-
Die Erfindung betrifft einen Faulbehälter zur Erzeugung von Biogas, mit einem Behältertopf zur Aufnahme von Biomasse und einer Abdeckung aus einer Folienhaube.
-
In einer Biogasanlage wird in einem oder mehreren Faulbehältern ein brennbares Faulgas durch anaerobe Vergärung eines Gärsubstrats aus landwirtschaftlicher Biomasse erzeugt, z. B. aus Mais- und Grassilage bzw. organischen Abfällen wie Gülle und Kompost. Das Faulgas kann in einem angeschlossenen Blockheizkraftwerk in elektrische Energie und Wärmeenergie umgesetzt werden. Hierzu werden die meist regelmäßig in großen Mengen anfallenden Biomassen in tankförmigen Anlagen, z. B. Güllesilos, gesammelt und anschließend in geschlossenen Faulbehältern vergoren und dabei das so genannte Biogas erzeugt. Dabei muss ein solcher Faulbehälter zeit- und mengenrichtig mit neuem Gärsubtrat beschickt, und es müssen verbrauchte Behälterfüllungen entleert werden. Weiterhin muss der Vergärungsprozess im Behälterinneren in Gang gesetzt und aufrechterhalten werden. Hierzu sind Faulbehälter mit verschiedenen Aggregaten ausgestattet.
-
Ein wichtiges Aggregat dieser Art ist ein Rührwerk, welcher mit einem bevorzugt elektrischen Antrieb angetrieben wird. Hiermit kann Füllung aus Biomasse in einem Faulbehälter homogenisiert und durchmischt werden. Hierzu sind Rückwerke in unterschiedlichen Typen und Ausführungen bekannt.
-
So ist ein erster Typ von Rührwerken so ausgeführt, dass dieser komplett im Inneren eines Faulbehälters platziert werden kann. Bei einer ersten Ausführung dieses Typs, z. B. als ein Tauchmotorrührwerk, ist das Rührwerk komplett mit Antrieb und Getriebe in der Masse des Gärsubstrats versenkt. Bei einer zweiten Ausführung dieses Typs sind nur die Rührelemente des Rührwerks in das Gärsubstrat eingetaucht, während sich die Antriebs- und Getriebeeinheit im Inneren des Faulbehälters oberhalb des maximalen Flüssigkeitspegels des Gärsubstrats und damit im Gasspeicherraum befinden. Derartige Rührwerke können zwar kompakt aufgebaut werden. Jedoch sind insbesondere deren Antriebs- und Getriebeeinheiten im Inneren eines Faulbehälters Korrosionen ausgesetzt sein, z. B. durch organische Inhaltsstoffe, welche z. B. eine bakterielle anaerobe Korrosion hervorrufen können, durch anorganische Chemikalien und durch Temperatureinwirkung. Zudem machen Reparaturen und Servicearbeiten an deren Antriebs- und Getriebeeinheiten eine Öffnung des Faulbehälters und eine Entnahme dieser Komponenten erforderlich.
-
Bei einem zweiten Typ von Rührwerken sind die Rührelemente bzw. die Antriebs- und Getriebeeinheit getrennt voneinander innerhalb bzw. außerhalb des Faulbehälters platziert und über eine Welle miteinander verbunden. Dabei sind zwar die Antriebs- und Getriebeeinheit von außen leicht zugänglich. Dennoch treten Anordnungsprobleme besonders dann auf, wenn der Faulbehälter einen mit einer Folienhaube abgedeckten Behältertopf aufweist. In einem solchen Fall kann zwar die Antriebs- und Getriebeeinheit auf einer in der Regel vertikalen äußeren Mantelseite des Behältertopfes montiert und über eine Durchführung mit den innen liegenden Rührelementen verbunden sein.
-
Die davon angetriebenen Rührelemente im Inneren eines Faulbehälters weisen dann z. B. eine horizontale Rotationsachse auf. Die Durchmischungswirkung einer solchen Anordnung ist jedoch eingeschränkt, und es besteht bei einem niedrigen Füllstand an Gärsubstrat im Inneren des Behältertopfes die Gefahr, dass die Rührelemente leer laufen. Dies kann zwar durch eine vertikale Anordnung der Rotationsachse vermieden werden. Jedoch muss hierzu ein wiederum im Inneren des Faulbehälters befindliches Umlenkgetriebe zwischen einer horizontalen Antriebsstange der außen liegenden Antriebseinheit und einer vertikalen Rotationsachse für die Rührelemente vorgesehen sein.
