Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - «We streven er naar in elke plant die we bouwen aan datacollectie te doen en deze data continu naar Willebroek te sturen voor verwerking», stelt ing. Nicolas Maertens. Een Internet of Plants...
In het najaar van 2016 haalde Keppel Seghers Belgium een contract binnen voor het design en het leveren van de cruciale onderdelen om tegen 2018 de capaciteit van de Baoan-centrale in Shenzhen te verdubbelen naar bijna 9.000 ton per dag. Dat is meer dan heel België aan afval produceert.
«In China, waar we de voorbije 15 jaar bijna 60 afvalverbrandingslijnen bouwden, zijn we marktleider. Baoan II en Gao An Tun II zijn er onze meest gereputeerde plants, goed voor respectievelijk 60 en 36 MWe», vertelt business development manager Nicolas Maertens aan Engineeringnet.
Baoan II kreeg een prestigieuze onderscheiding omdat het als één van de beste Chinese industriële complexen wordt beschouwd, «terwijl de Gao An Tun II prestatie zo indrukwekkend is dat president Xi Jinping himself er in september op de thee komt».
Al in de 70-erjaren focuste het toenmalige Belgische Seghers Engineering zich op afval- en waterbehandeling. Het engineeringbedrijf, intussen omgedoopt tot Seghers Better Technology, werd in 2002 overgenomen door het Singaporese Keppel Integrated Engineering dat actief is in offshore en marine, infrastructuur, immobiliën en kapitaal.
Het technologisch HQ van Keppel Seghers ligt nog steeds aan de Rupel-oever maar het beslissingscenter inzake financiering, uitbating en overkoepelende strategie bevindt zich vandaag in Singapore.
Het bedrijf focust vandaag op W2E-centrales (Waste 2 Energy), waterbehandeling- en ontziltingsprojecten, en bouwde intussen met succes energieproducerende afvalcentrales in Engeland, Polen, Singapore, België, Zweden, Finland, Italië, Duitsland.
Procesbeheersing cruciaal
Het thermische valorisatieproces van een W2E-centrale in één enkele zin samengevat: een kraan dropt het afval in een grote trechter waar vanonder een hydraulisch systeem zit dat het afval gecontroleerd naar de verbrandingskamer schuift.
Het proces vormt CO2 en H2O-damp op hoge temperatuur, die wordt onttrokken en naar de boiler gevoerd waar het van 1200°C naar 200°C koelt terwijl het water omzet in oververhitte stoom van 400°C onder grote druk, die stoom expandeert over een turbine die een generator aandrijft. De rookgassen worden chemisch gezuiverd, gescrubd en ontdaan van stofdeeltjes.
Typisch aan de verbranding van huishoudelijk afval is dat de samenstelling van de grondstof onvoorspelbaar is en chemische componenten bevat die de hele tabel van Mendelejev. Dat maakt het uiterst uitdagend om het proces in al zijn facetten onder controle te krijgen. «Het is precies een uitstekende procesbeheersing die aan de basis ligt van het succes van de door onze ingenieurs ontwikkelde technologie», verkoopt commercieel manager Maertens de Belgische technologie.
«Onze installaties zijn betrouwbaar en leveren een hoog beschikbaar product. De W2E-plant van ons loopt 24/7 en ondanks de variabiliteit in de samenstelling van het afval blijft het proces ten allen tijde onder controle. We halen meer dan 80% thermische energie-efficiëntie».
Internet of Plants
Qua procescontrole streeft het engineeringbedrijf er naar in elke plant die het bouwt aan datacollectie te doen en deze data continu naar Willebroek te sturen voor verwerking. «Zo kennen we op elk moment de prestatie van iedere plant. Internet of Plants. De data wordt in ruw formaat toegestuurd.
Ons Plant Follow Up-departement in Willebroek heeft een zeer krachtige interpretatietool, waarmee we de performantie, zoals de stabiliteit van de stoom en de onderliggende parameters, kennen en van naaldje tot draadje kunnen analyseren. Daarmee leren we hoe we onze design kunnen verbeteren maar ook wat de operatoren moeten doen om bijvoorbeeld minder chemicaliën te consumeren, corrosie van de boiler te voorkomen en substantiële onderhoudsingrepen zo lang mogelijk uit te stellen».
Keppel Seghers kwam zelf met het concept op de proppen en plaatste de hard- en software. «Zoals bij iedere verandering was er oorspronkelijk weerstand, maar ondertussen zien de bestaande klanten er het voordeel van in».
Uitgekiende roostertechnologie
Vandaag kent huisvuil-W2E nog twee technologieën: de wervelbed- en de roostertechnologie. Keppel Seghers werkt met de roostertechnologie, die als voordeel heeft dat ze geen energieverslindende voorbehandeling van het afval vergt.
Daartoe wordt voorverwarmde proceslucht, rekening houdend met de afvaldikte per roosterzone en met het zuurstofverbruik, ingebracht via de luchtspleten tussen de roostertegels (dit zijn tegels die het afval dragen en de roostermechaniek beschermen). «Op die manier zorgen we ervoor dat de energie-output constant blijft en het rooster maximaal benut wordt, onafgezien van fluctuaties in de afvalsamenstelling».
