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Die Erfindung betrifft einen Gärrestetrockner sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Trocknung von Gärresten. Der Gärrestetrockner besteht aus einem Verdampfer mit einer Heizvorrichtung, einem Gärrestezu- und -abfluss, sowie einen Dampfauslass, der mit einem Dampfkondensator verbunden ist.
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Für die wachsende Anzahl von Biogasanlagen und durch die Konzentration in einigen Regionen wird die Entsorgung des Gärrestes zu einer zentralen Frage. Dafür müssen praxistaugliche und wirtschaftliche Konzepte gefunden werden. Abhängig vom Ausgangsgärrest und den gewünschten Produkten kommen mechanische Separation, Trocknung, Eindampfung und Verfahren der Abwasserwirtschaft zum Einsatz. Diese einzeln oder in Kombination betriebenen Verfahren erfordern zum Teil erhebliche Investitionen und den Einsatz von thermischer und elektrischer Energie. Andererseits können Lager- und Ausbringkosten eingespart und mitunter Erlöse für die Gärrestprodukte erzielt werden. Bei Großanlagen ist eine Gärrestaufbereitung kaum zu umgehen und die Frage nach ihrer Wirtschaftlichkeit stellt sich im Zusammenhang mit der gesamten Anlage (vgl. LOOTSMA, A., T. RAUSSEN (2008): Aktuelle Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von Gärresten. In: Bio- und Sekundärrohstoffverwertung. Stofflich – energetisch III. Witzenhausen-Institut-Neues aus Forschung und Praxis. Kassel: K. Wiemer, M. Kern (Hrsg.). S. 559–576.).
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Die zitierte Fundstelle gibt einen guten Überblick über den Stand der Technik der Trocknungsverfahren. Dabei werden häufig Kombinationen von Trocknungs-Methoden aus mechanischer Separation und thermischen Verfahren unter Einsatz von Band-, Trommel-, Schubwende-, Wirbelschicht-, oder Heißdampftrockner angewendet. Zur Eindampfung beziehungsweise zur Eindickung flüssiger Gärreste werden Fallstrom- und Zwangsumlaufverdampfer oder mehrstufige Verdampfer mit mechanischer Brüdenverdichtung verwendet. Auch Verdampfungsanlagen mit Brüdenkompression kommen zur Anwendung.
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Bei auf dem Markt eingesetzten Bandtrockner-Anlagen erfolgt die Trocknung der Gärreste durch aufgeheizte Luft, die über ein großflächiges, mit Gärresten beschicktes Band geblasen wird. Das Wirkprinzip dieser Anlagen beruht im Wesentlichen auf Verdunstung. Um eine hohe Trockenleistung zu erzielen, werden hohe Luftströmungsgeschwindigkeiten erforderlich. Die Trocknung wird zusätzlich durch Erwärmung der Trockenluft unterstützt. Allerdings sind bei diesen Trocknungsverfahren große Luftleistungen notwendig die elektrisch erzeugt werden müssen. Dadurch wird der elektrische Wirkungsgrad der gesamten Biogasanlage reduziert. Außerdem ist der Trockenwirkungsgrad nicht ausreichend um 100% der Gärreste, die in der Biogasanlage entstehen, zu verarbeiten. Darüber hinaus ist die Anlagentechnik nicht hermetisch dicht und führt daher zu Geruchsbelastungen, wobei die Abluft zusätzlich mit Ammoniak und Feinstaub belastet ist.
