DE202010011968U1

DE202010011968U1 - Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten

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Publication number: DE202010011968U1
Application number: DE202010011968U
Authority: DE
Original assignee: AVA - ANHALTINISCHE VERFAHRENS- und ANLAGENTECHNIK GmbH; AVA ANHALTINISCHE VERFAHRENS und ANLAGENTECHNIK GmbH
Current assignee: AVA - ANHALTINISCHE VERFAHRENS- und ANLAGENTECHNIK GmbH; AVA ANHALTINISCHE VERFAHRENS und ANLAGENTECHNIK GmbH
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2020-08-31

Abstract

Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen,
1.1. eine Wirbelkammer (3) zur Fluidisation der zu trocknenden und funktionalisierenden festen Gärreste (2) aufweisend,
1.2. eine Anströmkammer (4) zur Gasverteilung für die Anströmeinrichtung (5) aufweisend,
1.3. eine die Wirbelkammer (3) von der Anströmkammer (4) trennende Anströmeinrichtung (5) zur gerichteten Gaszufuhr für die Wirbelkammer (3) aufweisend,
1.4. eine oder mehrere mit der Anströmkammer (4) verbundene Gaszufuhrleitungen (11) aufweisend,
1.5. eine oder mehrere mit der Wirbelkammer (3) verbundene Abgasleitungen (12) aufweisend,
1.6. eine oder mehrere Düsen (7) zur Einbringung flüssiger Gärreste und/oder zur Funktionalisierung erforderlicher Flüssigkeiten aufweisend,
1.7. ein oder mehrere Zufuhrschleusensysteme (8) zur Einbringung feuchter fester Gärreste und/oder zur Funktionalisierung erforderlicher Feststoffe aufweisend,
1.8. ein oder mehrere Austragschleusensysteme (9) zum Austrag getrockneter und/oder funktionalisierter Gärreste aufweisend.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen im Nassfermentationsbetrieb.
Bei der nassen Fermentation in landwirtschaftlichen Biogasanlagen liegen die Gärreste am Ausgang des Fermenters in flüssiger, pumpfähiger Form vor. Diese Gärreste werden daher auch häufig als Biogasgülle bezeichnet. In der Verwertbarkeit dieser Restmasse liegt neben der Strom- und Wärmeerzeugung der große Vorteil von Biogasanlagen. Die Gärreste stellen einen sehr wertvollen Dünger dar, da sie einen hohen Nährstoffgehalt besitzen und insbesondere Phosphor, Kalium, Magnesium und Calcium aufweisen und der Stickstoff in den Gärresten in Form von gut verwertbarem Ammoniak vorliegt. Studien zeigen, dass durch Düngung mit Gärrestrückständen vergleichbar hohe Erträge erzielt werden können wie mit mineralischen Düngemitteln. Derzeit werden die ausgefaulten Gärreste in der Regel unbehandelt als Flüssigdünger unmittelbar in der Nähe der Biogasanlage befindlichen Landwirtschaft verarbeitet. Der Grund für eine ausschließlich lokale Verwertung von Gärresten liegt im hohen Flüssigkeitsanteil sowie den damit verbundenen großen Volumina und hohen Transport- und Lagerkosten begründet. Gärreste von landwirtschaftlichen Biogasanlagen bestehen zu ca. 90–95% aus Flüssigkeit und zu ca. 5–10% aus Feststoff. Ein lagerfähiger Trockendünger darf biologisch begründet nicht mehr als 40–50% Feuchtegehalt besitzen. Bei einer landwirtschaftlichen Biogasanlage mit einer elektrischen Leistung von 1 MW fallen täglich ca. 40 t Gärreste an, die bei entsprechender Trocknung auf täglich ca. 5 t haltbaren, lagerfähigen Trockendünger reduziert werden können.
In DE 10 2007 005 786 A1 wird bereits ein Verfahren zur Trocknung von Gärresten in einem Rotationstrockner beschrieben. Auffällig nachteilig ist, dass die Erfindung im Rotationstrockner, oder auch Mischtrockner genannt, mit einem oder mehreren elektrisch angetriebenen rotierenden Umsetzern arbeiten muss, um Schichtungen der Gärreste im Trockner zu vermeiden. Rotierende Einbauten zur Feststoffdurchmischung in Behältern bedürfen bei Ausnutzung des Behältervolumens mit Feststoff und einer gewünschten guten Dispersion des Feststoffes erhebliche zusätzliche elektrische Energie. Zudem wird die Erfindung auf die Trocknung von Gärresten nach der Fest-Flüssigtrennung eingeschränkt. Das heißt, es lassen sich mit dem beschriebenen Verfahren nur jene aus einer mechanischen Vorseparierung kommenden groben festen Gärrestbestandteile trocknen. Der große Teil flüssiger Gärreste mit noch vorhandenen, suspendierten, nährstoffreichen, sehr feinen Schwebstoffen liegt weiterhin als flüssige Phase vor und muss kostenintensiv gelagert/transportiert oder in unmittelbarer Nähe der Biogasanlage landwirtschaftlich verwertet werden.
DE 10 2005 048 116 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Düngemittelformkörpern. Auch hier ist eine Trocknung des Feststoffanteils einer mechanischen Trennung der Gärreste in Feststoff- und Flüssigkeitsanteil nachgelagert. Die Lösung verweist bereits darauf, dass eine zusätzliche Erhöhung des Nährstoffgehaltes je nach Gärresten erforderlich sein könnte. Diese Erhöhung soll durch Zumischung von festem, üblich konzentriertem Dünger zu den bereits getrockneten Gärresten erfolgen. Offensichtlich nachteilig ist hier der zusätzliche apparative Aufwand in Form eines notwendigen Feststoffmischers einschließlich benötigter elektrischer Energie.
