DE3233367A1

DE3233367A1 - Vorrichtung zur biogas-erzeugung

Info

Publication number: DE3233367A1
Application number: DE19823233367
Authority: DE
Inventors: Josef 8360 Deggendorf Probst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-08
Filing date: 1982-09-08
Publication date: 1984-04-12

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas aus organischem Substrat mit einer dieses aufnehmenden, eine waagrechte Achse aufweisenden Reaktortrommel mit Rührwerk, die eine Zuführeinrichtung für das frische Substrat und eine Abführeinrichtung für das ausgefaulte Substrat, eine Entnahmeeinrichtung für das erzeugte Biogas sowie eine Heizung zur Zuführung der Prozeßwärme aufweist, wobei fur die Zuführung des frischen Substrates ein mit einem Einfüllbehälter an einer ersten Stirnwand der Reaktortrommel verbundenes Zuführrohr die Reaktortrommel koaxial bis nahe an die gegenüberliegende, zweite Stirnwand durchquert, wo sein Auslauf in die Reaktortrommel mündet, um das Zuführrohr herum eine der Länge der Reaktortrommel entsprechende Förderschnecke angeordnet ist, deren Abgabeseite an der ersten Stirnwand zu einem Abgaberohr führt, und die Wand der Reaktortrommel mit der Heizung zur Zuführung der Prozeßwärme ausgerüstet ist.
Eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand der Patentanmeldung P 32 26 698.7. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß diese Vorrichtung hinsichtlich des Antriebs und der Aufnahme der beim Betrieb auftretenden Kräfte weiter verbessert und vereinfacht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in der stillstehenden Reaktortrommel drehbare Förderschnecke durch Gleitlager an der zylindrischen Innenwand der Reaktortrommel gelagert ist.
Bei dieser Ausführung kann die nun stillstehende Reaktortrommel auf festen Lagerböcken verankert sein, während der Drehantrieb unmittelbar auf die Förderschnecke übertragen wird. Das vereinfacht nicht nur den Drehantrieb, sondern auch die Verbindung zwischen der Reaktortrommel und der Abführeinrichtung für das ausgefaulte Substrat sowie der Entnahmeeinrichtung für das erzeugte Biogas, da zwischen diesen und der Reaktortrommel nunmehr keine gleitende Abdichtung mehr erforderlich ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß jedes Gleitlager aus einem am Außenumfang der Förderschnecke befestigten Innenring und aus einem an der Innenwand der Reaktortrommel drehbar abgestützten Außenring besteht, der zu seiner axialen Führung mit dem Innenring in Eingriff ist.
Derartige Gleitlager können je nach der Länge der Förderschnekke und der auftretenden Durchbiegung an mehreren Stellen in Längsrichtung der Reaktortrommel vorgesehen sein. Sowohl der Innenring als auch der Außenring bestehen in vorteilhafter Weise aus verschleißfestem und reibungsarmem Kunststoff, wobei der schwimmend an der Innenwand der Reaktortrommel gelagerte Außenring die Leichtgängigkeit der Schneckenrotation nochmals verbessert.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Reaktortrommel in ihrem in Längserstreckung mittleren Bereich einen Drehantrieb für die Förderschnecke trägt. Dieser kann in einer gegen die Reaktortrommel abgedichteten Motorkammer angeordnet sein, aus der die Antriebswelle mit einem daran befestigten Antriebsrad in einen Gasraum an der Oberseite der Reaktortrommel ragt. Das Antriebsrad kann dabei als Ritzel ausgebildet sein und mit einem formschlüssig mit dem Schneckenumfang verbundenen Zahnriemen kämmen.
Bei dieser Anordnung bietet sich die Möglichkeit, sowohl die Motorkammer als auch den Gasraum in einer Einstiegsluke an der Oberseite der Reaktortrommel unterzubringen.
Bei der beschiebenen Anordnung bietet sich die Möglichkeit, aus dem Gasraum ein Entnahmerohr zum Abziehen des erzeugten Biogases herauszuführen.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß aus der ersten Stirnwand der Reaktortrommel das Abgaberohr für das ausgefaulte Substrat herausführt, das über eine Kurzschlußleitung mit der Einlaßseite des Zuführrohres verbunden ist, wobei die Mündung des Zuführrohres in die Kurzschlußleitung ein Verschlußorgan aufweist.
Dieses Verschlußorgan ist durch eine Regeleinrichtung steuerbar, der Meßsonden zum Erfassen der Prozeßdaten im Zuführbereich des frischen Substrates zugeordnet sind.
Wenn bei dieser Ausbildung die Meßsonden feststellen, daß das zugeführte Substrat bereits teilweise oder vollkommen verdorben ist, kann durch die Regeleinrichtung das VerschluDorqan so gesteuert werden, daß dieses Substrat von der Einlaßseite des Zuführrohres sofort in die Kurzschlußleitung und von dieser in das Abgaberohr abgeleitet wird, so daß es nicht in die Reaktortrommel gelangt.
Zur Aufnahme der Restwärme des ausgefaulten Substrates können in die Wand des Abgaberohres Wärmetauschelemente eingebaut sein.
