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Die Energieversorgung von morgen

Die Energieversorgung von morgen

Mit Spezialschmierstoffen die Effizienz von Holzpelletspressen steigern

Der weltweit steigende Bedarf an Holzpellets zur industriellen energetischen Verwertung in Kraftwerken geht einher mit immer höheren Anforderungen hinsichtlich Produktionskapazitäten, Anlagenverfügbarkeit sowie Minimierung von Wartungs- und Reparaturkosten. Dabei steht die Holzpelletspresse, als Herzstück innerhalb der Produktionskette, besonders im Fokus. Die Auswahl eines geeigneten Spezialschmierstoffs, dessen Leistungsfähigkeit auf die jeweiligen Umgebungseinflüsse abgestimmt wurde, kann die Lebensdauer der Kollerlager und daraus resultierend die Betriebssicherheit und Kostensituation des Gesamtaggregats positiv beeinflussen. Durch eine Reihe umfangreicher Vergleichsuntersuchungen von vorhandenen Produktkonzepten konnte Klüber Lubrication München diese Kausalität bestätigen und dadurch wichtige Erkenntnisse für eine optimierte Schmierstoffauswahl gewinnen.


Beim Ausbau erneuerbarer Energien spielt Biomasse eine zunehmend wichtige Rolle. Dabei gehören Holzpellets zu den wichtigsten Biobrennstoffen zur Substitution von Öl, Gas und Kohle. Insbesondere im Vergleich zu Öl und Gas entwickelten sich die Preise von Holzpellets in den letzten Jahren relativ konstant, was diesen Brennstoff zu einer immer attraktiveren Alternative nicht nur für Privathaushalte, sondern auch für Kraftwerke zur Energie- und Wärmeerzeugung macht. In sogenannten Co-firing Verfahren ersetzen beispielsweise viele Kohlekraftwerke bereits einen bestimmten Teil Ihrer fossilen Brennstoffe durch Holzpellets, nicht nur wegen der wesentlich attraktiveren Preise, sondern auch um den Ausstoß klimawirksamer Gase wie CO2 zu reduzieren.

Leistungsstärkere Maschinen für steigendes Produktionsvolumen

Durch das zunehmende weltweite Produktionsvolumen für Holzpellets und geplante neue Produktionsstandorte mit Kapazitäten von bis zu 1 Mio. t/a („Mega-Mills") ändern sich die technologischen Anforderungen an die Holzpelletspressen, so dass etablierte Maschinenhersteller und neu in den Markt eintretende OEMs immer leistungsfähigere und energieeffizientere Pressen mit Einzelkapazitäten von bis zu 25 t/h entwickeln. Bei diesen leistungsstärkeren Maschinen mit höherem Produktionsvolumen gewinnt die Anlagenverfügbarkeit sowie die Verlängerung von Wartungsintervallen eine zunehmende Bedeutung, denn lange Stillstandszeiten resultieren, gerade bei hochkapazitativen Anlagen, in höheren Produktionsausfällen.

Oft unterschätzt, spielt dabei der Schmierstoff eine entscheidende Rolle. Bei der Schmierung von Komponenten der Holzpelletsanlagen, insbesondere der Kollerlager, kann ein auf das Lager optimal abgestimmter Spezialschmierstoff positiven Einfluss auf Ausfallsicherheit und Produktionseffizienz der Pelletspresse haben. In umfangreichen vergleichenden Untersuchungen von vorhandenen Produktkonzepten konnte Klüber Lubrication München präzise Erkenntnisse hinsichtlich der Leistung der verschiedenen Konzepte gewinnen. Diese Untersuchungen bilden eine Grundlage zur Auswahl des optimalen Schmierstoffs für Komponenten von Holzpelletspressen.

Analyse der Betriebsbedingungen

Kollerlager von Holzpelletspressen sind, bedingt durch unterschiedliche Holzarten, einer variablem Belastung, also unterschiedlich hohem Druck ausgesetzt, wodurch sich Lagertemperaturen von über 120°C ergeben. Zusätzlich entsteht im Lagerbereich eine oftmals korrosive Atmosphäre, was auf die teilweise sehr hohe Feuchtigkeit des Mahlguts zurückzuführen ist. Der Lagerschmierstoff in den Kollerwalzen muss in jedem Betriebspunkt dafür sorgen, dass sich durch ausreichende Ölabgabe ein tragender Schmierfilm aufbaut. Dieser trennt die Reibpartner und schützt zuverlässig vor Verschleiß, so dass eine hohe Anlagenverfügbarkeit bis zum geplanten Kollerwechsel sichergestellt werden kann. Eine zusätzliche Anforderung an den Schmierstoff ist die automatische Förderbarkeit und Dosierung mittels Zentralschmieranlagen.

