-
Die Erfindung betrifft eine Gärtrommel für die kontinuierliche Vergärung von Biomasse mit einem hohlzylindrischen Trommelbehälter, der eine röhrenförmige Trommelwand aufweist und an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten mit jeweils einer Stirnwand verschlossen ist, die auf einer Lagereinrichtung drehbar gelagert ist und die eine Befüllungsöffnung und eine Entnahmeöffnung aufweist.
-
Die Abfallwirtschaft hat großtechnische Kompostierungsverfahren entwickelt, die den aeroben Rotteprozess ausnutzen, um aus Bioabfall und Grünschnitt, insbesondere Küchen- und Gartenabfällen, Kompost zu erzeugen. Das aus diesen Abfällen erzeugte Kompostmaterial kann beispielsweise als humusbildendes Substrat oder als organischer Dünger zur Verbesserung der Bodeneigenschaften in der Garten- und Landwirtschaft verwendet werden.
-
Bei der Vergärung von Biomasse entsteht unter Luftabschluss mit Hilfe von Bakterien ein methanhaltiges Gasgemisch, sogenanntes Biogas, das als Energieträger verwendet werden kann. Um das Biogas während des Vergärungsvorgangs sammeln und abführen zu können, wird die Vergärung im Rahmen der kommerziellen Abfallwirtschaft oftmals der Kompostierung vorgelagert in speziellen Biogasanlagen durchgeführt. Dabei erfolgt die Vergärung in gasdicht verschließbaren Behältern, in denen der Vergärungsvorgang beispielsweise durch eine gezielte Zuführung von Wasser oder Wärme beeinflusst und das dabei entstehende Biogas gesammelt und abgeführt werden kann. Um eine für den Vergärungsvorgang vorteilhafte Durchmischung der zu vergärenden Biomasse zu bewirken, werden üblicher Weise feststehende Behälter mit einer geeigneten Durchmischungsvorrichtung verwendet.
-
Es sind Gärtrommeln bekannt, die um ihre Längsachse drehbar gelagert sind und mittels eines geeigneten Drehantriebs kontinuierlich oder in Intervallen um ihre Längsachse gedreht werden können. Die zu vergärende Biomasse wird üblicherweise im Bereich einer der beiden Stirnseiten in die Gärtrommel eingefüllt, für die Dauer des Vergärungsvorgangs durch die Gärtrommel hindurch gefördert und anschließend im Bereich der gegenüberliegenden Stirnseite wieder aus der Gärtrommel entnommen.
-
Kleine Gärtrommeln mit einigen wenigen Kubikmeter Fassungsvermögen sind in zahlreichen Varianten bekannt. Aus Kostengründen ist es allerdings wünschenswert, dass die Gärtrommel ein möglichst großes Fassungsvermögen aufweist, da die spezifischen Herstellungskosten für eine großvolumige Gärtrommel vergleichsweise niedrig sind und die anteiligen Kosten für die drehbare Lagerung der Gärtrommel, für deren Drehantrieb und für die Befüllung und Entnahme der Biomasse sowie gegebenenfalls des Biogases bei einer großen Gärtrommel ebenfalls geringer ausfallen. Mit zunehmendem Fassungsvermögen der Gärtrommel steigt jedoch auch deren Gewicht, insbesondere wenn die Gärtrommel während des Betriebs mit der für den Betrieb vorgesehenen Menge an Biomasse befüllt ist. Während Gärtrommeln mit einem Fassungsvermögen von einigen Kubikmetern und einem Betriebsgewicht von einigen wenigen Tonnen keine größere mechanische Herausforderung darstellen, ist die drehbare Lagerung von größeren Gärtrommeln mit einem Gesamtgewicht von beispielsweise mehr als 250 bis 500 Tonnen mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand verbunden.
-
Aus der Praxis sind großvolumige Gärtrommeln bekannt, die auf mehreren in Umfangsrichtung koaxial angeordneten und beabstandeten Tragwalzen gelagert sind. Der Drehantrieb der Gärtrommel erfolgt meist durch mindestens eine rotierende Tragwalze, deren Rotationsbewegung auf die Gärtrommel übertragen wird, die auf der Tragwalze aufliegt. Durch eine geeignete Anordnung der Tragwalzen kann gegebenenfalls in Verbindung mit zusätzlichen Führungselementen sichergestellt werden, dass die Gärtrommel in einem von den Tragwalzen gebildeten Lager zuverlässig und drehbar gelagert ist.
