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In
Fermentern von Biogasanlagen wird Biomasse vergärt. Solche Fermenter können von
einigen Kubikmetern bis mehrere tausend Kubikmeter Rauminhalt haben.
Das durch den anaeroben Abbau von organischen Stoffen in den Fermenter
entstehende Biogas wird unmittelbar auf der Anlage in Blockheiz
Kraftwerken zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet bzw.
nach einem mehr oder weniger aufwändigen Reinigungsverfahren
in das Gasnetz eingespeist. Die Fermenter werden mit Gasüberdrücken von
einigen mbar betrieben.
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Man
unterscheidet zwei grundsätzliche
Bauausführungen
bei Fermentern, nämlich
eine Massivausführung
in Betonbauweise mit Betondecke oder aber mit einer Behälterwandung
in Stahl- oder Betonbauweise mit einer kuppelartigen Folienabdeckung, einer
Gashaube.
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Diese
Fermenter werden mit flüssigen
und häufig
auch festen Stoffen beschickt. Die flüssigen Stoffe, wie beispielsweise
Gülle,
werden mit Pumpen eingebracht, die festen Stoffe, beispielsweise
nachwachsende Rohstoffe wie Mais- oder Grassilage über so genannte
Feststoffeinträge.
Feste und flüssige
Stoffe werden im Fermenter über
Rührwerke
zu einem homogenen Substrat vermischt. Eine Homogenisierung des
Substrates ist für
einen ungestörten Prozessablauf
und für
eine gleichmäßige Gaserzeugung
unabdingbar.
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Neben
der Direktbeschickung von Fermentern mit festen und flüssigen Stoffen
werden häufig auch
kleinere Behälter,
im Allgemeinen als Vorgruben oder Anmaischcenter bezeichnet, vorgesehen, in
denen die flüssigen
und festen Stoffe angemischt und das homogenisierte Substrat in
einen oder mehrere Fermenter weitergepumpt wird. Die Feststoffe werden
dabei wahlweise dosiert mit einem Feststoffeintrag oder chargenweise
z. B. mit einem Frontlader in den Behälter eingebracht. Ein oder
mehrere Rührwerke
sorgen dabei für
die Homogenisierung des Behälterinhaltes.
Solche Vorgruben oder Anmaischcenter sind meist nicht gasdicht,
zur Verhinderung von Geruchsbelästigungen
aber mit Abdeckungen ausgeführt.
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Im
Allgemeinen bestehen Feststoffeinträge für Fermenter aus einem Lagervorratsbehälter und einem
Zuführorgan,
beispielsweise einem Schubboden, der das Material aus diesem Vorratsbehälter in eine
Zuführschnecke
schiebt. Diese Zuführschnecke transportiert
das Material vom Lagervorratsbehälter zum
Fermenter. Dort übergibt
sie die Feststoffe in ein Einbringmittel, beispielsweise an eine
Stopfschnecke oder einen Presszylinder, dass das Material unterhalb
des Flüssigkeitsspiegels
in den Fermenter einträgt.
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Bei
Vorgruben oder Anmaischcenter wird häufig zur Aufarbeitung der Feststoffe
eine Stationäre
Misch- und Dosieranlage mit einer Mischschnecke und einer Austragöffnung direkt
auf den Behälter
gestellt.
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Bekannt
sind auch Vorgruben bzw. Anmaischcenter, in die Feststoffe chargenweise
z. B. mit einem Frontlader eines Schleppers eingebracht werden.
Eine eventuell vorhandene Geruchsabdeckung muss für die Zeit
der Einbringung geöffnet
werden. Dabei ist gerade im Moment der Einbringung eine starke Rührwerksleistung
erforderlich, die bis zum Schließen der Abdeckung zu einer
erheblichen Geruchsbelästigung
der Umgebung führt.
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Die
bisher bekannte getrennte Anordnung von Rührwerk- und Feststoff-Eintragsystem
führt dazu,
dass die häufig
auch in größeren Klumpen
eingetragenen Feststoffe je nach Positionierung des Rührwerkes
oder der Rührwerke
von diesem/diesen nur teilweise erfasst und untergemischt werden.