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Bei den meisten Verfahren zur Gärrestetrocknung müssen die Gärreste vorbehandelt werden indem sie z. Bsp. mithilfe eines Separators auf einen Trockensubstanzgehalt von 25 Prozent getrocknet werden; oder es wird ein kleiner Teil des getrockneten Gutes zugemischt. Diese Verfahrensschritte stellen zusätzlichen Aufwand dar, der den Wirkungsgrad der Trocknung verschlechtert.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 41 14 667 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung in Form von Gülle vorliegender tierischer Abfallprodukte bekannt, dass darin besteht, dass die Abfallprodukte zunächst in einem Behälter zur Bildung von Methangas gelagert werden, von dort kontinuierlich einer Zentrifuge zugeführt werden und die dort erhaltene feste Komponente anschließend getrocknet wird. Die in der Zentrifuge abgetrennte flüssige Komponente wird in einen Verdampfer geleitet, in dem das darin enthaltene Wasser durch Unterdruck verdampft, anschließend in einem Kondensator wieder verflüssigt und dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt wird. Die Abwärme des Kondensators wird mittels einer Wärmepumpe angehoben und dann dem Verdampfer zugeführt. Bei diesem, wie bei allen bekannten Kondensatoren erfolgt die Dampfkondensation durch herkömmliche Wärmetauschern, dass heißt mit 2 getrennten Medien, was neben anderen Nachteilen einen Temperaturverlust zur Folge hat und die Wärmetauscher wegen der belasteten Dampfbrüde schnell verschmutzen (Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 20 2008 014 349 U1 daher auch eine Reinigungsvorrichtung für einen herkömmlichen Rohrbündelwärmetauscher).
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Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Gärrestetrockner zu schaffen, der die genannten Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Einheit aus Verdampfer und Dampfkondensator als Gärrestetrockner geschaffen wird, wobei der Dampfkondensator ein Gehäuse mit einem Unterdruckanschluss, ein im Gehäuse angeordnetes Dampfrohr mit Austrittsöffnungen, einen Anschluss für den Kondensatvorlauf und einen Anschluss für den Kondensatrücklauf aufweist, wobei das Dampfrohr mit dem Dampfauslass des Verdampfers verbunden ist. Durch den erfindungsgemäßen Gärrestetrockner erübrigt sich ein herkömmlicher Wärmetauscher. Die für einen Wärmeverbraucher, zum Beispiel für die Heizeinrichtung eines vorgeschalteten Verdampfers benötigte Wärmeenergie wird lediglich durch die Zustandsänderung des Dampfes in Kondensat, und über den Kondensatvor- und -rücklauf zur Verfügung gestellt.
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Eine Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten besteht dabei aus mindestens zwei in Reihe angeordneten Gärrestetrocknern die jeweils über ihre Gärrestezu- und -abflüsse miteinander verbunden sind wobei die Heizvorrichtung des jeweils vorgeordneten Gärrestetrockners mit dem Kondensatvor- und dem Kondensatrücklauf des nachgeordneten Gärrestetrockner verbunden ist. Das aus dem Brüden des nachgeordneten Verdampfers gewonnene Kondensat heizt so den vorgeordneten Verdampfer auf, wird dadurch abgekühlt und kühlt im Rücklauf wieder den Dampf des nachgeordneten Verdampfers.
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Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten ist der Gärresteabfluss eines Gärrestetrockners mit dem Eingang eines Nachgärers und dessen Ausgang mit dem Gärrestezufluss des nachfolgenden Gärrestetrockners verbunden. Ein zwischen zwei Verdampfern eingefügter Nachgärer hat den Vorteil, dass bereits vor der Beschickung des Nachgärers ein großer Anteil der Brüde aus den Gärresten verdampft wird, so dass das Gärrestevolumen reduziert wird und daher der Nachgärer baulich kleiner ausgeführt werden kann. Dadurch reduziert sich dann zusätzlich der Wärmebedarf im Nachgärer. Darüber hinaus wird durch die vorgeschaltete Verdampfung ein besserer Aufschluß der Gärreste, i. e. des Substrats erreicht, wodurch sich höhere Gaserträge ergeben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Gärresteabfluss mit dem Eingang eines Nachgärers, dessen Ausgang mit einer Fest-/Flüssig-Trennvorrichtung und dessen Flüssigstoff-Ausgang mit dem Gärreste Zufluss des Zweiten Gärrestetrockners verbunden ist. Je nach gewünschtem bzw. erreichtem Trockensubstratsgehalt kann es sinnvoll sein, mit insbesondere mechanischen Trennvorrichtungen, eine Trennung von flüssigen und festen Bestandteilen vorzunehmen. Diese Separation nach dem Nachgärer NG hat den Vorteil, dass aus den Gärresten/dem Substrat bereits der leicht flüchtige Ammoniak ausgetrieben ist. Dadurch ergibt sich eine wesentlich geringere Geruchsbelastung und eine Verringerung der Ammoniakemissionen. Insgesamt ergeben sich durch den besseren Substratsaufschluss höhere Gaserträge, geringere Emissionen und eine Reduzierung der Baukosten.