-
Ist bei einer weiteren Ausführung der Behältertopf mit einer Folienhaube vollständig überspannt, die als ein erweiterter Gasspeicherraum mit variablem Volumen dient, so steht die Oberseite des Faulbehälters nicht zur Platzierung von technischen Aggregaten zur Verfügung, z. B. einem außenliegenden Antrieb für ein vertikales Rührwerk. Andernfalls musste bislang die Ausdehnung der Folienhaube und damit das Volumen des verfügbaren variablen Gasspeicherraumes erheblich eingeschränkt, und somit auf eine vollständige Überdeckung der Oberseite des Behältertopfes verzichtet werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Faulbehälter, welcher einen mit einer Folienhaube abgedeckten Behältertopf zur Aufnahme von Biomasse aufweist, so weiterzubilden, dass ein Rührwerk mit außenliegendem Antrieb vertikal im Behältertopf angeordnet werden kann.
-
Die Aufgabe wird gelöst mit dem in Anspruch 1 angegebenen Faulbehälter. Vorteilhafte, weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Ausführung des Faulbehälters, der einen mit einer Folienhaube gasdicht abgedeckten Behältertopf aufweist, bietet den besonderen Vorteil, dass ein Rührwerk mit einer vertikalen Anordnung der Rührelemente an einer Stelle im Inneren des Behältertopfes angeordnet werden kann, die eine optimale Rührwirkung auf eine Füllung mit gülleartiger Biomasse ermöglicht. Weiterhin können auch bei Faulbehältern mit Folienhauben vertikale Rückwerke eingesetzt werden, womit eine schonende Homogenisierung eines Gärsubstrats unter Aufrechterhaltung der für den mikrobiologischen Abbauprozess erforderlichen Schichtung im Inneren der Substratfüllung erreicht werden kann. Weiterhin ist der Antrieb des Rührwerks an einer leicht zugänglichen Stelle außerhalb des Gasraumes auf der Außenseite der Folienhaube platziert, d. h. quasi auf dem Dach des Faulbehälters. Service- und Reparaturmaßnahmen können somit jederzeit vollständig außerhalb des Gasraumes und ohne Störung der biologischen Prozesse im Inneren des Faulbehälters durchgeführt werden.
-
Ein besonderer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass das innen liegende, oberhalb des maximalen Füllstandes an Biomasse verlaufende Tragwerk statisch und konstruktiv einfach ausgeführt werden kann. Dieses hat die Aufgabe eine Montage- und Zugangsebene für das vertikale Rührwerk und dessen außen liegender Antriebselemente bereitzustellen, muss aber nicht gasdicht sein bzw. einem Gasdruck standhalten. Vorteilhaft ist das Tragwerk in Form von bevorzugt horizontal verlaufenden Verstrebungen ausgeführt. Andererseits ist es nicht ausgeschlossen, dass die Verstrebungen auch eine Art Dachstuhl bilden, z. B. für ein Rund-, Spitz- oder Pultdach.
-
Die Verstrebungen können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. aus Stahlrohren, Winkeleisen, Stahl- bzw. Betonträgern. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Verstrebungen des Tragwerks in Form einer Balkendecke gestaltet. Diese kann sternförmig und bevorzugt horizontal angeordnete Holzbalken aufweisen, welche auf dem Rand des Behältertopfes und auf einer zentralen Mittelstütze aufgelegt sind. Zudem kann die Balkendecke mit einem Boden, z. B. Bretterboden, und einer Abdeckung, z. B. einer Wärmeisolierung aus Vliesstoff, belegt sein.
-
Auf Grund der Erfindung ist keine aufwendige Abdeckung des Behältertopfes etwa in Form einer geschlossenen, gasdichten Stahlbetondecke erforderlich. Die erfindungsgemäße Ausführung aus einem Tragwerk mit einer gasdicht überspannenden Folienhaube eignet sich somit auch besonders zum nachträglichen Einbau in bereits vorhandene, offene Faulbehälter. Behälter dieser Art können, z. B. zur Einhaltung von emissionstechnischen Bestimmungen, nachträglich mit überschaubarem Aufwand gasdicht verschlossen und zugleich mit einem wirkungsvollen vertikalen Rührwerk und servicefreundlich außen liegendem Antrieb ausgestattet werden.
-
Je nach Anforderung und den jeweils vorliegenden bautechnischen Gegebenheiten kann die Folienhaube so ausgeführt werden, dass diese entweder aus einem dehnbaren Material besteht, aufblasbar ist und auf diese Weise einen zusätzlichen Gasspeicherraum zur Verfügung stellt, oder in der Art eines Flachdaches das Tragwerk überspannt und fest darauf gehalten ist.