Der weitaus größere Anteil
wird sich bei Feststoffen, deren Dichte gegenüber der flüssigen Phase des Substrats
deutlich geringer ist, beispielsweise Grassilage, an der Oberfläche sammeln,
wiederum verdichten und damit Schwimmdecken bilden, die vom Rührwerken
wenn überhaupt
nur mit hohem Energieaufwand wieder aufgelöst werden können.
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Sinkstoffe
im eingetragenen Material dagegen sinken aufgrund der zu geringen
Rührintensität im unmittelbaren
Einbringbereich sofort auf die Behältersohle und bauen sich im
Lauf der Zeit zu einem ebenfalls nur mit hohem Energieaufwand abbaubaren
Kegel auf. Die Folge können
dann Stillstandszeiten mit Produktionsausfall und zusätzliche
Kosten für externe
Rührsysteme
sein.
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Der
Erfindung liegt die nun die Aufgabe zu Grunde dafür zu sorgen,
dass der Förderstrom
der eingebrachten Feststoffe nahezu vollständig vom Mischpropeller erfasst
wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Mischpropeller etwa achsidentisch unmittelbar an die Förderschnecke
anschließt.
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Die
Förderschnecke übergibt
die Feststoffe bei der erfindungsgemäßen Ausführung unmittelbar nach dem
Austritt aus dem umhüllenden
Rohr an das achsidentische Mischelement, das diese auseinander reißt, kleinteilig
durch die vom Mischelement erzeugte Strömung weiterbefördert und
im Substrat und somit im Behälter
gleichmäßig verteilt.
Damit wird zuverlässig
das Entstehen von Sink- und Schwimmschichten verhindert.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist insbesondere, die Senkung des
Investitions- und Wartungsaufwandes. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass nur ein gemeinsamer Antriebsstrang für das Rührwerk und die Einbringschnecke vorgesehen
ist, wodurch sich auch der Aufwand für den Elektroanschluss und
die Steuerung beträchtlich reduziert.
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Die
trockene Förderung
von Feststoffen in einem Fördersystem
führt zu
einem starken Verschleiß der
Förderschnecke
und des umhüllenden
Rohres, eine Auswechslung in bestimmten Zeitabständen ist deshalb unvermeidbar.
Lange Stillstandszeiten bedeuten aber eine verminderte Gasproduktion
und damit erhebliche Einnahmeverluste. Kurze Stillstandszeiten der
Anlage beim erforderlichen Austausch von Verschleißteilen
sind deshalb ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung. Dies wird nach
dem Hauptanspruch dadurch erreicht, dass die gemeinsame Rührwelle am
unteren Ende in einer beispielsweise auf der Behältersohle befestigten Rührwerkskonsole
gelagert ist, somit die Förderschnecke
und auch das umhüllende
Rohr nach oben herausgezogen werden können, ohne dass die gesamte
Rührwelle
mit den Mischpropellern ebenfalls demontiert werden muss.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es bei Vorgruben oder Anmaischcenter
z. B. beim chargenweisen Einbringen der Feststoffe eine Geruchsbelästigung
der Umgebung zu verhindern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Feststoffe in der Förderschnecke
während
des Einbringens den Geruchsverschluss zur Umgebung bewirken und
vor und nach dem Einbringen der Schieber zwischen dem trogförmigen Behälter und
dem Vorratsbehälter geschlossen
gehalten wird. Bei konstantem Füllstand,
wie er in Fermentern bevorzugt wird, wird das Entweichen von Gas
durch das die Förderschnecke umhüllende Rohr
bewirkt, das deutlich unterhalb des Substratspiegels endet.
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Ein
Vorratsbehälter
für die
Feststoffe über dem
trogförmiger
Behälter
im oberen Bereich der Förderschnecke
nimmt das über
ein Zuführorgan
zutransportierte Material auf.
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Dieses
Zuführorgan
kann ein Förderband oder
eine Förderschnecke
sein, eine unmittelbare Beschickung, beispielsweise von einem Futtermischwagen
aus, ist bei Behältern
mit Betondecke ebenfalls möglich.