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Vorteilhaft kann, je nach gewünschtem Ergebnis, wahlweise ein Nachgärer, eine Fest-/Flüssig Trennvorrichtung, oder ein Nachgärer und eine Fest-/Flüssig Trennvorrichtung zwischen zwei Verdampfern vorgesehen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten ergibt sich unter Verwendung von mindestens einem Gärrestetrockner, wobei der Anschluss des ersten Gärrestetrockners mit dem Ausgang eines Fermenters verbunden ist und der Ausgang des letzten Gärrestetrockners wieder in den Fermenters zurückgeführt wird, wobei die Heizvorrichtung des jeweils vorgeordneten Gärrestetrockners mit dem Kondensatvor- und dem Kondensatrücklauf des nachgeordneten Gärrestetrockners verbunden ist, und wobei der Kondensatvor- und der Kondensatrücklauf des ersten Gärrestetrockners wahlweise mit der Heizvorrichtung des Fermenters oder einer weiteren Heizvorrichtung verbunden ist. Durch die damit erreichbare kontinuierliche Trocknung, respektive Eindickung der Gärreste im Fermenter F kann eine Volumenreduktion größer 50% erreicht werden, so dass der Fermenter F nur noch halb so groß gebaut werden muss.
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Die mit dem Gärrestetrockner und den Vorrichtungen zur Trocknung von Gärresten durchführbaren Verfahren sind in den Verfahrensansprüchen definiert. Der Gärrestetrockner, die Vorrichtungen und die Verfahren sowie der Dampfkondensator werden im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Gärrestetrockners GT
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2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten mit drei hintereinander geschalteten Gärrestetrocknern GT1 bis GT3
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3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten mit einem Nachgärer NG und einer Trennvorrichtung QP zwischen zwei Gärrestetrocknern
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4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Gärrestetrocknung mit zwei Gärrestetrocknern GT, die im Kreislauf mit einem Fermenter F verbunden sind
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5 eine schematische 3D-Darstellung eines Dampfkondensators DK
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6 eine schematische Sicht des Dampfkondensators DK gemäß 5 von der Seite des Dampfeinlasses
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Die schematische Darstellung gemäß 1 zeigt einen Gärrestetrockner GT mit einem Verdampfer V und einem Dampfkondensator DK. Der Verdampfer V kann mittels einer Pumpe P über einen Gärrestezufluss ZG mit Gärresten M, zum Beispiel aus einem Fermenter F (3 und 4), einem Nachgärer NG (2 und 3) oder einem vorgeordneten Gärrestetrockner GT (2 bis 3) beschickt werden. Die Gärreste M werden dann nach der (teilweisen) Verdampfung über einen Gärresteabfluss AG wieder entnommen. Zur Dampferzeugung kann der Verdampfer V über die Heizvorrichtung HK beheizt werden. Die Heizvorrichtung HK ist in der schematischen Darstellung der 1 lediglich beispielhaft im Verdampfer V angebracht. Der Verdampfer V kann aber beispielsweise auch durch ein anderes Heizsystem, wie etwa ein außen angebrachtes Rohrheizsystem beheizt werden. Die Heizvorrichtung HK verfügt über einen Vorlaufanschluss VLA und einen Rücklaufanschluss RLA.