-
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die röhrenförmige Trommelwand eine äußerst präzise zylindrische Außenwand aufweisen muss, damit die jeweiligen Auflagerkräfte, die von den Tragwalzen auf die Gärtrommel einwirken, möglichst momentenfrei auf die Gärtrommel übertragen werden. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass insbesondere bei Gärtrommeln mit einem Durchmesser von einigen Metern die Außenseite der röhrenförmigen Trommelwand Unebenheiten aufweist und nicht vollständig rotationssymmetrisch ist, so dass in Umfangsrichtung unterschiedliche Belastungen auf die Trommelwand einwirken und zusätzlich Momente auf den Trommelbehälter übertragen werden. Aus diesem Grund sind regelmäßig eine zusätzliche Verstärkung des Trommelbehälters und ergänzende Sicherungseinrichtungen notwendig, damit sich der Trommelbehälter nicht relativ zu den Wälzlagern verlagert oder aus den Wälzlagern heraus bewegt. Zudem muss die röhrenförmige Trommelwand des Trommelbehälters eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, um die erheblichen mechanischen Belastungen aushalten zu können, die durch das Eigengewicht im befüllten Zustand über die Wälzlager abgetragen werden müssen.
-
Die Verwendung von Trommelbehältern mit einer polygonalen Umfangsfläche, bzw. mit bereichsweise ebener Umfangsfläche erfordert zusätzliche Gegenlager mit einer kreisrunden Umfangsfläche an dem Trommelbehälter, um eine gleichmäßige Drehbewegung zu ermöglichen.
-
Um die mechanischen Belastungen zu verringern ist es beispielsweise aus
DE 103 06 988 B4 bekannt, dass die Gärtrommel in einem Wasserbecken schwimmend gelagert ist. Auf Grund Ihres Auftriebs schwimmt die Gärtrommel in dem Wasserbecken, so dass der Trommelbehälter weitgehend belastungsfrei rotieren kann. Der Betrieb, die Wartung und insbesondere die Befüllung und Entnahme von Biomasse in bzw. aus einer schwimmenden Gärtrommel sind jedoch aufwändig und kostenintensiv.
-
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Gärtrommel für die kontinuierliche Vergärung von Biomasse der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass eine möglichst einfache und kostengünstige drehbare Lagerung einer möglichst großvolumigen Gärtrommel ermöglicht wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stirnseiten jeweils eine mittig angeordnete Lagerachse aufweisen und die Lagerachsen über radiale Tragwerke mit der Trommelwand verbunden sind. Eine freitragende drehbare Lagerung des Trommelbehälters über zwei Lagerachsen, die an den Stirnseiten längs der Drehachse ausgerichtet und angeordnet sind, weist mehrere Vorteile auf. Es müssen lediglich zwei Lagervorrichtungen bereitgestellt werden, die den Trommelbehälter an den beiden Stirnseiten aufnehmen und drehbar lagern können. Die röhrenförmige Trommelwand muss lediglich das Eigengewicht des Trommelbehälters in einem mit Biomasse befüllten Zustand aushalten und an die gegenüberliegenden Stirnseiten abtragen können. Da über die Umfangsfläche der Trommelwand keine Gewichtskräfte auf Wälzlager übertragen werden müssen und die Trommelwand zudem keine möglichst präzise Formgebung der Außenwand aufweisen muss, kann die röhrenförmige Trommelwand erheblich einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.
-
Untersuchungen haben ergeben, dass auch großvolumige Trommelbehälter mit einem Volumen von mehr als 50 bis 100, 250 oder 500 Kubikmeter über geeignete Lagerachsen an den Stirnseiten drehbar gelagert werden können, sofern die auf die Trommelwand einwirkenden Gewichtskräfte über die Stirnseiten zuverlässig aufgenommen und auf die Lagerachsen übertragen werden können. Der Trommelbehälter kann eine Länge von mehr als 20 m oder von mehr als 30 m sowie einen Durchmesser von mehr als 4 m, mehr als 5 m oder von mehr als 6 m aufweisen.
-
Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Stirnwände biegesteif ausgestaltet sind. Die Stirnwände können beispielsweise aus mehreren Platten bestehen, die punktweise oder bereichsweise miteinander verbunden sind. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Stirnwände eine beidseitig beschichtete Wabenstruktur aufweisen. Die biegesteifen Stirnwände bilden dann das Tragwerk, mit dem die Lagerachsen mit der Trommelwand verbunden sind.