-
Ist die Folienhaube aufblasbar und als erweiterter Gasspeicherraum ausgebildet, so weist diese eine trichterförmige Einschnürungsmulde auf, welche bis auf das Tragwerk hinuntergezogen und gasdicht über Klemmmittel gehalten ist. In diesem Fall ist das Rührwerk so im Behältertopf platziert, dass im Bereich der trichterförmigen Einschnürungsmulde die Welle des Rührwerks durch Tragwerk und Folienhaube geführt und der Antrieb für die Welle angeordnet sind. Bei der anderen Ausführung ist die Folie, z. B. aus sicherheitstechnischen Gründen, unmittelbar auf dem Tragwerk aufgelegt und mittels einer Beschwerung gehalten, z. B. mit einem darauf liegenden Kiesbett.
-
Bei der Ausführung der Erfindung mit einer aufblasbaren, einen zusätzlichen Gasspeicherraum bereit stellenden Folienhaube stellt das Tragwerk auch eine Art Auffangebene für die Folienhaube bereit, falls der Innendruck des Biogases stark abgenommen hat und die Gefahr eines zu starken Einsinkens der dann nicht gespannten Folienhaube in das Innere des Behältertopfes bestehen sollte. Diese Ausführung bietet den weiteren Vorteil, dass trotz der außen liegenden Platzierung des Antriebs eines vertikalen Rührwerks in der trichterförmigen Einschnürungsmulde der verfügbare variable Gasspeicherraum unterhalb der Folienhaube so wenig wie möglich eingeschränkt wird.
-
Weiterhin kann der Montageort des vertikalen Rührwerks abhängig von Größe, Form des Behältertopfes und Lage der Ein- und Auslässe für Biomasse anlagenabhängig ausgewählt werden, um eine schonende Durchmischung einer Charge an Biomasse bei optimalen Strömungsverhältnisse zu erreichen. Zudem ist diese Ausführung besonders für einen Faulbehälter geeignet, dessen Behältertopf einen großen Durchmesser aufweist. Auch diese Ausführung bietet im Falle einer Reparatur eine einfache Zugänglichkeit des außenliegenden Rührwerksantriebs in der trichterförmigen Einschnürungsmulde der Folienhaube. Hierzu ist lediglich die Füllung der Folienhaube durch Ablassen von Biogas so zu reduzieren, dass die Folienhaube von oben begehbar wird.
-
Zwei beispielhafte, gemäß der Erfindung ausgeführte Faulbehälter werden nachfolgend an Hand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 eine seitliche Schnittdarstellung durch eine erste beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäß ausgeführten Faulbehälters,
-
2 eine Draufsicht auf den Faulbehälter von 1, und
-
3 ein schichtenartiges, horizontales Schnittmodell durch eine zweite beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäß ausgeführten Faulbehälters in einer Draufsicht.
-
In den 1 und 2 ist ein Beispiel für eine erste Ausführung eines Faulbehälters G1 gemäß der Erfindung in einer seitlichen Schnittdarstellung und in einer Draufsicht gezeigt. Dabei weist der Faulbehälter G1 einen Behältertopf 1 mit einem Boden 11, insbesondere einer Bodenplatte aus Stahlbeton, und einer bevorzugt zylindrisch umlaufenden Behälterwand 12 auf, welche vorteilhaft ebenfalls aus Stahlbeton gefertigt sein kann. Der hiervon im Behälterinnenraum 13 umfasste Hauptraum 13a kann zur Bildung von Biogas mit einer gülleartigen, zu vergärenden Biomasse 14 befüllt werden. Eine mögliche maximale Befüllung ist in 1 durch einen oberen Flüssigkeitspegel 14a in einer strichpunktierten Linie symbolisiert.
-
Im Behältertopf 1 ist erfindungsgemäß eine Tragwerk 22 eingebaut, welches oberhalb des maximalen Füllstandes 14a der Biomasse 14 verläuft. Bei der dargestellten Ausführung besteht dieses vorteilhaft aus einer Verstrebung 22a in Form einer beispielhaften Balkendecke mit einer Vielzahl von horizontal angeordneten Holzbalken. Als ein Bestandteil der Behältereinbauten 2 ruht das Tragwerk 22 auf einer Mittelstütze 21 und ist auf dem umlaufenden oberen Rand der Behälterwand 12 abgestützt. Da das Tragwerk keine abdichtende Funktion hat, kann das Faulgas durch Vergärung der Biomasse 14 im Hauptraum 13a gebildete durchdringen und bis unter eine Folienhaube 31 gelangen. Diese dient zur gasdichten Abdeckung des Behältertopfes 1 und ist im Beispiel der 1 und 2 als ein erweiterter Gasspeicherraum 13b mit variablem Volumen ausgeführt, und besteht aus einem reißfesten, gasdichten, dehnbaren Material.