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Im Gehäuse G des Dampfkondensators DK befindet sich ein Dampfrohr DR, in das Schlitze S Eingebracht sind. Das Dampfrohr DR ist mit dem Dampfauslass DA des Verdampfers V verbunden. Am Gehäuse G des Dampfkondensators DK befindet sich weiter ein Unterdruckanschluss UA zur Erzeugung eines Unterdrucks und zum gleichzeitigen Absaugen von überschüssigen Kondensat. Am unteren Ende des Gehäuses G befindet sich ein Vorlaufanschluss für den Kondensatvorlauf VL sowie ein Rücklaufanschluss für den Kondensatrücklauf RL. Wie im Folgenden gezeigt wird, wird an den Kondensatsvorlauf und an den Kondensatrücklauf eine Heizvorrichtung HK angeschlossen, so dass das gekühlte, rücklaufende Kondensat über das Dampfrohr DR den Dampf aus dem Verdampfer V kühlt und kondensiert. Eine genaue Beschreibung der Funktionsweise des Dampfkondensators wird unten anhand der Beschreibung der 5 und 6 gegeben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten mit drei hintereinander geschalteten Gärrestetrocknern GT1 bis GT3. Die Heizvorrichtung HK3 des Verdampfers V3 wird über eine externe Wärmequelle, insbesondere über die Heißwasservorrichtung eines Blockheizkraftwerkes BHKW, versorgt. Der im dritten Verdampfer V3 erzeugte Dampf kondensiert im dritten Dampfkondensators DK3 und das Kondensat wird über den Kondensatvorlauf VL und den Kondensatrücklauf RL der zweiten Heizvorrichtung HK2 zugeführt. Entsprechend wird die erste Heizvorrichtung HK1 mit dem kondensierten Dampf aus dem Verdampfer V2 versorgt. Auf diese Weise wird eine kaskadierte Versorgung der Verdampfer V3 bis V1 mit der vom Blockheizkraftwerk erzeugten Wärme erreicht. Dabei können die Gärreste M, die vom Fermenter F in den Nachgärer NG verbracht wurden, vom Nachgärer NG über eine Fest-/Flüssig-Trennvorrichtung QP, beispielweise einen mechanischen Schneckenseparator, getrennt werden, wobei der Trockenanteil über den Ausgang AT ausgeschleust wird und der Feuchtanteil als Gärrest M über den Ausgang AF dem Verdampfer V1 des Gärrestetrockners GT1 zugeführt wird.
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Über die Unterdruckanschlüsse UA1 bis UA3 und den diesen zugeordneten Pumpen P1 bis P3 wird einerseits der Verdampfungsprozess in den Verdampfern V1 bis V3 durch Erzeugen eines vorgebbaren Unterdrucks mit gesteuert. Andrerseits wird aus den Dampfkondensatoren DK1 bis DK3 überschüssiges Kondensat abgesaugt und einer weiteren Verarbeitung, insbesondere einer Ammoniakseparation unterzogen. Für die Vakuumerzeugung müssen nicht zwangsläufig jedem Unterdruckanschluss UA1 bis UA3 eine Vakuumpumpe P1 bis P3 zugeordnet werden, sondern die verschiedenen Vakua können zum Beispiel auch über eine Vakuumpumpe und entsprechende Ventile eingestellt werden. Diese Maßnahmen liegen im Können des Fachmanns und sind deshalb hier nicht weiter dargestellt und erläutert.
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Am Gärresteausgang AG3 des Verdampfers V3 fällt somit Gärrest M mit dem gewünschten Trockensubstanzgehalt von z. Bsp. 25% an und kann in ein hier nicht dargestelltes Gärrestelager verbracht werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Trocknung von Gärresten gezeigt, bei der ein Nachgärer NG mit einer nachgeschalteten Trennvorrichtung QP zwischen zwei Gärrestetrocknern, hier den Gärrestetrocknern GT1 und GT2 angeordnet ist. Der Verdampfer V1 des Gärrestetrockners GT1 wird mit Gärresten aus dem Fermenter F beschickt. In Verdampfer V1 kann dann bereits beispielsweise ein Drittel der Brüden aus den Gärresten M verdampft werden. Damit ergibt sich eine Volumenreduzierung der Gärreste M, die beispielsweise circa 25% betragen kann, so dass nur noch ein um 25% kleinerer Nachgärer NG erforderlich ist. Damit wird im Nachgärer NG entsprechend weniger Wärme benötigt. Außerdem wird durch die Verdampfung vor der Nachgärung ein besserer Substrataufschluss erreicht, was sich vorteilhaft auf die Nachgärung auswirkt.