-
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die radialen Tragwerke ein Stabwerk sind und radial von der Lagerachse zur Trommelwand verlaufende Stützstäbe aufweisen. Die beispielsweise sternförmig von der Lagerachse nach außen zur Trommelwand verlaufenden Stützstäbe können beispielsweise T-Träger oder Doppel-T-Träger sein, die an einer Außenseite der Stirnwände angeordnet sind und an denen die Stirnwände zweckmäßigerweise anliegen. Die Anzahl und Dimensionierung der radial nach außen angeordneten Stützstäbe wird durch die Größe und die maximal vorgesehene mechanische Belastung der Gärtrommel während des Betriebs vorgegeben.
-
Es hat sich gezeigt, dass eine stabile Ausgestaltung der Stirnwände bzw. eines gesonderten radialen Tragwerks im Bereich der Stirnwände eine maßgebliche Rolle für die mechanische Belastbarkeit der Gärtrommel spielt. Die röhrenförmige Trommelwand kann vergleichsweise einfach und kostengünstig hergestellt werden und muss lediglich ausreichend biegesteif bzw. ausreichend widerstandsfähig gegenüber übermäßigen Verformungen sein. Die Lagerachsen sowie die zugeordneten Lagereinrichtungen, auf denen die Gärtrommel mit ihren Lagerachsen gelagert werden kann, können ebenfalls vergleichsweise einfach und kostengünstig hergestellt werden.
-
Ein wesentlicher Vorteil der auf diese Weise freitragend und drehbar gelagerten Gärtrommel ist die Möglichkeit, dass auf einer Außenseite der Trommelwand sich in Längsrichtung erstreckende Kabel und/oder Schläuche und/oder Rohre angeordnet sein können. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Gärtrommeln, die auf Wälzlagern gelagert sind und mit ihrer Außenseite der Trommelwand auf den Wälzlagern aufliegen, wirken bei der vorangehend beschriebenen Gärtrommel keine nennenswerten Kräfte von außen auf die Außenseite der Trommelwand ein. Aus diesem Grund können kostengünstig beispielsweise elektrische Zuleitungen oder aber wasserführende Rohre und Schläuche verlegt werden, die zur Erwärmung der Gärtrommel mit einem geeigneten Wärmeträgermedium wie beispielsweise Wasser durchströmt werden können. Durch die Anordnung von Kabeln, Schläuchen und Rohren an der Außenseite der Trommelwand ist sowohl deren Herstellung als auch deren Wartung oder Reparatur jederzeit und insbesondere während des Betriebs im befüllten Zustand der Gärtrommel möglich.
-
Es ist ebenso in vorteilhafter Weise möglich, dass an der Außenseite der Trommelwand mindestens bereichsweise eine Dämmschicht angeordnet ist. Da auf die Dämmschicht keine merkliche Druckbelastung einwirkt, kann die Dämmschicht aus einem kostengünstigen Dämmmaterial, beispielsweise aus einem geschäumten Material bestehen. Da die Dämmschicht durch die röhrenförmige Trommelwand von der in der Gärtrommel befindlichen Biomasse getrennt ist, muss die Dämmschicht weder eine besondere mechanische Widerstandsfähigkeit aufweisen noch unempfindlich gegenüber der Biomasse sowie den in der Gärtrommel ablaufenden Reaktionen sein. Auch eine nachträgliche Befestigung, Veränderung oder Entfernung einer Dämmschicht ist jederzeit möglich, da die Dämmschicht von außen frei zugänglich ist.
-
Um eine möglichst einfache und kostengünstige Befüllung und Entnahme der Gärtrommel mit Biomasse zu ermöglichen ist vorgesehen, dass die Lagerachsen Hohlachsen sind und die Hohlräume im Inneren der Lagerachsen die Befüllungsöffnung und die Entnahmeöffnung bilden. Die Lagerachsen können ohne weiteres als Hohlachsen ausgestaltet sein, da deren Tragfähigkeit dadurch nur geringfügig verändert wird und ein etwas größerer Durchmesser der Hohlachsen die Befüllung und Entnahme von Biomasse erleichtert. Durch die Anordnung der Befüllungsöffnung und der Entnahmeöffnung in den als Hohlachsen ausgestalteten Lagerachsen entfällt die Notwendigkeit, radial beabstandet zu den Lagerachsen eine Befüllöffnung und eine Entnahmeöffnung in den jeweiligen Stirnwänden vorzusehen und Beschränkungen für die radialen Tragwerke vorzugeben, mit denen die Lagerachsen mit der Trommelwand verbunden sind.
