DE102008038065A1 - Biogas plant-fermenter comprises fermenter container, which is formed from two container elements, feeding device for biomass to be fermented, rolling device for substrate in the fermenter container, heating device, and gas removal device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Biogasanlagen-Fermenter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a biogas plant fermenter according to the preamble of claim 1.
Ein Biogasanlagen-Fermenter besteht allgemein aus einem Fermenterbehälter und umfasst weiter eine Beschickungseinrichtung für zu vergärende Biomasse sowie eine Umwälteinrichtung für ein Substrat im Fermenterbehälter, eine Heizeinrichtung und eine Gasentnahme.One Biogas plant fermenter generally consists of a fermenter tank and further comprises a charging device for fermenting biomass and a Umwaltersinrichtung for a substrate in the fermenter tank, a heater and a gas sampling.
Biogasanlagen-Fermenter
sind in unterschiedlichen Ausführungsformen gebaut:
Ein
bekannter Biogasanlagen-Fermenter (
A well-known biogas plant fermenter (
Bei einer anderen allgemein bekannten Ausführungsform von Biogasanlagen werden große kreiszylinderförmige Ringbehälter meist aus Beton mit vertikaler Achse als Fermenterbehälter verwendet, die mit einer Betondecke oder einem Zeltdach ggf. als Gasspeicher abgedeckt sind. Solche Anlagen werden regelmäßig als individuell geplante, relativ große Anlagen hergestellt.at another well-known embodiment of biogas plants be large circular cylindrical ring container usually made of concrete with a vertical axis as a fermenter tank used with a concrete ceiling or a tent roof if necessary Gas storage are covered. Such facilities become regular produced as individually planned, relatively large plants.
Während bisher eher der Trend zu immer größeren Biogasanlagen im MW-Bereich mit dafür geeigneten Entwicklungen vorgelegen hat, ergeben sich durch das EEG 2009 (Energieeinspeisungsgesetz 2009) für kleinere landwirtschaftliche Biogasanlagen mit einer Leistung kleiner als 150 KW elektrische Leistung wirtschaftlich interessante Einspeisevergütungen. Solche Biogasanlagengrößen sind insbesondere für mittelgroße landwirtschaftliche Betriebe mit etwa 100 bis 200 Großvieheinheiten geeignet, womit einerseits anfallende Gülle entsorgt werden kann und andererseits elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird, die gewinnbringend in ein Netz eingespeist werden kann.While so far the trend towards ever larger biogas plants in the MW range with suitable developments has resulted from the EEG 2009 (Energieeinspeisungsgesetz 2009) for smaller agricultural biogas plants a power less than 150 KW electrical power economically interesting feed-in tariffs. Such biogas plant sizes are especially for medium-sized agricultural Farms with about 100 to 200 livestock units suitable, with on the one hand accumulating manure can be disposed of and on the other hand electrical energy is provided, which is profitable can be fed into a network.
Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen Biogasanlagen-Fermenter für solche relativ kleine Biogasanlagen aufzuzeigen, der besonders einfach aufgebaut und montierbar ist, sowie kostengünstig herstellbar und einfach zu bedienen und zu warten ist.The The present invention has for its object a biogas plant fermenter for such relatively small biogas plants, the is particularly easy to set up and install, and inexpensive manufacturable and easy to use and maintain.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved with the features of claim 1.
Gemäß Anspruch 1 besteht der Fermenterbehälter aus mindestens zwei Behälterelementen, die eine zylindrische oder prismatische Form aufweisen und die horizontal in Längsrichtung ausgerichtet parallel nebeneinander angeordnet sind. Bevorzugt werden genau zwei Behälterelemente nebeneinanderliegend verwendet.According to claim 1, the fermenter container consists of at least two container elements, the have a cylindrical or prismatic shape and the horizontal aligned in the longitudinal direction parallel to each other are. Preferably, exactly two container elements are juxtaposed used.
Die Behälterelemente sind jeweils an den nebeneinanderliegenden Stirnseiten mit Strömungs-Rohren für eine Substratdurchströmung verbunden, wobei wenigstens eine Umwälzeinrichtung vorgesehen ist, mit der Substrat in den Behälterelementen und den Strömungsrohren so ringförmig umwälzbar ist, dass Substrat in nebeneinanderliegenden Behälterelementen jeweils in einer Gegenstromrichtung strömt.The Container elements are each at the side by side End faces with flow tubes for a substrate flow connected, wherein at least one circulating device provided is, with the substrate in the container elements and the Flow tubes so annular recirculation is that substrate in adjacent container elements each flows in a countercurrent direction.