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Ein
weiteres Beispiel für
die Beschickung des Vorratsbehälters
ist eine Kranbahn mit einem Greifer, der die Feststoffe direkt am
jeweiligen Lagerort der Mais- oder Grassilage aufnimmt und zum Vorratsbehälter transportiert.
Dies hat auch den Vorteil, dass bei Vorratsbehälter, die in größerer Höhe montiert
sind, wie es bei Fermenter mit Gashaube baulich erforderlich ist,
der Höhenunterschied
zu der auf dem Boden gelagerten Feststoffen durch den Kranhub leicht überbrückbar ist.
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Die
Materialzufuhr zur Einbringschnecke muß jederzeit gedrosselt oder
unterbrochen werden können,
da die Materialeinbringung nur kurzzeitig erfolgt, das Mischelement
und damit die zwangsweise mitdrehende Zuführschnecke je nach Trockensubstanzgehalt
des Substrates für
eine vollständige
Homogenisierung in aller Regel länger
betrieben werden muss.
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Dreht
die Förderschnecke
im umhüllenden Rohr
ohne Feststoffzufuhr, ist bei Beschickung mit offenen Systemen,
wie Förderband
oder auch Kranbahn, ein Geruchsverschluss erforderlich.
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Ein
Absperrorgan zwischen Vorratsbehälter und
trogförmigem
Behälter,
beispielsweise eine motorisch angetriebene Schieberplatte, sorgt
bei der erfindungsgemäßen Ausführung für die erforderliche Unterbrechung
der Feststoffzufuhr in den trogförmigen
Behälter
sowie für
den notwendigen Geruchsverschluss zwischen der im Substrat drehenden
Förderschnecke
und der Umgebung.
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In
einer ebenfalls erfindungsgemäßen Ausführung werden
die Festtoffe in einer seitlichen Erweiterung des Vorratsbehälters gelagert.
Die Zufuhr der Feststoffe in den eigentlichen Vorratsbehälter über dem
trogförmigen
Behälter
erfolgt beispielsweise über
einen motorisch winkelverstellbaren Boden oder über Transportschnecken.
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Das
erfindungsgemäße Rührwerk mit
Einbringsystem für
Feststoffe kann ohne weiteres auch mit vertikaler gemeinsamer Welle
betrieben werden. Insbesondere für
kleinere Behälter
ist eine vertikale Anordnung vorteilhaft. Bei größeren Behältern wird man dagegen Einbauwinkel
zwischen 30° und
50° zur
Vertikalen bevorzugen und gleichzeitig in der Horizontalebene einen
Einbauwinkel zum Radiant des Behälters
wählen,
um eine Zirkulation des Fermenterinhalts zu erreichen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der 1 bis 6 erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung eingebaut in einen Fermenter mit Betondecke in schematischer
Darstellung.
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2:
Den in 1 angegebenen Schnitt A-A
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3:
Den in 1 angedeuteten Schnitt A-A mit dem Beispiel einer
seitlichen Erweiterung in kippbarer Ausführung.
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4:
Den in 1 angedeuteten Schnitt A-A mit dem Beispiel einer
seitlichen Erweiterung und einer Zuführschnecke.
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5:
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
des Rührwerks
mit Feststoff-Einbringsystems ohne Bodenlager.
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6:
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung eingebaut in einen Fermenter mit Gashaube.
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In 1 ist
das erfindungsgemäße Rührwerk mit
Einbringsystem in einem Fermenter mit Betondecke dargestellt. Die
gemeinsame Welle (2) ist am unteren Ende in der Bodenlagerkonsole
(3) und am oberen Ende über
die Kupplung (11) im Antrieb (4) gelagert. Der
Antrieb ist auf der mit der Betondecke (1) verbundenen
Antriebskonsole (10) befestigt. Die drehfest mit der angetriebenen
Welle verbundene Förderschnecke
(5) wird unterhalb des trogförmigen Behälters (8) von einem
Rohr (7) umhüllt,
das unterhalb des Substratspiegels (15) endet. Die Förderschnecke
ragt im gezeichneten Beispiel aus dem umhüllenden Rohr heraus. Der ebenfalls
mit der Welle drehfest verbundene Mischpropeller (6) ist
nach der Förderschnecke
auf der Rührwelle
angeordnet. Auf der Rührwelle
ist im dargestellten Beispiel ein weiterer Mischpropeller angeordnet.