De lucht wordt voorverwarmd met stoom die al deels door de turbine gegaan is en elektriciteit heeft opgebracht. «We zuigen lucht uit de bunker -daardoor wordt voorkomen dat stank buiten het gebouw komt zonder daarvoor energie te verspillen- en verbranden die samen met de lichtere warme lucht die we bovenin het gebouw opvangen. Zo recupereren we warmteverliezen en verhogen we de energie-efficiëntie».
Watergekoelde tegels
Klassieke tegels hebben koelvinnen voor een passieve luchtkoeling. «Wij ontwikkelden watergekoelde tegels met een langere levensduur van meer dan 32.000 uren. Door het koelwater onder druk door de tegelkanalen te sturen, kan je het op meer dan 100°C in de vorm van water gebruiken voor energierecuperatie en bereiken we een quasi constante tegeltemperatuur».
De temperatuur van de watergekoelde tegels is zeer precies gemeten en gestuurd met een afwijking van 10°C in beide richtingen. Bij luchtgekoelde roosters is dat 40°C erboven en 40°C eronder.
Het innovatieve zit naar verluidt in de bijzondere tegelboringen en in de koppelingen. Sinds de waterkoeling de tegel koeler houdt, zetten de tegels minder uit en kan het tegelconcept 'groeien'. Watergekoelde tegels zijn tien keer zo breed als luchtgekoelde tegels.
Focus op grote capaciteiten
Omwille van de schaalvoordelen focust Keppel Seghers zich bewust op installaties met grotere capaciteiten die technisch wel uitdagender maar economisch haalbaarder zijn. «Kleinere verbrandingscentrales hebben vaste kosten die moeilijker terug te verdienen zijn op de levensduur van een installatie».
De keuze om zich toe te spitsen op grotere verbrandingsovens brengt ook nieuwe uitdagingen met zich mee. Daarom ontwikkelden de Belgische ingenieurs een eigen besturingssysteem dat de plant runt en zoveel mogelijk manuele handelingen vermijdt. Typisch bij grotere installaties neemt bijvoorbeeld de kans toe dat de afvalkenmerken (watergehalte, inert gehalte, enz.) variëren over de oppervlakte van het verbrandingsrooster.
Dat zou tot een suboptimale benutting van de installatie leiden indien al het afval overal onder dezelfde condities wordt verbrand. «Om dit te verhelpen kwamen we met een uiterst flexibel sturingsconcept waarmee we de luchtflow, de luchttemperatuur, de roostersnelheid en het aantal kantelbewegingen per zone van het verbrandingsrooster automatisch sturen in functie van de kwantiteit en kwaliteit van het afval op de desbetreffende zone».
Zo combineert Keppel Seghers het economisch schaalvoordeel van een groot rooster met de performantie van een kleine verbrandingsrooster. Het groter rooster bestaat als het ware uit verschillende kleine roosters.
Beperkt aantal patenten
Toch kiest Keppel Seghers er bewust voor zijn technologie slechts beperkt te patenteren. «In onze industrie is het minder evident dan in sommige andere industrieën om aan de hand van patenten de gewenste bescherming te bekomen.
Dit omdat patenten vrij specifieke features moeten bevatten en op die manier gevoelige informatie publiek maken, daarbij komt het gevaar dat een concurrent het patent kan omzeilen aan de hand van een triviale afwijking en bovendien is het niet evident om in alle landen waar we operationeel waren en zullen zijn, patenten te onderhouden van een technologie die continu incrementeel evolueert/innoveert.
Dit betekent zeker niet dat we onzorgvuldig omgaan met het beschermen van know-how want know-how is het fundament waarop ons bedrijf gebouwd is. Er is een goed uitgekiende strategie om ons zo optimaal mogelijk te beschermen. Zo verdelen we de informatie dusdanig dat derden (zoals onderleveranciers) nooit een volledig zicht hebben op de technologie. Verder zijn we zeer restrictief in wie toegang heeft tot gedetailleerde plannen en rekenmodellen.
Daarnaast kijken we zorgvuldig toe dat er waterdichte contractuele beschermingsclausules gebruikt worden en doen we een beroep op het juridische 'trade secret' concept. Last but not least, Keppel Seghers streeft ernaar om niet stil te blijven staan zodat we al enkele stappen verder staan tegen dat er toch iemand technologie gekopieerd zou hebben».
(foto's: Keppel Seghers, LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet
Kader 1: Werken aan projecten in China
Het Chinese landschap steunt op de werking van staatsbedrijven die voor de projectontwikkeling, financiering en het projectmanagement zorgen. Ze schakelen dan een technologieleverancier in, enkel en alleen voor de specifieke W2E-onderdelen. «Chinezen zijn betere onderhandelaars dan wij Belgen», meent Nicolas Maertens.