Diese komplexen Betriebsparameter bildeten die Grundlage zur Durchführung mechanisch-dynamischer Vergleichsprüfungen mit unterschiedlichen Schmierstoffen an den tribologischen Prüfeinrichtungen von Klüber Lubrication in München.

Praxisnaher Vergleich im Prüffeld

Neben der Walkstabilität, der Verschleißschutzwirkung und dem Lasttragevermögen unterschiedlicher Produktkonzepte, wurden das Reibverhalten und der Korrosionsschutz sowie die Wasserbeständigkeit der jeweiligen Schmierstoffe untersucht und miteinander verglichen. Ergänzend wurden alle Schmierstoffe einem 500 Stunden FE8-Prüflauf mit Kegelrollenlagern unterzogen, um die Wirkung der Verschleißschutzadditive unter praxisrelevanten Betriebsbedingungen miteinander zu vergleichen. Hierbei wurde der Reibmoment- und Temperaturverlauf im Lager aufgezeichnet sowie der jeweilige Verschleiß an den Wälzlagerkomponenten bestimmt. Diese Prüfmethode lieferte die wichtigste Aussage hinsichtlich der Übertragbarkeit auf die Kollerlager, da die Lager während des Prüflaufs mit 50kN, bei einer Dauertemperatur von ca. 120°C im Prüflager, sehr hoch belastet wurden.

Effizienz von Holzpettspressen steigern

Deutliche Unterschiede bei den getesteten Schmierstoffkonzepten

Getestet wurden mehrere Schmierstoffe, die üblicherweise in Kollerlagern von Pelletspressen verwendet werden. Von den sieben getesteten Produkten waren lediglich vier Fette in der Lage, der vorgegebenen Belastung standzuhalten und messbare Ergebnisse zu erzielen.

Deutliche Unterschiede zeigten sich bei den Reib- sowie bei den Verschleißwerten nach dem betrachteten Laufzyklus von 500 Stunden. Bedingt durch unterschiedliche Verdickerkonzepte und Additivierung ergaben sich bei ähnlichen Grundölviskositäten der Fette bei drei Produkten Temperaturen, die auf Werte von über 200°C anstiegen. Somit wurde die zulässige Höchsttemperatur überschritten, was zur Abschaltung des Prüfstands führte. Bei drei Schmierstoffen hingegen wurde die vorgegebene Temperatur von 120°C durch Eigenerwärmung gar nicht erreicht, was auf Leistungsreserven dieser Fette hindeutet und sich in reduzierten Verschleißwerten widerspiegelte. Niedrige Temperaturwerte führen zu geringerer Alterung der Schmierstoffe. Dadurch wird die Verlängerung der Nachschmierintervalle ermöglicht, außerdem lässt die Verwendung dieser Fette reduzierte Nachschmiermengen zu.

Optimale Ergebnisse

Basierend auf den Untersuchungsergebnissen haben sich Mineralöl-basierte Schmierstoffe mit Polyharnstoffverdickern und einer Grundölviskosität von ca. 500 mm²/s bei 40°C als Kollerlagerschmierstoffe in Pelletspressenanwendungen als leistungsfähiger erwiesen als die häufig verwendeten Fette mit Li-Seifen oder Ca-Seifenverdickern. Die Produkte mit niedrigen Verschleißwerten lieferten in der Gegenüberstellung der Schwing-Reibverschleißwerte ebenfalls gute Ergebnisse. Somit kann davon ausgegangen werden, dass diese Schmierfette ihre Aufgabe erfüllen, das Kollerlager zu schmieren und vor Verschleiß so lange zu schützen, bis der geplante Koller- und Lagerwechsel durchgeführt wird.

Fazit

Die von den Tribologieexperten von Klüber Lubrication durchgeführten Untersuchungen bieten eine Grundlage zur Auswahl des geeigneten Schmierstoffkonzepts. Abhängig von den Betriebsbedingungen in der Pelletspresse, die durch Art und Konstruktion der Anlage vorgegeben sind, und der Beschaffenheit des verwendeten Rohmaterials ergeben sich Anforderungen an den Lagerschmierstoff, die individuell mit dem Schmierstoffhersteller abgestimmt werden sollten. Insbesondere bei der Planung neuer, hochkapazitativer Pelletspressen sollten Tribologieexperten frühzeitig in die Entwicklung einbezogen werden.

Autoren:
Oliver Fassmann
Karl-Dieter Schuster