Biogasanlagen mit einer Leistung von ca. 150 KW benötigen nach Erfahrungswerten einen Fermenterbehälter mit einem Inhalt von ca. 750 m3, bei kleinerer Leistung mit einem entsprechend geringeren Inhalt. Dieser erforderliche Gesamtinhalt wird erfindungsgemäß auf zwei ringförmig durchströmbare nebeneinanderliegende Behälterelemente aufgeteilt, die sich aufgrund der jeweils etwa auf die Hälfte reduzierten Größe wesentlich einfacher herstellen, transportieren und montieren lassen im Vergleich zu einem einzigen Fermenterbehälter mit dem gesamten Volumen. Zudem wird dadurch die Umwälzung und Rührtechnik einfacher, effektiver und energiesparender gestaltbar. Diese Vorteile und weitere Vorteile werden im Detail anhand konkreter Ausgestaltungen und Weiterbildungen, wie sie in den Unteransprüchen beansprucht sind, im folgenden näher erläutert.According to experience, biogas plants with a capacity of approx. 150 KW require a fermenter tank with a capacity of approx. 750 m 3 , with a smaller capacity with a correspondingly lower content. This required total content is divided according to the invention on two ring-shaped through-flow side container elements that can be produced much easier due to the each reduced to about half size, transport and assemble compared to a single fermenter tank with the entire volume. In addition, this makes the circulation and mixing technology easier, more effective and more energy-saving. These advantages and further advantages will be explained in more detail below with reference to specific refinements and developments, as claimed in the subclaims.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 sind die Behälterelemente und die Strömungsrohre Montagemodule einer Fermenterbausatzes. Die Montagemodule sollen dabei eine maximale Breite und maximale Länge aufweisen, die für einen Straßentransport zulässig sind, so dass insbesondere ein kompletter Fermenterbausatz von einem Herstellwerk zu einem Aufstellort mit einem Lastkraftwagen, beispielsweise einem Tieflader transportierbar und dort vor Ort montierbar ist. Die vorbeschriebenen Fermenterinhalte lassen sich mit Behälterelementen solcher für den Straßentransport zulässigen Ausmaße gut realisieren. Einfache, normale Transportmöglichkeiten liegen vor bei maximalen Behälterbreiten von ca. 3 m und maximalen Behälterlängen von 15 m, für Spezialtransporte sind auch etwas größere Behälterelemente von etwa 4 m Breite bis 25 m Länge unproblematisch. Der vorstehende Fermenterbausatz kann einfach standardisiert und abgestuft an unterschiedliche Fermentergrößen angepasst werden. Der Transport ist damit sehr einfach und äußerst kostengünstig durchführbar. Der Montageaufwand vor Ort ist zudem sehr gering, da die Montagemodule im Herstellwerk weitgehend vorgefertigt werden können und am Montageort im Wesentlichen nur zusammengesteckt und fixiert werden müssen.In a particularly preferred embodiment according to claim 2, the container elements and the flow tubes assembly modules of a fermenter kit. The assembly modules are intended to have a maximum width and maximum length, which are permitted for road transport, so that in particular a complete fermenter kit from a manufacturing plant to a site with a truck, such as a low loader transportable and there can be mounted on site. The above-described fermenter contents can be easily realized with container elements of such dimensions permissible for road transport. Simple, normal transport options are available with maximum container widths of approx. 3 m and maximum container lengths of 15 m; for special transports even slightly larger container elements of approx. 4 m width to 25 m length are unproblematic. The above fermenter kit can be easily standardized and graded to different fermenter sizes. Transport is thus very easy and extremely inexpensive to carry out. The installation effort on site is also very low, since the mounting modules in the factory largely before can be made and at the installation essentially only have to be plugged together and fixed.
Ähnlich wie für die vorstehenden Montagemodule wird mit Anspruch 3 vorgeschlagen, als weiteren Bestandteil zum Fermenterbausatz einen transportablen Container zu verwenden, in dem ein BHKW (Blockheizkraftwerk) und erforderliche Steuereinrichtungen enthalten sind.Similar as for the above mounting modules will claim with 3 proposed as a further component of the fermenter kit a transportable Container to use, in which a CHP (combined heat and power plant) and required control devices are included.