«Zij durven alles te vragen. Als er in België een lastenboek is, dan volgen we dat en er wordt niet meer over gepraat. Ginder wordt er in elke fase gediscussieerd». Dat heeft zijn voordelen. «Meer discussiëren wordt door ons vaak als niet-efficiënt ervaren maar het heeft zijn verdiensten omdat het vaak in een vroeg stadium ‘gaps’ en ‘lacunes’ tackelt. Je kan makkelijker bijsturen. Het gemeenschappelijke einddoel is zo snel mogelijk het project te realiseren».
China is volgens hem met deze aanpak en met hun krachtige overheidsbeleid één van de meest dynamische markten ter wereld. Anders dan in Europa leidt deze benadering minder tot ‘gebroken huwelijken’ waarbij de partijen elkaar pas terugzien in de rechtbank. Andere verschillen: «Als je in Europa naar een toeleverancier trekt, ga je ervan uit dat die zijn zaak beter kent dan jij. Bied je een product aan in China, dan komt de klant tot in het kleinste detail mee redeneren».
Keppel Seghers heeft op dit ogenblik in consortium met een Chinese partner een bieding lopen voor een project ter waarde van 1,5 miljard euro. De kern van het project bestaat uit zes afvalenergiecentrales die op een kunstmatig eiland in Hong-Kong zullen gebouwd worden. Er zijn slechts drie consortia die mogen bieden op het project.
«Wij denken er aan om de fabriek op het vasteland te bouwen. Zo zullen we modules tot 5.000 ton -60 m hoog en lang en 30 m breed- zeewaardig ontwerpen zodat ze as such verscheept kunnen worden. We haalden hiervoor de mosterd bij de petrochemie».
Kader 2: Trends in W2E-engineering
Verbrandingscentrales worden tegenwoordig gebouwd als energiecentrales. Daarmee is een eerste trend aangegeven. W2E-centrales voorzien productieprocessen van energie zodat die onafhankelijk zijn van de olie/gasprijs. Er zijn ook W2E-centrales die hun restwarmte exporteren naar nabijgelegen energienetwerken die instaan voor de verwarming en zelfs koeling van zowel huizen als bedrijven.
Energieproductie staat voortaan centraal. «Het afvalvernietigingsdeel -de oven- beslaat tegenwoordig minder dan één tiende van de gehele installatie, wat het belang van energierecuperatie en rookgaswassing aangeeft». Keppel Seghers’ core business is het 'W2E-proceseiland'. Dit loopt van de chute -waarin het afval vanuit de bunker gedropt wordt- tot de schouw. In 'waarde' goed voor de helft van een volledige plant.
Een tweede trend: de capaciteit van W2E-installaties neemt voortdurend toe. Niet zozeer in België dat in de negentiger jaren volgebouwd werd, maar wel in Azië waar de urbanisatie op nooit eerder geziene schaal plaatsgrijpt. «In 2005 startten we in China met 300 à 400 ton per dag op één lijn. Tien jaar later komen lijnen typisch met een capaciteit van 600 tot 1.000 ton per dag».
Een derde trend: de stijgende LHV, of Lower Heating Value. In België produceren we 150 kg restafval per persoon per jaar, in China 500kg. «Hoe welvarender de bevolking des te energierijker haar afval». Daarmee moet rekening gehouden worden bij de bouw van een centrale. De LHV-waarde wordt almaar hoger. Ook in Europa, waar er een tendens is om de organische fractie op voorhand uit het afval te halen en biologisch te verwerken, stijgt de calorische waarde van de restfractie.
Andere trends zijn de steeds verder doorgedreven automatisering en de almaar strengere emissienormen. «W2E is zeer schoon vergeleken met conventionele energiebronnen als steen- of bruinkool. Toch zijn die aan minder strenge emissienormen onderworpen», stelt Maertens.
«Niets is perfect, maar ten onrechte blijven moderne afvalenergiecentrales door sommigen gepercipieerd worden als een bedreiging voor de volksgezondheid. Terwijl een authentiek gebakken pizza, een zomerse barbecue of een winterse open haard zorgen voor een veel grotere productie van dioxine en stofdeeltjes».
Kader 3: Virtuele twins en 6D
Centrales worden nu in 3D-software ontworpen. «Je kan er virtueel doorlopen». Aan die virtuele fabriek wordt een tijdsdimensie toegevoegd. Men spreekt dan van 4D.
«Bij de realisatie van ons product wordt veel nadruk gelegd op documentmanagement, modulair denken -zowel op component, engineering als contractueel niveau- en traceerbaarheid om sneller en minder foutgevoelig te kunnen werken.
In de toekomst denken we aan het gebruik van ‘co-development’ platformen die toestaan om met projectpartners gezamenlijk en gelijktijdig de virtuele plant te ontwikkelen en efficiënt informatie uit te wisselen.
Zelfs 6D modellen komen er aan, waarbij alle Operations & Maintenance-elementen in het plan mee vervat zitten en je onderhoudsopdrachten kunt simuleren». Virtuele twins, dus.