-
Erfindungsgemäß ist ein Rührwerk 23 mit einer senkrecht stehenden Drehwelle 23a und einer Vielzahl von daran befindlichen Rührelementen 23d, insbesondere Paddeln, vertikal im Behältertopf 1 angeordnet. Dabei ruht das untere Ende der Drehwelle 23a über ein Bodenlager 23b auf der Innenseite der Bodenplatte 11, während das obere Ende über ein Lager 23c durch die Decke 22 und über eine Durchtrittsöffnung 31c der Folienhaube 31 bis auf deren Außenseite 31d geführt ist. Erfindungsgemäß wird der dortige Raum durch eine trichterförmige Einschnürungsmulde 31a in der Folienhaube 31 bereitgestellt. Hierzu ist die Folienhaube 31 in diesem Bereich bis auf die Außenseite des Tagwerks 22 hinuntergezogen und dort gasdicht über Klemmmittel 33 gehalten. Wie im Schnitt der 1 gezeigt, sind der reifenförmig Rand der Folienhaube 31 über umlaufende Randhalterungen 32 gasdicht mit der Oberkante der Behälterwand 12 verbunden. Die Folienhaube stellen somit bei dieser Ausführung einen zusätzlichen Gasspeicherraum 13b zur Verfügung, der bei ausreichendem Gasdruck aufgebläht wird.
-
Die vorteilhafte Ausführung gemäß der 1 und 2 bietet den Vorteil, dass das Rührwerk 23 sowohl senkrecht stehend an einer bezüglich der gewünschten Homogenisierungswirkung vorteilhaften Stelle im Behältertopf 1 angeordnet sein kann, als auch das obere Ende der Welle 23a im Bereich einer trichterförmigen Einschnürungsmulde 31a in der Folienhaube 31 durch das Tragwerk 22 und die Folienhaube 31 geführt ist. Ein Antrieb 34 für die Welle 23a des Rührwerks 23, der z. B. einen Motor 34b und ein Übersetzungsgetriebe 34a umfasst, ist somit leicht zugänglich außerhalb der Folienhaube 31 in der trichterförmigen Einschnürungsmulde 31a auf der Decke 22 angeordnet. Zur besseren Halterung und zum Verschluss einer möglicherweise darunter in der Decke befindlichen Öffnung können die Klemmmittel 33 als entnehmbaren Deckel mit Klemmprofil ausgeführt sein.
-
2 zeigt diese Ausführung in einer Draufsicht. Dabei ist in einer strichlierten Kreislinie eine Art Höhenlinie 31b eingezeichnet, die den Übergang von den äußeren, ansteigenden Oberflächenbereichen der Folienhaube 31 zu den herunter gezogenen Bereichen im Inneren der trichterförmigen Einschnürungsmulde 31a symbolisiert. Weiterhin symbolisiert eine strichlierte Gerade I die Schnittlinie der Schnittdarstellung von 1.
-
Die trichterförmige Einschnürungsmulde 31a bzw. das vertikale Rührwerk 23 sind im Beispiel der 1 und 2 vorteilhaft exzentrisch auf dem Tragwerk 22 bzw. im Behälterinnenraum 13 platziert. Dies hat einerseits den Vorteil, dass der konstruktive Aufbau der Behältereinbauten 2, insbesondere eine statisch günstige zentrale Anordnung der Mittelstütze 21 und die Ausführung und Auflage der Verstrebung 22a nicht beeinträchtigt wird. Andererseits kann eine wirkungsoptimale und von den Abmessungen des Faulbehälters G abhängige Einbaulage für das vertikale Rührwerk 23 ausgewählt werden.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften, im Beispiel der 1 bereits dargestellten Ausführung ist das Tragwerk 22 als eine Balkendecke 22a gestaltet. Diese besteht vorteilhaft aus sternförmig und horizontal angeordneten Holzbalken, die einerseits auf der Mittelstütze 21 und andererseits auf dem Rand der Behälterwand 12 aufgelegt sind. Ein solcher, im Gasraum des Faulbehälters G befindlicher Aufbau ist völlig ausreichend, um eine Ebene bereitzustellen, die sowohl zur Halterung des Rührwerks 23 als auch zur Abstützung einer mangels Gasdruck eingesunkenen Folienhaube 31 dient. Vorteilhaft können die Balken der Verstrebung 22a auch mit einem Bretterboden 22b versehen werden, um eine Begehbarkeit im Falle der Durchführung von Reparaturmaßnahmen zu erleichtern. Schließlich können noch Abdeckungen vorhanden sein, z. B. eine Wärmeisolierung aus einem Vliesstoff.