Solche kompakte und einfach montierbare sowie einfach auch wieder demontierbare Biogasanlagen haben erhebliche Kostenvorteile und eignen sich beispielsweise auch für ein Anlagen-Leasing oder einen Mietkauf. Somit sind auch hier hinsichtlich der Finanzierung einer Biogasanlage zusätzlich zum bisher üblichen Kauf weitere Möglichkeiten eröffnet. Zudem können solche Anlagen einfach andere Orte umgesetzt werden.Such compact and easy to install as well as easy to disassemble Biogas plants have considerable cost advantages and are suitable, for example also for a plant lease or a hire purchase. Consequently are also here with regard to the financing of a biogas plant in addition to the usual purchase other options opened. In addition, such facilities can be simple other places are implemented.
Insbesondere hinsichtlich der Umwälz- und Rührtechnik sind bei der erfindungsgemäßen Grundanordnung mit strömungsmäßig verbundenen Behälterelementen besonders einfache, effektive und energiesparende Lösungen möglich. Gemäß Anspruch 4 wird in einer konkreten Ausführung vorgeschlagen, dass die stirnseitigen Öffnungen an den Behälterelementen zum Anschluss der Strömungsrohre außermittig so angebracht sind, dass im aufgestellten und montierten Zustand der Behälterelemente ein Strömungsrohr in einem Stirnseitenbereich schräg nach oben verläuft und im längs gegenüberliegenden Stirnseitenbereich ein dortiges Strömungsrohr schräg nach unten verläuft. Dadurch ist es bei der ringförmig umlaufenden Strömung des Substrats möglich, Schwimmschichten von einem Behälter über ein schräg nach unten verlaufendes Strömungsrohr im anderen Behälter unten wieder einzuspeisen, so dass zusätzlich zu der horizontal verlaufenden Durch mischung noch eine Vertikale Mischkomponente hinzukommt, da sich die vorher unten eingespeisten Schwimmschichten beim Durchgang durch den Behälterelement wieder nach oben bewegen. Am Ausgang dieses Behälterelements werden die Schwimmschichten wieder oben abgenommen und im anderen Behälterelement unten eingespeist. Mit dieser Anordnung wird somit ohne großen Aufwand eine intensive Durchmischung des Substrats erhalten.Especially with regard to the circulation and stirring technology in the basic arrangement according to the invention with flow connected container elements particularly simple, effective and energy-saving solutions possible. According to claim 4 is proposed in a specific embodiment that the frontal openings on the container elements for connecting the flow tubes off-center so are attached that in the erected and assembled state of Container elements a flow tube in an end face obliquely goes up and in the longitudinal opposite Front side region a local flow pipe at an angle goes down. This makes it at the annular circulating flow of the substrate possible, floating layers from a container over an angle bottom flow tube in the other container Feeding down again, so in addition to the horizontal extending mixture still adds a vertical mixed component, since the previously fed below floating layers at the passage move back up through the container element. At the Output of this container element are the floating layers removed again above and in the other container element below fed. With this arrangement is thus without large Effort received an intensive mixing of the substrate.
Zweckmäßig werden nach Anspruch 5 die Strömungsrohre jeweils durch ein in Querrichtung verlaufendes, schräg stehendes, gerades Rohrstück mit davon abgehenden Anschlussstutzen zu den Öffnungen der Behälterelemente gebildet. Für eine ausreichende Durchströmung dieser Rohrstücke wird je nach den Gegebenheiten ein Strömungsrohr-Durchmesser in einen Bereich von 0,2 bis 0,8 des Behälterelement-Durchmessers erforderlich sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Förderschnecke auch koaxial in einem bevorzugt oberen Anschlussstutzen angebracht sein. Diese kann am freien Schneckenende noch mit Rührflügeln versehen sein, um die Sauwirkung zu erhöhen und ggf. Feststoffanhäufungen zu zerstören.expedient become according to claim 5, the flow tubes respectively a transverse, oblique, straight Pipe piece with outgoing connecting piece to the openings the container elements formed. For a sufficient Flow through these pieces of pipe is depending on the Given a flow tube diameter in a range from 0.2 to 0.8 of the container element diameter required be. Additionally or alternatively, a screw conveyor also coaxially mounted in a preferred upper connection piece be. This can still be used on the free end of the screw with agitator blades be provided to increase the Sauwirkung and possibly accumulations of solids to destroy.