Ein Schieber (12) zwischen dem trogförmigen Behälter (8) und dem Vorratsbehälter (9)
ermöglicht
einen Geruchsverschluss zum Substrat im umhüllenden Rohr.
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In 2 ist
der in der 1 angeführte Schnitt A dargestellt.
Der motorisch betätigte
Schieber (12) ermöglicht
die Unterbrechung des Feststoffzutritts zur Förderschnecke (5) und
dient bei leerem Vorratsbehälter
als Geruchsverschluss.
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In 3 ist
das erfindungsgemäße Rührwerk mit
Einbringsystem mit einer seitlichen Erweiterung des Vorratsbehälters (17)
dargestellt. Diese Erweiterung ist beispielsweise über Hydraulikzylinder (21)
kippbar ausgeführt,
um die Zufuhr zum Vorratsbehälter
(9) über
dem trogförmigen
Behälter
(8) sicherzustellen.
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4 zeigt
in einem weiteren Beispiel eine seitliche Erweiterung des Vorratsbehälters mit
einer Förderschnecke
(20) zur Zufuhr der Feststoffe in den eigentlichen Vorratsbehälter (9).
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In 6 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Die gemeinsame Welle (2) ist dabei
nur oberhalb des trogförmigen
Behälters
(8) in einer Lagerkonsole (13) gelagert.
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5 zeigt
in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung den Einbau in einen Fermenter mit Gashaube (14).
Die Antriebskonsole (10) zur Aufnahme des Antriebs (4)
ist mit der Seitenwand des Fermenters (19) verbunden. Der
Schieber (12) zwischen dem trogförmigen Behälter (8) und dem Vorratsbehälter (9)
ist in diesem Beispiel etwa parallel zur Förderschnecke (5) ausgeführt. Der
Vorratsbehälter
kann beispielsweise mit einem Förderband
beschickt werden. Das umhüllende
Rohr (7) der Förderschnecke
(5) endet deutlich unterhalb des Substratspiegels (15),
um das Entweichen von Biogas durch die Förderschnecke (5) zu
verhindern. Die gemeinsame Welle (2) ist in der mit der
Behältersohle
(22) verbundenen Bodenlagerkonsole (3) gelagert.
Der obere Mischpropeller (6) ist drehfest mit der gemeinsamen
Welle verbunden und ist der Förderschnecke
(5) nachgeordnet und verteilt die eingetragenen Feststoffe
im Fermenter.
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Der
im Beispiel dargestellte zweite Mischpropeller (16) ist
ebenfalls drehfest mit der gemeinsamen Welle verbunden und verstärkt die
Strömung
im Fermenter.
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Alle
in der Beschreibung, den Ansprüchen und
den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination zueinander erfindungswesentlich
sein.
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- 1
- Behälterwand
bzw. Behälterdecke
- 2
- Rührwelle
- 3
- Bodenlagerkonsole
- 4
- Antrieb
- 5
- Förderschnecke
- 6
- Mischpropeller
- 7
- Umhüllendes
Rohr
- 8
- Trogförmiger Behälter
- 9
- Vorratsbehälter
- 10
- Antriebskonsole
- 11
- Kupplung
- 12
- Schieber
- 13
- Lagerkonsole
- 14
- Gashaube
- 15
- Substratspiegel
- 16
- Zusätzlicher
Mischpropeller
- 17
- Vorratsbehälter mit
seitlicher Erweiterung
- 18
- Hydraulikzylinder
für kippbare
Ausführung
- 19
- Seitenwand
des Fermenters
- 20
- Transportschnecke
- 21
- Hydraulikzylinder
- 22
- Behältersohle