Eine weitere Verbesserung des Prozeßablaufes kann dadurch erreicht werden, daß an der Förderschnecke Mischelemente zum Durchmischen des Substrates in beiden Drehrichtungen der Förderschnecke befestigt sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Stirnwand der Reaktortrommel eine Ersatz-Zuführeinrichtung für das frische Substrat auf. Dadurch ist die öglichkeit gegeben, das frische Substrat an der Seite der Reaktortrommel zuzuführen, die der Abführeinrichtung gegenüberliegt, sofern dies die örtlichen Einbauverhältnisse erfordern.
Reparatur- und Wartungsarbeiten können dadurch erleichtert werden, daß die zweite Stirnwand abnehmbar an der Reaktortrommel befestigt ist.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Reaktortrommel in der Ebene II - II der Figur 1, Figur 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Einzelheit III in Figur 1 und Figur 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Vorsatzbehälters und der Einlaßseite des Zuführrohres der Reaktortrommel.
Die feststehende Reaktortrommel 10 ist mit ihrem zylindrischen Hauptteil 12 auf ortsfesten Lagerböcken 22 abgestützt, die an einem Fundament 24 verankert sind. Die Achse 16 der Reaktortrommel 10 verläuft dabei im wesentlichen waagrecht.
Die Reaktortrommel 10 ist durch eine erste Stirnwand 26 und durch eine gegenüberliegende, zweite Stirnwand 28 abgeschlossen. Wie vor allem Figur 4 zeigt, ist in die erste Stirnwand 26 eine zentrische Uffnung eingearbeitet, durch die hindurch ein Zuführrohr 50 in die Reaktortrommel 10 geführt ist und diese koaxial bis nahe an die gegenüberliegende, zweite Stirnwand 28 durchläuft, wo sein Auslauf 52 in die Reaktortrommel 10 mündet.
Das aus der Reaktortrommel 10 herausragende Ende des Zuführrohres 50 mündet in einen Vorsatzbehälter 42, der über ein Beschickungsrohr 48 mit frischem Substrat beladen werden kann.
Um das Zuführrohr 50 herum ist eine Förderschnecke 54 angeordnet, die mit dem Zuführrohr 50 fest verbunden ist. Die Förderschnecke 54 weist auf dem größten Teil ihrer Länge -mit Ausnahme der ersten Windungen hinter der ersten Stirnwand 26 - im Kernbereich einen Abstand zum Zuführrohr 50 auf, so daß in Axialric htung gesehen eine etwa kreisförmige Durchtrittsöffnung 56 zwischen der Förderschnecke 54 und dem Zuführrohr 50 frei bleibt. Wie weiterhin Figur 1 zeigt, ist die Durchtrittsöffnung 56 im Längsschnitt durch eine gedachte Kegelfläche begrenzt, deren Kegelspitze in der Nähe der ersten Stirnwand 26 liegt. Das bedeutet, daß die Durchtrittsöffnung 56 in Richtung zur zweiten Stirnwand 28 stetig größer wird. Im Bereich der Durchtrittsöffnung 56 ist die Förderschnecke 54 durch Stabilisationsstege 58 am Zuführrohr 50 befestigt.
Die drehbare Förderschnecke 54 ist in der stillstehenden Reaktortrommel 10 durch Gleitlager 98 gelagert. In Figur 1 sind vier derartiger Gleitlager 98 gezeigt, es können jedoch je nach Trommel größe und auftretenden Betriebskräften mehr oder weniger Gleitlager über die Länge der Förderschnecke 54 verteilt sein.
Wie Figur 3 zeigt, besteht jedes Gleitlager 98 aus einem Innenring 100, der am Außenumfang der Förderschnecke 54 befestigt ist, und aus einem Außenring 102, der an der zylindrischen Innenwand 104 der Reaktortrommel 10 drehbar abgestützt ist.
Aus Gründen der Verschleißfestigkeit und der Gleitreibungseigenschaften ist es günstig, wenn der Innenring 100 aus Polester und der Außenring 102 aus Polyäthylen besteht.
In den Außenring 102 ist eine umlaufende Nut 106 eingearbeitet, in die ein Ringvorsprung 108 des Innenringes 100 eingreift, so daß der schwimmend gelagerte Außenring 102 in Axialrichtung geführt ist.
Die Reaktortrommel 10 weist in ihrem in Längserstreckung mittleren Bereich an der Oberseite eine Einstiegsluke 110 auf. Diese Einstiegsluke 110 ist in eine durch eine Wand 112 gegen die Reaktortrommel 10 abgedichtete Motorkammer 114 und in einen mit dem Trommelinneren verbundenen Gasraum 116 unterteilt.
In der Motorkammer 114 ist der Drehantrieb 86 für die Förderschnecke 54 untergebracht, dessen Antriebswelle 118 mit einem daran befestigten Antriebsritzel 120 in den Gasraum 116 ragt.
Das Antriebsritzel 120 kämmt mit einem Zahnriemen 122, der formschlüssig mit dem Schneckenumfang verbunden ist, beispielsweise über eine feste Verzahnung am Außenumfang der Förderschnecke 54. Der Zahnriemen 122 wird durch eine Spannrolle 124 unter Spannung gehalten.