Bei Verwendung eines solchen geraden Rohrstücks ist der Einsatz einer besonders einfachen und kostengünstigen sowie energiesparenden Umwälzeinrichtung möglich. Gemäß Anspruch 6 wird in zumindest einem Rohrstück, vorzugsweise in jedem Rohrstück der Anordnung eine steuerbare Förderschnecke eingesetzt, die bekanntlich einen besonders hohen Förderwirkungsgrad hat. Der Förderschneckenantrieb kann für eine Umsteuerung der Strömungsrichtung und damit eine ggf. noch intensivere Durchmischung des Substrats in der Drehrichtung umsteuerbar sein.at Use of such a straight piece of pipe is the use a particularly simple and inexpensive and energy-saving Circulation possible. According to claim 6 is in at least one piece of pipe, preferably in each piece of pipe the arrangement uses a controllable screw conveyor, the known a particularly high flow efficiency Has. The auger drive can for a Redirecting the flow direction and thus possibly one more intensive mixing of the substrate in the direction of rotation reversible be.
In einer konstruktiv einfachen Ausführung nach Anspruch 7 kann dazu eine Schneckenwelle in einem lösbaren Lagerdeckel am oberen Rohrstückende gehalten und geführt sein. Gegebenenfalls kann auch am unteren Rohr stückende ein Lagerdeckel für einen zweiten Lagerpunkt der Schneckenwelle vorgesehen werden.In a structurally simple embodiment according to claim 7 can do this with a worm shaft in a detachable bearing cap be held and guided at the upper end of the pipe piece. Optionally, also on the lower tube piece end a bearing cap provided for a second bearing point of the worm shaft become.
Um bei Bedarf eine Förderschnecke einfach und ohne Absenkung des Substratniveaus ausbauen zu können, wird mit Anspruch 8 vorgeschlagen, dass das obere Rohrstückende bzw. ein oberer Lagerdeckel in der Höhe über dem normalen Substratniveau im zugeordneten Behälterelement liegt.Around If necessary, a screw conveyor simply and without lowering to be able to expand the substrate level is, with claim 8 proposed that the upper pipe piece end or a Upper bearing cap in height above normal Substrate level is located in the associated container element.
Gemäß Anspruch 9 kann insbesondere als Notrührwerk zumindest in einem Behälterelement ein Paddelrührwerk mit vertikaler Antriebswelle eingebaut sein.According to claim 9, in particular as an emergency agitator at least in one Container element a paddle mixer with vertical Be installed drive shaft.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 10 sind im Bodenbereich der Behälterelemente Leitungen angeschlossen und mit einer steuerbaren Pumpe verbunden. Darüber können je nach Erfordernis Flüssigkeiten umgepumpt und insbesondere bei Bedarf die Behälterelemente entleert werden. Solche Leitungen ebenso wie die Strömungsrohre können in an sich bekannter Weise an den Anschlussstellen mit Ausgleichselementen versehen werden, die kleine Relativverlagerungen aufnehmen können.In a further embodiment according to claim 10 are in the floor area the container elements lines connected and with a connected controllable pump. About it can ever if necessary recirculated liquids and in particular if necessary, the container elements are emptied. Such Cables as well as the flow tubes can in a conventional manner at the connection points with compensating elements be provided, which can accommodate small relative displacements.
Bevorzugt werden nach Anspruch 11 die Behälterelemente oberirdisch auf Stützelementen aufgestellt und ebenso die erforderlichen Leitungen oberirdisch verlegt. Dies hat den Vorteil der besonders einfachen Montage und der allseitigen Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten und evtl. Reparaturarbeiten. Die Anordnung eignet sich ggf. jedoch auch für einen Einbau im Boden.Prefers become according to claim 11, the container elements above ground placed on support elements and also the required Lines laid above ground. This has the advantage of being special easy installation and all-round accessibility for Maintenance work and possibly repair work. The arrangement is suitable but possibly also for installation in the ground.