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Aus dem Nachgärer NG können die Gärreste M direkt dem zweiten Gärrestetrockner zugeführt werden, oder sie werden, wie dargestellt, einer Trennvorrichtung QP zugeführt. Diese Trennvorrichtung kann beispielsweise eine mechanische Schneckenpresse sein. Es könnte aber auch eine Zentrifuge, etc. verwendet werden. Die ausgepressten relativ festen Bestandteile (der Trockenanteil), werden über den Ausgang AT einer weiteren Verwendung oder Verarbeitung zugeführt. Die flüssigen Anteile werden in den Verdampfer V2 des Gärrestetrockners GT2 eingebracht. Die Heizkaskade funktioniert entsprechend wie oben beschriebenen. Initial wird die dritte Heizvorrichtung HK3 des dritten Gärrestetrockners GT3 durch die Abwärme eines Blockheizkraftwerkes BHKW beheizt und über den in den jeweiligen Verdampfern V3 bis V1 entstehenden Dampf und die Dampfkondensatoren DK3, DK2 werden jeweils die vorgeschalteten Verdampfer V2 und V1 über ihre Heizvorrichtungen HK2, HK1 beheizt. Am Dampfkondensators DK1 kann ein externer Wärmeverbraucher an den Kondensatvorlauf Vorlauf VL und den Kondensatrücklauf RL angeschlossen werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass nicht zwangsläufig eine Kombination des Nachgärers NG und einer mechanischen Trennvorrichtung QP erforderlich ist. Die mechanische Trennvorrichtung QP oder der Nachgärer NG können auch separat zwischen je zwei Verdampfern V1 bis V3 angeordnet werden. Es kann auch sowohl nur ein Nachgärer NG oder eine mechanische Trennvorrichtung QP verwendet werden.
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Die Trennung der festen und flüssigen Bestandteile durch die mechanische Trennvorrichtung QP nach dem Nachgärer NG hat den Vorteil, dass aus dem Substrat schon der leicht flüchtige Ammoniak ausgetrieben ist, und somit wesentlich weniger Geruchsbelästigungen und Ammoniakemissionen anfallen. Zusätzlich ergibt sich durch den besseren Substrataufschluss ein höherer Gasertrag, und durch die Reduzierung des Gärreste oder Substratsvolumens ergebn sich geringere Baukosten, da der Nachgärers NG kleiner ausgeführt werden kann.
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In der schematischen Darstellung gemäß 4 sind zwei Gärrestetrockner GT1, GT2 im Kreislauf mit einem Fermenter F verbunden. Eine solche Anlage eignet sich besonders für die Trocknung von Gärresten mit einem hohen Flüssigkeitsanteil wie beispielsweise Gülle. Der Fermenter F wird über einen nicht näher dargestellten Vorgärer VG kontinuierlich mit Gülle als Gärrest M beschickt. Aus dem Fermenter F durchläuft die Gülle einen Kreisprozess über die Verdampfer V1 und V2 und wird anschließend wieder zum Fermenter F zurückgeführt. Durch den kontinuierlichen Zulauf aus dem Vorgärer VG bleibt der Trockensubstanzgehalt im Fermenter F konstant, zum Beispiel bei 10%. Auch bei dieser Anlage erfolgt die Beheizung der Verdampfer V2, V1 wie oben beschrieben. Der Kondensationskreislauf des Dampfkondensators DK1, kann über den Kondensatvorlauf VL und Kondensatrücklauf RL über die Heizeinrichtung HKF des Fermenters F erfolgen. Er kann aber auch über die Ventile R ganz oder teilweise einer hier nicht dargestellten externen Heizvorrichtung zugeführt werden.
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Durch das Zusammenspiel von Heiztemperatur und Unterdruck können die vorbeschriebenen Anlagen optimal geregelt werden. Eine solche Regelung sei beispielhaft anhand der Anlage gemäß 4 beschrieben. Die Heizvorrichtung HK2 wird über das Blockheizkraftwerk mit Heißwasser mit einer Vorlauftemperatur von 95°C versorgt. Bei entsprechendem Unterdruck verdampft der Gärrest dann bei 80°C und der Brüden wird im Dampfkondensator DK2 kondensiert, wobei die Kondensationswärme gleich groß wie die Verdampfungswärme ist. Für die Heizvorrichtungen HK1 stehen somit nochmals circa 78–80°C zur Verfügung. Damit kann die komplette thermisch erzeugte Energie des Blockheizkraftwerks BHKW zweimal genutzt werden. Dies ist insbesondere bei der Vergärung von Gülle von Vorteil, da bei deren Vergärungsprozess kaum Wärme erzeugt wird. In Verdampfer V1 verdampft die Brüde bei entsprechendem Unterdruck bei ungefähr 60°C. Damit steht die gesamte thermisch erzeugte Energie des Blockheizkraftwerks BHKW mit einem Temperaturniveau von knapp 60°C weiterhin zur Beheizung des Fermenters F oder, wie beschrieben, externer Heizvorrichtungen zur Verfügung.