-
Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, dass an den Stirnseiten Feststoffpumpen die Biomasse durch die Befüllungsöffnung in den Trommelbehälter hinein und durch die Entnahmeöffnung aus dem Trommelbehälter heraus fördern. Geeignete Feststoffpumpen sind kostengünstig und handelsüblich erhältlich. Die Feststoffpumpen sind weniger wartungs- und reparaturanfällig als beispielsweise Schneckenförderanlagen.
-
Um eine möglichst effiziente Durchmischung der in dem Trommelbehälter befindlichen Biomasse durchzuführen oder zu unterstützen ist vorgesehen, dass in dem Trommelbehälter nach innen ragende Durchmischungseinrichtungen angeordnet sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Stangen oder Lamellen handeln, die starr mit der röhrenförmigen Trommelwand verbunden sind und in den Innenraum des Trommelbehälters ragen. Wenn der Trommelbehälter gedreht wird, verdrängen die Durchmischungseinrichtungen in dem von ihnen erfassten Bereich die Biomasse und fördern dadurch eine Durchmischung der Biomasse in dem Trommelbehälter.
-
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Durchmischungseinrichtungen schaufelförmig ausgestaltet sind. Durch die schaufelförmige Formgebung wird die Mitführung einer großen Menge von Biomasse mit jeder einzelnen Durchmischungseinrichtung begünstigt. Gleichzeitig wird die in der schaufelförmigen Ausnehmung befindliche Biomasse vergleichsweise lange in der schaufelförmigen Ausnehmung zurückgehalten, bevor die mitgeführte Biomasse aus der schaufelförmigen Ausnehmung herausrutscht, wodurch die Durchmischung zusätzlich verstärkt und begünstigt wird.
-
Um nicht nur eine Durchmischung in Umfangsrichtung zu begünstigen, sondern gleichzeitig auch einen Transport der vergärenden Biomasse in axialer Richtung durch den Trommelbehälter hindurch von der Befüllungsöffnung zur Entnahmeöffnung hin zu begünstigen ist vorgesehen, dass die Durchmischungseinrichtungen schraubenlinienförmig angeordnet sind. Die schraubenlinienförmige Anordnung der Durchmischungseinrichtungen ist dabei auf die bevorzugte Drehrichtung des Trommelbehälters abgestimmt, so dass bei einer Drehung des Trommelbehälters in der vorgegebenen Drehrichtung die mit den Durchmischungseinrichtungen durchmischte Biomasse vorzugsweise in Richtung der Entnahmeöffnung gefördert wird.
-
Zwei feststehende Rohre ragen durch die Entnahmeöffnung in den Innenraum des Trommelbehälters. Ein erstes Rohr mündet möglichst weit oben in den Innenraum des Trommelbehälters und dient dazu, sich in einem oberen Bereich des Trommelbehälters ansammelndes Biogas abzuführen. Ein zweites Rohr mündet in einem unteren Bereich des Innenraums nahe an der Trommelwand und dient dazu, den nach Abschluss des Vergärungsvorgangs verbleibenden Rest der vergärten Biomasse abzusaugen und aus dem Trommelbehälter herauszufördern.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht durch eine Gärtrommel, die an ihren Stirnseiten jeweils eine Lagerachse aufweist und mit der Lagerachse in einer geeigneten Lagereinrichtung freitragend drehbar gelagert ist,
-
2 eine schematische Ansicht einer Stirnseite der Gärtrommel längs der Linie II-II in 1 mit einem radialen Tragwerk, und
-
3 eine Schnittansicht der in den 1 und 2 dargestellten Gärtrommel längs der Linie III-III in 1 mit einem lediglich schematisch dargestellten Kettenantrieb.
-
Eine in den 1 bis 3 exemplarisch dargestellte Gärtrommel 1 weist einen hohlzylindrischen Trommelbehälter 2 mit einer röhrenförmigen Trommelwand 3 auf. An den Stirnseiten 4, 5 des Trommelbehälters 2 ist jeweils eine Lagerachse 6, 7 in axialer Richtung angeordnet. Die Lagerachsen 6, 7 sind jeweils auf einer zugeordneten Lagereinrichtung 8 drehbar gelagert. Der Trommelbehälter 2 weist einen Durchmesser von etwa 6 m und eine Länge von etwa 30 m auf. Das nutzbare Fassungsvolumen des Trommelbehälters 2 beträgt etwa 750 m3.