Der Fachwelt allgemein bekannt und zum Stand der Technik zählen sogenannte Bandtrockner. Hier durchläuft das zu trocknende Gut, also die vorseparierten, festen und noch feuchten Gärrestbestandteile, den Trockner auf einer Art Förderband. Die verhältnismäßig schlechten Wärme- und Stoffübergänge aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft in Bandtrocknern führen zu längeren Trocknungszeiten und somit zu größeren Verweilzeiten und größeren Apparatedimensionen des Trockners.
Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen zu entwickeln, mit der sowohl kurze Trocknungszeiten, geringere apparative Abmessungen und die Möglichkeit der Trocknung fester und flüssiger Gärreste in einem Apparat zeitgleich realisiert werden kann. Außerdem soll die Möglichkeit einer Funktionalisierung z. B. in Form einer Erhöhung des Nährstoffgehaltes der Gärreste durch Einbringung üblichen Düngers in fester oder flüssiger Form bestehen und eine gleichmäßige Trockendüngerqualität gewährleistet werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches. Weitere Unteransprüche zielen auf besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen.
Das Wesen der Erfindung besteht dabei darin, mit einer gerichteten Strömungsführung (1) des Trocknungsgases (10) die festen zu trocknenden und/oder zu funktionalisierenden Gärreste (2) einerseits in einem fluidisierten flüssigkeitsähnlichen Zustand zu versetzen und anderseits die zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung erforderliche Wärmeenergie einzutragen.
Die Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen besitzt vorteilhalft eine Wirbelkammer (3), die in ihrer Größe an die Gärrestdurchsätze angepasst ist. Der Trocknungsgasstrom (10) wird über eine Anströmkammer (4) und die Wirbelkammer (3) von der Anströmkammer (4) trennende Anströmeinrichtung (5) mit einer definierten Strömungsgeschwindigkeit der Wirbelkammer (3) zugeführt. Das Strömungsverhalten des Trocknungsgasstroms (10) kann innerhalb der Wirbelkammer (3) mit dem Modell der idealen Pfropfenströmung und das der festen fluidisierten Gärreste (2) mit dem Modell des idealen Rührkessels beschrieben werden. Die bei der Fluidisierung der festen Gärreste (2) in der Wirbelkammer (3) auftretenden hohen Luftgeschwindigkeiten und den damit verbundenen sehr guten Wärme- und Stoffübergängen führen zu hohen Trocknungsraten und geringen apparativen Abmessungen. Die in der Wirbelkammer (3) positionierte Düse (7) ermöglicht die Einbringung und Verdüsung flüssiger Gärreste (6) in oder auf die festen fluidisierten Gärreste (2). Mittels der Düse (7) können bei Bedarf neben den zu trocknenden flüssigen Gärresten (6) auch noch z. B. nährstoffergänzende Stoffe den festen fluidisierten Gärresten (2) zugeführt werden. Das definierte Öffnungsverhältnis der Anströmeinrichtung (5) und die Trocknungsgasmenge sorgen für eine sehr gute Durchmischung der festen fluidisierten Gärresten (2) und damit für eine gleichmäßige Anreicherung des über die Flüssigkeitsverdüsung (7) eingebrachten Feststoffanteils. Diese durch die Anströmeinrichtung (5) und Wirbelkammer (3) hervorgerufene Feststoffströmung führt zu einer sehr homogenen Produktqualität. Durch die Wahl und Positionierung der Düse (7) in Abhängigkeit von der Wirbelkammergeometrie wird ein Bereich in der Wirbelkammer (3) zur Flüssigkeitseinbringung und der unbedüste Bereich zur Trocknung der festen, fluidisierten Gärreste (2) genutzt. Die festen zu trocknenden Gärreste (2) werden kontinuierlich der Wirbelkammer (3) über ein Schleusensystem (8) zu- und über ein weiteres Schleusensystem (9) kontinuierlich abgeführt. Über das Zufuhrschleusensystem (8) lassen sich neben den festen feuchten Gärresten weitere Stoffe der Wirbelkammer (3) zuführen und in der Wirbelkammer (3) durch eine Art Rührkesselbewegung des Feststoffs sehr gut mit den Gärresten mischen. Das Trocknungsgas (10) wird über Abgassysteme (12) der Wirbelkammer (3) entnommen und kann über das Filtersystem an die Umgebung abgeleitet werden.
Auf diese Weise werden durch die erfinderische Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen das Trocknungspotential des Trocknungsgases (10) optimal ausgenutzt und gleichzeitig eine Trocknung und Funktionalisierung fester feuchter und flüssiger Gärreste in einem Apparat und ohne zusätzliche, rotierende, elektrisch angetriebene mechanische Einbauten ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007005786 A1 [0003]
- DE 102005048116 A1 [0004]