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Über den Ausgang GLA des Fermenters F wird die eingedickte Gülle in ein Gärrestelager GL verbracht.
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Stellvertretend für alle anderen beschriebenen Anlagen sind in 4 Leitungen L1 und L2 dargestellt, über die das überschüssige Kondensat aus den Dampfkondensatoren DK1 und DK2 über deren Unterdruckanschlüsse UA1 und UA2 abgesaugt und einer Kondensatsaufbereitungsanlage KA zugeführt wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird der Kondensatsaufbereitungsanlage KA zusätzlich noch das Kondensat aus dem Fermenter F Über die Leitung LF zugeführt.
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5 zeigt eine schematische 3D-Darstellung eines Dampfkondensators DK. Im Gehäuse befindet sich ein Dampfrohr DR, welches über seine Länge mit einer Vielzahl von Schlitzen S versehen ist. Innerhalb des Dampfrohrs befindet sich ein weiteres Rohr, das Innenrohr IR, das an seinen beiden Enden bis auf die Durchlassöffnungen für das Vorlaufrohr VLR verschlossen ist. Um das Innenrohr IR ist ein Rohrsystem RS spiralförmig aufgebracht. Das Rohrsystem RS kann aus einem Edelstahlwellrohr bestehen, wobei durch die Wellung eine ca. doppelt so große Oberfläche, verglichen mit einem nicht gewellten Rohr, entsteht. Außerdem entstehen durch das Wellrohr Verwirbelungen, wodurch Ablagerungen vermieden werden. Auf die Strömungsverhältnisse im Dampfkondensator wird weiter unten noch eingegangen.
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Das Dampfrohr DR ist über seinen Eingang DE mit einem Rohr KR verbunden, durch das der Dampf aus einem hier nicht dargestellten Verdampfer V in den Zwischenraum zwischen Innenrohr IR und Dampfrohr DR eingeleitet wird. Das Gehäuse G verfügt weiter über einen Unterdruckanschluss UA, der im Ausführungsbeispiel links in die Stirnseite des Gehäuses G eingebracht ist.
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An der linken Stirnseite des trommelförmigen Gehäuses befindet sich der Eingang RSE sowie der Ausgang RSA des Rohrsystems RS. Im unteren Bereich der Gehäusewand sind der Vorlaufanschluss VLA und der Rücklaufanschluss RLA angeordnet.
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Der Vorlaufanschluss VLA ist über eine Pumpe P mit dem Eingang RSE des Rohrsystems RS verbunden. Der Ausgang des Rohrsystems RSA bildet den Vorlauf VL für eine Heizvorrichtung HK. Der Rücklauf RL der Heizvorrichtung HK führt über den Rücklaufanschluss RLA in das Gehäuse G
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In 6 ist skizzenhaft eine Sicht von der rechten Stirnseite, also von der Seite des Dampfeinlasses DE, auf den Dampfkondensators gezeigt. (Auf bereits anhand der 1 beschrieben Elemente wird hier der Übersichtlichkeit halber nicht mehr eingegangen; auch das Krümmerrohr KR (1) wurde der Übersichtlichkeit halber weggelassen). Es ist deutlich zu erkennen, dass die Austrittsöffnungen S des Dampfrohres DR in dessen unteren linken Hälfte angeordnet sind.
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Die Funktionsweise des Dampfkondensators ist wie folgt: Der heiße Dampf aus einem Verdampfer V gelangt über das Rohr KR in das Dampfrohr DR, wird dort kondensiert, wobei das Kondensat über die Austrittsöffnungen S austritt. Das Kondensat ist teilweise noch mit Dampf-/Luftblasen durchsetzt, die, bedingt durch die seitliche Anordnung der Austrittsöffnungen S auf der linken Seite nach oben strömen. Dadurch ergibt sich eine Kreisströmung um das Dampfrohr DR. Im Betrieb ist der gesamte Raum zwischen Dampfrohr DR und Gehäuseinnenwand mit Kondensat gefüllt.
