaugt und über einen Ventilator der Brennkammer „über“ und „unter“ dem Rost wieder zugeführt. Das reduziert die Flammtemperatur und sorgt für niedrige Stickoxid-Werte (NOx). Vor allem die Abgasrückführung unter Rost hat einen entscheidenden Vorteil: Das rückgeführte Abgas wird in einer Mischkammer mit der Primärluft vermischt, was den Ausbrand verbessert und eine Verschlackung am Rost vermeidet.

Gute Auslastung der Anlage und intelligente Steuerung

Die Brauerei in Čelarevo hat den Hochdruck-Dampferzeuger ständig in Betrieb und fährt die Anlage in der Regel mit einer Leistung von 70 bis 100 % der Nennleistung von 850 kW. Grundsätzlich ist bei der Anlage eine gleitende Lastregelung von 25 bis 100 % möglich. Spitzenlasten federn vor Ort zwei zusätzliche Gaskessel ab. Einer ist mit Erdgas betrieben und liefert 15 t/h Dampf, der andere Gaskessel läuft mit Biogas und schafft 5 t/h. Wird einmal keine Leistung benötigt, zum Beispiel am Wochenende, schaltet sich die Verfeuerungsanlage einfach automatisch ab. Bei einer erneuten Last-Anforderung zündet die Anlage dann auch wieder vollautomatisch.

Dank moderner Anlagensteuerung und Fernzugriff hat das Brauerei-Team die Dreizug-Dampfkesselanlage auch aus der Ferne im Blick, und zwar rund um die Uhr. Das ist nicht nur besonders praktisch, sondern hilft vor allem dabei, die Effizienz der Anlage zu steigern und Betriebskosten sowie Stillstandzeiten zu minimieren. Den Fernzugriff auf die Anlage ermöglicht das Analyse- und Visualisierungstool Industrial Cockpit. Die Basic-Version, wie sie in der serbischen Brauerei installiert ist, bietet eine einfache und strukturierte Darstellung der wichtigsten Anlagenparameter. Die Brauerei kann so voreingestellte, standardisierte Trends wie Vorlauf- und Rücklauftemperatur überwachen. Dank einer Filterfunktion haben Anlagenbetreiber einen schnellen Überblick über den Zustand der Kesselanlage. Die Brauerei kann aber auch selbst Grenzwerte festlegen. Werden diese über- oder unterschritten, bekommt der Braumeister sofort per Email-Alarmierung Bescheid, um schnell handeln zu können.

Einmal im Jahr schaltet die Brauerei die Holzverfeuerungsanlage für eine Gesamtwartung ab. Insgesamt zehn Tage dauert die Wartung, inklusive Abkühlzeit. Die Wärmetauscher des Hochdruckdampferzeugers werden zweimal jährlich gereinigt. Anderweitige Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen braucht es in der Regel nicht. Grund dafür sind die robuste Anlagentechnik, wie der massive Stahlbau sowie das hochwertige Ausmauerungsmaterial. Die Roste sind großzügig ausgelegt und auch die Feuerraumvolumina sind überdurchschnittlich, was den Verschleiß der Anlagenteile reduziert. [jg]

Carlsberg-Brauerei in Čelarevo, Serbien
Carlsberg Serbia ist ein Unternehmen mit Sitz in Čelarevo. Seit 2003 ist die Brauerei Teil des weltweit viertgrößten Brauereikonzerns; ihre Geschichte aber reicht viel weiter zurück: Bereits 1892 gründete der Industrielle Lazar Dunđersk die Brauerei Pivara Čelarevo in der Nähe der gleichnamigen Stadt in Serbien. In seinem Landwirtschaftsbetrieb baute er Hopfen und Gerste für seine Bierproduktion an. In den 1970ern wurde die Brauerei technisch modernisiert und damit zu einer der modernsten Brauereien im damaligen Jugoslawien.

Heftausgabe: Pharma+Food September 2020

Über den Autor

Jona Göbelbecker, Redaktion
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