Die Stadtentwässerung Frankfurt am Main (SEF) beauftragte das Industrie-Consulting-Team (IC-Team) des SKZ mit umfangreichen Ausarbeitungen zum Kunststoffmaterial für Lamellenwände eines Aktivkohle-Absorbers in einer Rauchgas-Reinigungsanlage.
In der Schlamm-Entwässerungs- und Verbrennungsanlage der Stadtentwässerung Frankfurt (Bild 1) werden im Bereich der Rauchgasreinigung (Bild 2) insgesamt 6,8 Meter hohe Lamellen-Wände (Register) zur Abtrennung der Aktivkohle (Bild 3) eingesetzt. Pro Absorber sind 2 x 2 Lamellen-Wände (Register) mit je 178 Lamellen eingebaut. Jeder Absorber ist mit zwei Aktivkohleschüttungen bestückt. Pro Schüttung ergibt sich ein Füllvolumen von ca. 9 m³ Aktivkohle. Dies ergibt je Schüttung ein Gewicht für die nasse Aktivkohle von ca. 10 Tonnen.
Die Aufgabe für das IC-Team des SKZ bestand darin, zunächst eine detaillierte Analyse des derzeitig verwendeten Kunststoffmaterials durchzuführen. Anschließend erfolgte eine vor Ort -Begehung durch das SKZ, um mit den Experten der Stadtentwässerung Frankfurt das Anforderungsprofil des Kunststoffes für die Lamellen-Wände festzulegen. Es wurde ein Lastenheft erstellt und entsprechend die Lamellen-Wände bestellt. Eine Materialrecherche bezüglich Alternativ-Kunststoffe und optimaler Herstellverfahren sollte zusätzlich durchgeführt werden.
Mithilfe einer Infrarotspektroskopie im akkreditierten Prüflabor des SKZ wurde das derzeitige Lamellenmaterial untersucht. Die Harzkomponente des GFK-Kunststoffes wurde ermittelt sowie ein Flammschutzmittel detektiert. Bei der Bestimmung des Textilglas- und Mineralfüllstoffanteils nach DIN EN ISO 1172 wurde die Höhe eines Glasfaseranteils und eines mineralischen Füllstoffanteils ermittelt.
Um den Schichtaufbau der GFK-Lamellen zu bestimmen, wurde eine Computertomographie durchgeführt. Die CT-Aufnahmen zeigten einen Rovingkern aus unidirektional ausgerichteten Langglasfasern, ummantelt mit einem Glasfaservlies aus Wirrfasern. Es zeigte sich keine glasfaserfreie Versiegelung der Oberfläche (Bilder 4 und 5).
Nach der detaillierten Materialbestimmung erfolgte im nächsten Teilprojekt die Erstellung des Lastenheftes für den Lamellenwerkstoff. Es zeigte sich ein hohes Belastungskollektiv auf den Lamellenwerkstoff durch die Kombination der chemischen Belastung (30%-ige Schwefelsäure), der erhöhten Temperaturen (85°C) und der dynamischen Belastungen (gleitend und oszillierend). Die oszillierende Belastung erfolgt durch den hohen Volumenstrom des Rauchgases mit ca. 16.000 bis 20.000 mN3/h.
Für die Neu-Beschaffung der Lamellenwände wurde sowohl das Lastenheft mit den genauen Angaben zu thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen als auch die Ergebnisse aus der Materialanalyse berücksichtigt. Gerade die fundamentierten Aussagen im Ausschreibungstext führten schließlich zu einer Standzeiterhöhung der Lamellenwände um den Faktor 3.
Das Lastenheft diente schließlich auch noch als Basis für eine umfangreiche Materialrecherche bezüglich alternativer Kunststoffe für die Herstellung von Lamellen.
Ein wichtiges Entscheidungskriterium für die Auswahl des Alternativ-Werkstoffes war neben den Anforderungen aus dem Lastenheft ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren für die Lamellen. In einer Entscheidungsmatrix wurden die ausgewählten Materialtypen hinsichtlich ihrer speziellen Eignung bewertet. Die Materialtype - Polypropylen Homopolymer (PP-H) - zeigte das beste Eigenschaftsprofil, um das geforderte Belastungskollektiv abzudecken. Die Recherche verschiedener Anwendungsbeispiele von PP-H im chemischen Anlagebau, untermauerte die Materialempfehlung. Als wirtschaftliche Verfahrenstechnik zur Herstellung der Lamellen wurde die Extrusion empfohlen. Im Rahmen eines Workshops zum Abschluss der Arbeiten präsentierte das SKZ die Ergebnisse. Werner Fischer von der Stadtentwässerung Frankfurt am Main, zuständig für die Planung und den Bau der Absorber, zeigte sich beeindruckt und bemerkte abschließend: "Wenn es bei uns um Kunststoffe geht, ist das Kunststoff-Zentrum SKZ der Ansprechpartner".