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Am Boden des Gehäuses G wird das Kondensat über den Kondensatvorlaufanschluss VLA entnommen und mittels der Pumpe P über den Eingang RSE durch das Rohrsystem RS gepumpt. Das Kondensat wird auf diesem Weg weiter erwärmt. Über die Länge und den Durchmesser des Rohrsystems RS kann die Temperaturspreizung des Dampfkondensators beeinflusst werden. Am Ausgang RSA des Rohrsystems RS steht damit der kondensierte Dampf als Kondensatvorlauf VL für eine Heizvorrichtung HK zur Verfügung. Der Kondensatrücklauf RL wird über den Rücklaufanschluss RLA wieder in den Raum zwischen Dampfrohr DR und Gehäuse G eingeleitet, so dass das abgekühlte Kondensat im wiederholten Kreislauf durch das Rohrsystem RS erneut die Wärmeenergie des Dampfes aufnehmen kann.
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Das überschüssige Kondensat wird über den Unterdruckanschluss UA abgesaugt und zum Beispiel einer hier nicht dargestellten Kondensataufbereitung zugeführt, was insbesondere bei Prozessdämpfen von Biogasanlagen zur Separation von Ammoniak notwendig ist. Der durch die Absaugung erzeugte Unterdruck trägt zusätzlich zur Kreisströmung des Kondensats bei. Durch diese Kreisströmung können sich im Dampf enthaltene Schmutzteilchen und andere Stoffe nicht ablagern, sondern werden über den Unterdruckanschluss UA mit abgesaugt. Der Dampfkondensator hat somit auch eine selbstreinigende Wirkung.
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Eine weitere Ausführungsform des Dampfkondensators besteht in einer Modifikation der Ausführungsform gemäß 1. Das Gehäuse G ist dabei entweder ohne den Vorlaufanschluss VLA und ohne den Rücklaufanschluss RLA am Gehäuseboden ausgeführt, oder diese Anschlüsse sind durch eine Blindverschraubung verschlossen. Der Vorlauf VL für zum Beispiel eine Heizvorrichtung HK oder ein Kühlmedium wird dabei direkt an den Ausgang RSA des Rohrsystems RS und der Rücklauf RL an den Eingang des Rohrsystems RSE (über den Rücklaufanschluss RLA') angeschlossen. Wenn das Rohrsystem RS bei dieser modifizierten Ausführungsform ebenfalls ein Edelstahlwellrohr ist, dann wäre dieses – in Abänderung der Ausführungsform gemäß 1 – um das Dampfrohr DR aufgebracht. Andernfalls kann jedes beliebige Rohrsystem, beispielsweise auch ein Rohrbündel in den Raum zwischen Dampfrohr DR und Gehäuseinnenwand eingebracht werden.
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Anstelle der Anschlüsse RSE und RSA können zum Anschluss des Rohrsystems auch der Vorlaufanschluss VLA und der Rücklaufanschluss RLA verwendet werden, wobei dann die Anschlüsse RSE und RSA weggelassen oder blind verschlossen werden. Mit dieser Ausführungsform ergibt sich ein geschlossener Kreislauf für die Heizvorrichtung HK oder ein Kühlmedium. Auch bei dieser Ausführungsform wird das überschüssige Kondensat über den Unterdruckanschluss UA abgesaugt.
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Der Dampfkondensator wird in waagrechter Aufstellung betrieben. Da die angeschlossenen Pumpen zur Vermeidung von Kavitation möglichst nicht oder jedenfalls nur mit geringem Unterdruck betrieben werden sollen, wird der Dampfkondensator im Abstand h vom Boden aufgestellt (bei einem Unterdruck im Kondensator von zum Beispiel 0,8 bar kann h zwischen 3 Meter und 4 Meter sein) und die Pumpen werden in Bodennähe angebracht. Bedingt durch die Kondensatsäule der Höhe h in der Pumpenleitung können die Pumpen im zulässigen Druckbereich betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4114667 A1 [0006]
- DE 202008014349 U1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- LOOTSMA, A., T. RAUSSEN (2008): Aktuelle Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von Gärresten. In: Bio- und Sekundärrohstoffverwertung. Stofflich – energetisch III. Witzenhausen-Institut-Neues aus Forschung und Praxis. Kassel: K. Wiemer, M. Kern (Hrsg.). S. 559–576. [0002]
