Biomassa-installatie voorzien van procesinstrumentatie voor verrekening van stoomhoeveelheden

Het Industriepark Kleefse Waard (IPKW) in Arnhem was ooit een belangrijke productielocatie voor cellulose en nitrocellulose. Tegenwoordig herbergt het industriële complex, productiebedrijven uit verschillende sectoren en is het een pionier op het gebied van duurzame productie en het gebruik van energie. De exploitatiemaatschappij streeft ernaar om van de IPKW het meest milieuvriendelijke industrieterrein van Nederland te maken. Daarom investeert de exploitant in de uitbreiding van duurzame energieopwekking op het terrein.

Stork Thermeq, een toonaangevende wereldwijde leverancier van oplossingen voor stoomopwekking en warmteterugwinning in industriële installaties, kreeg de opdracht een nieuwe warmtekrachtkoppelingsinstallatie op biomassa te bouwen. De warmtekrachtcentrale zal duurzaam geproduceerde warmte en elektriciteit aan de bedrijven op het industrieterrein leveren en zal via het stadsverwarmingsnet ook huishoudens in de stad Arnhem van warmte voorzien.

Warmtekrachtkoppeling - de gecombineerde productie van warmte en elektriciteit (WKK) - wordt als bijzonder duurzaam beschouwd. De centrale komt daarom in aanmerking voor subsidie van de nationale Wet warmtekrachtkoppeling (WKK). De door warmtekrachtkoppeling opgewekte warmte en elektriciteit wordt ook gesubsidieerd via feed-in tarieven.

Stork Thermeq veranderde de bestaande ketelinstallatie in een state-of-the-art op biomassa gestookte WKK-installatie. Vanwege de grote vraag naar stoom voor het stadsverwarmingsnet is de WKK uitgerust met een tegendrukturbine. De door de ketel geproduceerde hogedruk stoom flow wordt in twee flows gesplitst. Eén flow hogedruk stoom wordt geleverd aan de industriële ondernemingen in het industriepark en de andere flow wordt gebruikt voor de productie van elektriciteit via een tegendruk turbine. De resterende warmte in de lagedruk stoom van de turbine wordt vervolgens in het stadsverwarmingsnet verder gebruikt.

Wat de meting betreft, moet de installatie zodanig worden ontworpen dat de exploitant de processtoom die door de klanten van het industrieterrein wordt verbruikt, in rekening kan brengen. De duurzaam geproduceerde energie (elektriciteit en stoom) moet ook worden gecontroleerd, zodra er aanspraak wordt gemaakt op overheidssubsidies en feed-in tarieven. Er moet rekening mee worden gehouden dat alleen warmte en elektriciteit van WKK-installaties kunnen worden gefactureerd.

Biomassa-WKK moet daarom ook strikt metrologisch worden gescheiden van andere installatiecomponenten (bijvoorbeeld ketels en andere warmtebronnen) die geen deel uitmaken van de duurzame energieproductie.

De meting van de energie flow wordt uitgevoerd volgens de Meetinstrumenten richtlijn (MID) en de geldende ijkwet. Bijvoorbeeld voor de verrekening van warm water (MI-004/ OIML R-117). Niet alle media zijn echter in de MID gedefinieerd. Zo is er voor de verrekening van warmte-energie (stoom) geen geldige ijkwet. Voor het metrologisch ontwerp van meetpunten moet de best beschikbare technologie worden toegepast. Er moeten meetprocedures worden gebruikt om de hoogst mogelijke nauwkeurigheid te waarborgen. Dit vereist onder meer dat de meetinstrumenten herleidbaar worden gekalibreerd.

Stork Thermeq had voor verschillende meetpunten instrumenten nodig voor de procescontrole, verrekening en verificatie. Bijzondere aandacht ging uit naar stoommetingen. De meettechniek moest nauwkeurig zijn volgens de ISO 5167-norm en slechts een laag restdrukverlies genereren.

Medium:	Stoom
Flowsnelheid:	14 m/s
Dichtheid:	17,8 kg/m³
Druk:	56 bar
Temperatuur:	+450°C

Als “Main Instrumentation Vendor” met vele jaren industriële ervaring in de elektriciteitssector en in ijkwaardige metingen en verrekeningstoepassingen, kon KROHNE zich kwalificeren als partner in dit project. KROHNE leverde een complete oplossing bestaande uit flow-, druk- en temperatuurmeetinstrumenten en een flowcomputer. Het pakket omvatte ook ontwerp en dimensionering, alsmede documentatie en kalibratie in overeenstemming met de Nederlandse Energie- en Warmtewet. Het complete pakket richtte zich op de volgende vier meetpunten:

3.1 Voedingswatermeting:
Voor de voedingswatermeting leverde KROHNE de OPTISONIC 3400 ultrasone flowmeter met een op afstand gemonteerde signaalversterker (F). De flowmeter controleert de hoeveelheid voedingswater voor de biomassa gestookte stoomketel. Tevens werden ook de OPTIBAR PM 3050 druktransmitter en de OPTITEMP TRA-S34 temperatuursensor geïnstalleerd. Hiermee kan naast de volumeflow ook de energie-inhoud (enthalpie) van het voedingswater worden bepaald. De meetwaarden worden vervolgens doorgegeven aan de SUMMIT 8800 flowcomputer. Deze meetwaarden dienen als belangrijke parameters om het vermogen van de installatie naar behoefte bij te sturen. Bovendien laten ze zien hoeveel voedingswater voor de warmtekrachtkoppeling wordt gebruikt en maken zij een duidelijke en consistente scheiding van het proces van de conventioneel gestookte hulpketel mogelijk.

3.2 Flowmeting van processtoom:
Om de exploitant in staat te stellen de gebruikte hoeveelheden processtoom te verrekenen, leverde KROHNE een volgens ISO 5167 gekalibreerde meter “loop”. Deze bestaat uit een Venturi-nozzle met ringvormige kamer als primair element, inclusief een gesmede 5-wegs manifold en proceskleppen. De flow wordt gemeten door de twee OPTIBAR DP 7060 drukverschiltransmitters, dit om het gevraagde meetbereik in combinatie met de nauwkeurigheid te kunnen bieden over het gehele meetbereik. Eén transmitter met een meetbereik tot 30 mbar en de 2e sensor begint rond de 30 mbar tot 250 mbar om de hoge debieten te registreren.

KROHNE heeft de kalibratie uitgevoerd in een herleidbare kalibratie faciliteit met dezelfde Reynolds getallen als in het echte proces. De OPTIBAR DP 7060 werd in de fabriek 3D gelineariseerd over het gehele bereik van statische druk en omgevingstemperatuur. Doorgaans hebben hoge leidingdrukken en verhoogde omgevingstemperaturen geen invloed op de meetonzekerheid. Bovendien werd het meetpunt uitgerust met de OPTIBAR PM 3050 druktransmitter voor overdrukmeting en de OPTITEMP TRA-S34 temperatuurmeting. Hiermee kan de operator een druk- en temperatuurgecompenseerde massameting uitvoeren en de thermische energie (enthalpie) bepalen. Alle meetwaarden worden doorgegeven aan de SUMMIT 8800 flowcomputer die is goedgekeurd voor afrekening volgens de geldende ijkwet.

3.3 Flowmeting in de stoomleiding naar de tegendruk turbine:

Een ander herleidbare geijkte meter “loop” met dezelfde instrumentatie werd geïnstalleerd in de stoomleiding die de tegendruk turbine voedt. De meetwaarden worden opnieuw door de SUMMIT 8800 verwerkt. De energiehoeveelheid van dit meetpunt wordt verrekend met de energiehoeveelheid van het vorige meetpunt, zodat de afzonderlijke stoom flows exact gescheiden van elkaar kunnen worden geregistreerd.

3.4 Teruglevermeting voor stadsverwarming:

Om de aan het stadsverwarmingsnet toegevoerde energie te verrekenen, wordt de bestaande flowmeting in de turbine gecombineerd met de enthalpie van het condensaat dat op dit punt wordt gemeten. Het meetpunt is uitgerust met de OPTIBAR PM 3050 druktransmitter en de OPTITEMP TRA-S34 temperatuursensor. De SUMMIT 8800 berekent de energie met de flowmetingen van de turbinetoevoer en bepaalt nauwkeurig de aan het stadsverwarmingsnet geleverde energiestroom.

De traceerbaar gekalibreerde meter “loops” beperken de installatie-effecten op de meting tot een minimum, zodat de energiestromen nauwkeurig en volgens de wettelijke voorschriften worden gemeten. Zo voldoet de exploitant aan alle eisen, zowel voor de verrekening van stoomhoeveelheden als voor overheidssubsidies en feed-in tarieven.

Naast de hardware en de bijbehorende instrumentatie leverde KROHNE het complete pakket aan diensten - van engineering, documentatie en materiaalcertificering tot kalibratie en inbedrijfstelling ter plaatse. Stork Thermeq en de exploitatiemaatschappij profiteerden van een uitgebreide oplossing op maat, die KROHNE vanuit één bron kon leveren, dankzij haar proceskennis en jarenlange ervaring in ijkwaardige meting en kalibratie.

KROHNE kan de juiste flowmetertechnologie leveren voor alle Power and Heat Act gerelateerde toepassingen zoals stoom, voedingswater, condensaat, brandstofgas, etc. bijv. metingen in stadsverwarmingsnetwerken volgens MID MI-004 (nauwkeurigheidsklasse 1).