-
Die beiden Lagerachsen 6, 7 sind jeweils als Hohlachse ausgestaltet und bilden eine Befüllungsöffnung 9 zur Befüllung mit Biomasse, die vergärt werden soll und an der gegenüberliegenden Stirnseite 5 eine Entnahmeöffnung 10 zur Entnahme der vergärten Biomasse und des entstehenden Biogases.
-
Der Trommelbehälter 2 ist an den Stirnseiten 4, 5 jeweils mit einer Stirnwand 11 verschlossen. Die beiden Stirnwände 11 sind jeweils durch ein radiales Tragwerk 12 verstärkt, das durch sternförmig angeordnete Doppel-T-Träger 13 gebildet wird, die sich von einem die Lagerachse 6, 7 ringförmig umgebenden Krafteinleitungselement 14 bis hin zu der Trommelwand 3 erstrecken. Der Trommelbehälter 2 ist durch die beiden Stirnwände 11 gasdicht geschlossen.
-
In einem Innenraum 15 des Trommelbehälters 2 sind an der Trommelwand 3 radial nach innen vorspringende schaufelförmige Durchmischungseinrichtungen 16 angeordnet. Die Durchmischungseinrichtungen 16 sind ihrerseits in axialer Richtung schraubenlinienförmig über die Innenseite der Trommelwand 3 radial in den Innenraum 15 des Trommelbehälters 2 ragend angeordnet.
-
Der Trommelbehälter 2 kann mit Hilfe eines Kettenantriebs 17 in Drehbewegung versetzt werden. Durch die Drehbewegung des Trommelbehälters 2 wird die in dem Trommelbehälter 2 befindliche Biomasse üblicherweise in Intervallen durchmischt, wobei die Durchmischung durch die Durchmischungseinrichtungen 16 zusätzlich unterstützt und gefördert wird. Die Durchmischungseinrichtungen 16 sind in dem Innenraum 15 des Trommelbehälters 2 schraubenlinienförmig angeordnet, wodurch eine Vorzugsrichtung bei der Durchmischung der Biomasse vorgegeben und eine allmähliche Weiterförderung in Richtung der Entnahmeöffnung 10 vorgegeben werden kann.
-
Durch die Befüllungsöffnung 9 wird mittels einer nicht dargestellten Feststoffpumpe die zu vergärende Biomasse in den Trommelbehälter 2 hineingefördert, während die Biomasse nach dem Vergärungsvorgang durch die Entnahmeöffnung 10 ebenfalls mit einer nicht dargestellten Feststoffpumpe wieder aus dem Trommelbehälter 2 herausgefördert wird. Zu diesem Zweck ragt ein feststehendes Entnahmerohr 18 durch die Entnahmeöffnung 10 in den Innenraum 15 des Trommelbehälters 2. Das Entnahmerohr 18 weist in einem unteren Bereich des Innenraums 15 des Trommelbehälters 2 eine Absaugöffnung 19 auf, durch die hindurch die vergärte Biomasse aus dem Innenraum 15 des Trommelbehälters 2 abgesaugt wird.
-
Um das bei der Vergärung der Biomasse entstehende Biogas aus dem Trommelbehälter 2 abführen und sammeln zu können ragt ebenfalls durch die Entnahmeöffnung 10 ein Biogas-Sammelrohr 20 in den Innenraum 15 des Trommelbehälters 2. Das Biogas-Sammelrohr 20 mündet in einen oberen Bereich des Innenraums 15 des Trommelbehälters 2, der nicht mit vergärender Biomasse aufgefüllt ist und in dem sich das entstehende Biogas ansammelt. Aus diesem Bereich kann das Biogas durch das Biogas-Sammelrohr 20 aus dem Innenraum 15 des Trommelbehälters 2 ausströmen.
-
An der Außenseite der Trommelwand 3 befindet sich eine Dämmschicht 21 aus einem thermisch isolierenden Dämmstoff, die mit nicht näher beschriebenen Heizelementen versehen werden kann. Die Dämmschicht 21 kann zu Wartungs- und Reparaturzwecken auch während des Betriebs abgenommen oder angebracht werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