-
In 3 ist eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Faulbehälters G2 als ein schichtenartiges Schnittmodell in einer Draufsicht gezeigt. Dabei ist die Folienhaube 41 direkt auf die Oberseite des Tragwerks 22 aufgelegt, insbesondere auf einer Lage aus einem Bretterboden 22b und einer Abdeckung 22c, dort gehalten. Im Beispiel der 3 ist eine Kiesschüttung 42 auf der Außenseite 41a zur Beschwerung der Folienhaube 41 vorhanden.
-
Bei dieser Ausführung stellen die Behälteraufbauten 4 keinen zusätzlichen Gasspeicherraum bereit. Vielmehr ist die Folienhaube 41 so fest aufgelegt, dass die Glocke aus Biogas über dem Flüssigkeitspegel 14a dennoch einen Gasdruck aufbauen kann. Eine solche Ausführung der Erfindung wird z. B. dann benötigt, wenn etwa auf Grund einer zu befürchtenden Windlast bzw. der Gefahr von Beschädigungen der Folienhaube durch in unmittelbarer Nähe befindliche andere Einrichtungen, z. B. einen Kran, ein Aufblasen der Folienhaube durch brennbares Biogas aus Sicherheitsgründen nicht zugelassen werden kann. In diesem Fall sind die Klemmmittel 43 zur Halterung des Rührwerks 34 unterhalb der Folienhaube 41 direkt auf dem Tragwerk angebracht und weisen besonders einen Deckel mit Klemmprofil auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- G1
- Faulbehälter mit aufblasbarer Folienhaube als Gasspeicherraum
- 1
- Behältertopf, bevorzugt aus Stahlbeton
- 11
- Boden, insbesondere Bodenplatte aus Stahlbeton
- 12
- Behälterwand, bevorzugt zylindrisch aus Stahlbeton
- 13
- Behälterinnenraum
- 13a
- Hauptraum im Behältertopf zur Aufnahme der zu vergärenden Biomasse mit Gasglocke
- 13b
- erweiterter Gasspeicherraum mit variablem Volumen
- 14
- Befüllung Biomasse
- 14a
- oberer Flüssigkeitspegel
- 2
- Behältereinbauten
- 21
- Mittelstütze
- 22
- Tragwerk, insbesondere mit horizontaler Oberfläche
- 22a
- Verstrebung, besonders sternförmig angeordnete und auf der Mittelstütze aufgelegte Holzbalken
- 22b
- Bretterboden
- 22c
- Abdeckung, besonders Wärmeisolierung mit Vliesstoff
- 23
- Rührwerk, vertikal
- 23a
- Welle, senkrecht stehend mit Rührelementen
- 23b
- Bodenlager auf Bodenplatte
- 23c
- Lager und Durchführung durch Balkendecke, Deckel
- 23d
- Rührelemente, insbesondere Paddel
- 3
- Behälteraufbauten
- 31
- Folienhaube aus reißfestem, gasdichtem, dehnbaren Material
- 31a
- trichterförmige Einschnürungsmulde
- 31b
- Höhenlinie
- 31c
- Durchtrittsöffnung für die Welle des Rührwerks
- 31d
- Außenseite
- 32
- Randhalterung der Folienhaube, umlaufend
- 33
- Klemmmittel im Einschnürungsbereich zur Befestigung der Folienhaubeauf Tragwerk, insbesondere Deckel mit Klemmprofil
- 34
- Antrieb für Rührwerk
- 34a
- Getriebe
- 34b
- Motor
- G2
- Faulbehälter mit einer auf dem Tragwerk gehaltenen Folienhaube
- 4
- Behälteraufbauten
- 41
- Folienhaube aus reißfestem, gasdichtem Material
- 41d
- Außenseite
- 42
- Beschwerung der Folienhaube, z. B. Kiesbett
- 43
- Klemmmittel auf Tragwerk unterhalb der Folienhaube, insbesondere Deckel mit Klemmprofil