Claims

Einrichtung zur kontinuierlichen Trocknung und Funktionalisierung von Gärresten landwirtschaftlicher Biogasanlagen, 1.1. eine Wirbelkammer (3) zur Fluidisation der zu trocknenden und funktionalisierenden festen Gärreste (2) aufweisend, 1.2. eine Anströmkammer (4) zur Gasverteilung für die Anströmeinrichtung (5) aufweisend, 1.3. eine die Wirbelkammer (3) von der Anströmkammer (4) trennende Anströmeinrichtung (5) zur gerichteten Gaszufuhr für die Wirbelkammer (3) aufweisend, 1.4. eine oder mehrere mit der Anströmkammer (4) verbundene Gaszufuhrleitungen (11) aufweisend, 1.5. eine oder mehrere mit der Wirbelkammer (3) verbundene Abgasleitungen (12) aufweisend, 1.6. eine oder mehrere Düsen (7) zur Einbringung flüssiger Gärreste und/oder zur Funktionalisierung erforderlicher Flüssigkeiten aufweisend, 1.7. ein oder mehrere Zufuhrschleusensysteme (8) zur Einbringung feuchter fester Gärreste und/oder zur Funktionalisierung erforderlicher Feststoffe aufweisend, 1.8. ein oder mehrere Austragschleusensysteme (9) zum Austrag getrockneter und/oder funktionalisierter Gärreste aufweisend.
Einrichtung nach Anspruch 1, 2.1. bei der die Wirbelkammer (3) ein oder mehrere Wehre (13) zur Lenkung der Feststoffströmung aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, 3.1. bei der die Wirbelkammer (3) oberhalb der Fluidisationszone eine Querschnittserweiterung (14) zur Reduzierung der Gasgeschwindigkeit und damit zur Reduzierung von Feststoffaustrag aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, 4.1. bei der die Anströmkammer (4) zwei oder mehrere Kammern (15) für eine Trennung der Gasbelastung der Anströmeinrichtung (5) aufweist und die Gaszufuhr der einzelnen Kammern über Stellarmaturen (17) in den Gaszufuhrleitungen (16) regulierbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, 5.1. bei der das Öffnungsverhältnis die Anströmeinrichtung (5) fest oder variabel einstellbar ist.