Nach Anspruch 12 sollen die Behälterelemente eine kreiszylindrische Form mit bombierten Stirnseiten aufweisen, was die Herstellung durch Wickelverfahren insbesondere in GFK-Material vereinfacht und verbilligt. Grundsätzlich können die Behälterelemente aber auch andere Durchmesserformen, wie beispielsweise Ovalformen oder Rechteckformen aufweisen.To Claim 12, the container elements are a circular cylindrical Form with domed faces have what the manufacture by Winding process especially in fiberglass material simplified and cheaper. In principle, the container elements but also other diameter shapes, such as oval shapes or rectangular shapes.
Nach Anspruch 13 sollen die Behälterelemente und/oder Anschlussstutzen und/oder die Strömungsrohre vorzugsweise aus GFK-Material (glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial) hergestellt sein, da hier bei der richtigen Auswahl der verwendeten Kunstharze und Laminate Korrosionsprobleme sicher ausgeschaltet sind. Die vorstehenden Teile können jedoch ggf. auch aus ähnlichem Material oder auch aus Edelstahl oder laminiertem Beton hergestellt werden.To Claim 13, the container elements and / or connecting pieces and / or the flow tubes preferably made of GRP material (fiberglass reinforced plastic material) to be made since here with the right selection of used synthetic resins and laminates Corrosion problems are safely switched off. The protruding parts but may also be made of similar material or made of stainless steel or laminated concrete.
Die erforderliche Substratheizung kann gemäß Anspruch 14 in an sich bekannter Weise durch eine separate Heizwand in zumindest einem der Behälterelemente realisiert werden. Eine wesentlich einfachere und effektivere Ausführung einer Heizung ergibt sich gemäß Anspruch 15 dadurch, dass diese zusammen mit einer Wärmedämmung in doppelwandigen Behälterwänden vorzugsweise bei Behälterelementen aus GFK integriert sind, wobei Heizrohre unmittelbar an der Innenwand liegen. Solche Behälterelemente können damit mit integrierter Heizung und Wärmedämmung bereits im Herstellwerk vorgefertigt werden, wodurch der Montageaufwand und ggf. ein Demontageaufwand erheblich reduziert werden.The required substrate heating can according to claim 14 in a conventional manner by a separate heating wall in at least one of the container elements can be realized. A much easier one and more effective execution of a heater results according to claim 15 in that this together with a thermal insulation in double-walled container walls preferably integrated with container elements made of fiberglass, with heating pipes directly lie on the inner wall. Such container elements can with integrated heating and thermal insulation already prefabricated in the factory, whereby the assembly costs and possibly a disassembly effort can be significantly reduced.
Eine Biomasse-Feststoff-Zuführung kann in an sich bekannter Weise nach Anspruch 16 über einen oberen Zuführschacht erfolgen und/oder durch ein Einpressen in einem unteren Bereich durch eine Zuführöffnung in wenigstens einem Behälterelement.A Biomass solid feed can be known per se A method according to claim 16 via an upper feed chute done and / or by pressing in a lower area through a feed opening in at least one container element.
Der erforderliche Gasentnahmeanschluss und ggf. weitere Anschlussstutzen für Sensoren der Steuerungstechnik sind nach Anspruch 17 im oberen Bereich der Behälterelemente angeordnet.Of the required gas extraction connection and, if necessary, further connecting pieces for sensors of the control technology are according to claim 17 arranged in the upper region of the container elements.
Für eine besonders kompakte Ausführungsform der weiter aufgerüsteten Biogasanlage kann nach Anspruch 18 im Längsbereich zwischen und über neben einanderliegenden Behälterelementen ein langgestreckter Gassack angebracht und verankert werden.For a particularly compact embodiment of further upgraded Biogas plant can according to claim 18 in the longitudinal area between and over adjacent container elements elongated airbag are attached and anchored.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.Based An embodiment of the invention will be closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Aus
der Stirnansicht nach
Die
Rohrstücke
Alternativ
oder zusätzlich kann eine Förderschnecke
Im
Betrieb der Biogasanlage mit Substrat in den Behälterelementen
Weiter
sind an den Bodenbereichen der Behälterelemente
Lediglich
schematisch sind an sich bekannte Heizwände
Eine
Biomasse-Feststoff-Zuführung
Weiter
ist an den Behälterelementen
Im
Längsschnitt durch das Behälterelement
Die
Behälterelemente
In
den
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