In der Schlamm-Entwässerungs- und Verbrennungsanlage der Stadtentwässerung Frankfurt (Bild 1) werden im Bereich der Rauchgasreinigung (Bild 2) insgesamt 6,8 Meter hohe Lamellen-Wände (Register) zur Abtrennung der Aktivkohle (Bild 3) eingesetzt. Pro Absorber sind 2 x 2 Lamellen-Wände (Register) mit je 178 Lamellen eingebaut. Jeder Absorber ist mit zwei Aktivkohleschüttungen bestückt. Pro Schüttung ergibt sich ein Füllvolumen von ca. 9 m³ Aktivkohle. Dies ergibt je Schüttung ein Gewicht für die nasse Aktivkohle von ca. 10 Tonnen.
Die Aufgabe für das IC-Team des SKZ bestand darin, zunächst eine detaillierte Analyse des derzeitig verwendeten Kunststoffmaterials durchzuführen. Anschließend erfolgte eine vor Ort -Begehung durch das SKZ, um mit den Experten der Stadtentwässerung Frankfurt das Anforderungsprofil des Kunststoffes für die Lamellen-Wände festzulegen. Es wurde ein Lastenheft erstellt und entsprechend die Lamellen-Wände bestellt. Eine Materialrecherche bezüglich Alternativ-Kunststoffe und optimaler Herstellverfahren sollte zusätzlich durchgeführt werden.
Mithilfe einer Infrarotspektroskopie im akkreditierten Prüflabor des SKZ wurde das derzeitige Lamellenmaterial untersucht. Die Harzkomponente des GFK-Kunststoffes wurde ermittelt sowie ein Flammschutzmittel detektiert. Bei der Bestimmung des Textilglas- und Mineralfüllstoffanteils nach DIN EN ISO 1172 wurde die Höhe eines Glasfaseranteils und eines mineralischen Füllstoffanteils ermittelt.
Um den Schichtaufbau der GFK-Lamellen zu bestimmen, wurde eine Computertomographie durchgeführt. Die CT-Aufnahmen zeigten einen Rovingkern aus unidirektional ausgerichteten Langglasfasern, ummantelt mit einem Glasfaservlies aus Wirrfasern. Es zeigte sich keine glasfaserfreie Versiegelung der Oberfläche (Bilder 4 und 5).
Nach der detaillierten Materialbestimmung erfolgte im nächsten Teilprojekt die Erstellung des Lastenheftes für den Lamellenwerkstoff. Es zeigte sich ein hohes Belastungskollektiv auf den Lamellenwerkstoff durch die Kombination der chemischen Belastung (30%-ige Schwefelsäure), der erhöhten Temperaturen (85°C) und der dynamischen Belastungen (gleitend und oszillierend). Die oszillierende Belastung erfolgt durch den hohen Volumenstrom des Rauchgases mit ca. 16.000 bis 20.000 mN3/h.
Für die Neu-Beschaffung der Lamellenwände wurde sowohl das Lastenheft mit den genauen Angaben zu thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen als auch die Ergebnisse aus der Materialanalyse berücksichtigt. Gerade die fundamentierten Aussagen im Ausschreibungstext führten schließlich zu einer Standzeiterhöhung der Lamellenwände um den Faktor 3.
Das Lastenheft diente schließlich auch noch als Basis für eine umfangreiche Materialrecherche bezüglich alternativer Kunststoffe für die Herstellung von Lamellen.
Ein wichtiges Entscheidungskriterium für die Auswahl des Alternativ-Werkstoffes war neben den Anforderungen aus dem Lastenheft ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren für die Lamellen. In einer Entscheidungsmatrix wurden die ausgewählten Materialtypen hinsichtlich ihrer speziellen Eignung bewertet. Die Materialtype - Polypropylen Homopolymer (PP-H) - zeigte das beste Eigenschaftsprofil, um das geforderte Belastungskollektiv abzudecken. Die Recherche verschiedener Anwendungsbeispiele von PP-H im chemischen Anlagebau, untermauerte die Materialempfehlung. Als wirtschaftliche Verfahrenstechnik zur Herstellung der Lamellen wurde die Extrusion empfohlen. Im Rahmen eines Workshops zum Abschluss der Arbeiten präsentierte das SKZ die Ergebnisse. Werner Fischer von der Stadtentwässerung Frankfurt am Main, zuständig für die Planung und den Bau der Absorber, zeigte sich beeindruckt und bemerkte abschließend: "Wenn es bei uns um Kunststoffe geht, ist das Kunststoff-Zentrum SKZ der Ansprechpartner".