Aus dem Gasraum 116 führt ein Entnahmerohr 84' zum Abziehen des erzeugten Biogases heraus. Das durch die Gärung des Substrates erzeugte Biogas wird über das Entnahmerohr 84' in einen nicht gezeigten Speicherbehälter abgezogen.
Wie Figur 4 zeigt, ist aus der ersten Stirnwand 26 der Reaktortrommel 10 ein Abgaberohr 38' für das ausgefaulte Substrat herausgeführt. Dieses Abgaberohr 38' ist über eine Kurzschlußleitung 126 mit dem einlaßseitigen, festen Teil 50' des Einlaßrohrstückes verbunden, auf das das in der Reaktortrommel 10 drehbare Teil des Zuführrohres 50 mittels einer Gleitmuffe 128 aufgesteckt ist. An der Mündung des Zuführrohres 50 in die Kurzschlußleitung 126 ist eine Verschlußklappe 130 vorgesehen. Diese Verschlußklappe 130 kann durch eine nicht gezeigte Regeleinrichtung gesteuert werden, welcher Meßsonden 132 und 134 zugeordnet sind, die die Prozeßdaten im Vorsatzbehälter 42 erfassen. Dabei kann die Meßsonde 132 als Temparaturfühler und die Meßsonde 134 zum Messen des pH-Wertes ausgebildet sein.
Weitere Meßsonden 136 und 138 zum Erfassen der Prozeßdaten sind im Bereich der ersten Stirnwand 26 und der zweiten Stirnwand 28 in die Reaktortrommel 10 eingeführt. Mit Hilfe deser Meßsonden kann der als Elektromotor ausgebildete Drehantrieb 86 der Förderschnecke 54 in beiden Drehrichtungen gesteuert werden.
In Figur 4 ist ferner zu erkennen, daß in die Wand des Abgaberohres 38' Wärmetauschelemente 140 zur Aufnahme der Restwärme des ausgefaulten Substrates eingebaut sind. Mit Hilfe dieser Restwärme kann beispielsweise eine Vorwärmung des frischen Substrates im Vorsatzbehälter 42 durchgeführt werden.
Figur 1 zeigt schließlich, daß an der Förderschnecke 54 Mischelemente 142 befestigt sind, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie das Substrat in der Reaktortrommel 10 sowohl bei einer Rechtsdrehung als auch bei einer Linksdrehung der Förderschnecke 54 gut durchmischen.
Die zweite Stirnwand 28 ist, wie in Figur 1 angedeutet, durch eine Flanschverbindung 144 abnehmbar an der Reaktortrommel 10 befestigt. Für den Bedarfsfall weist diese zweite Stirnwand 28 eine Ersatz-Zuführeinrichtung 146 für frisches Substrat auf.
Zum Befüllen der Reaktortrommel 10 mit frischem Substrat, das über das Beschickungsrotir 48 in den Vorsatzbehälter 42 eingefüllt wird, wird die Förderschnecke 54 durch den Elektromotor 86 so in Drehung versetzt, daß die Förderschnecke 54 dabei über die Einlaßseite 50' des Zuführrohres frisches Substrat einzieht. Dabei verschließt die Verschlußklappe 30 normalerweise die Mündung in die Kurzschlußleitung 126.
Falls jedoch die Meßssonden 132, 134 feststellen, daß das eingezogene Substrat bereits verdorben ist, wird Uber die nicht gezeigte Regeleinrichtung die Verschlußklappe 130 so geschwenkt, Haß das Zuführrohr 50 gesperrt ist und das Substrat über die Kurzschlußleitung 126 in das Abgaberohr 38' zurückgeleitet wird.
Das frische Substrat gelangt über das Zuführrohr 50 in den der zweiten Stirnwand 28 gegenüberliegenden Teil der Reaktortrommel 10, wo es von der Förderschnecke 54 erfaßt und in Richtung auf die erste Stirnwand 26 gedrückt wird. Dabei erfolgt eine ständige, gute Durchmischung des Substrates zwischen Sinkschicht und Schwimmdecke, wobei diese Durchmischung durch die Mischelemente 142 noch verbessert wird.
Sobald die Meßsonden 136 im Bereich der ersten Stirnwand 26 feststellen, daß das Substrat in diesem Bereich vollständig ausgefault ist, wird durch eine entsprechende Drehung der Förderschnecke 54 der vordere Teil des Substrates über das Abgaberohr 38' herausgedrückt. Dabei wird die Restwärme des Substrates von den Wärmetauschelementen 140 aufgenommen.
Zum Zuführen der erforderlichen Prozeßwärme ist die Trommelwand der Reaktortrommel 10 mit Wärmetauschern ausgerüstet, die über eine Leitung 80 für den Heizungsvorlauf versorgt werden, während eine Leitung 82 für den Heizungsrücklauf sorgt.
In Höhe des Füllpegels der Reaktortrommel 10 ist aus deren erster Stirnwand 26 eine dünne Rücklaufleitung 148 herausgeführt, die in Höhe des Beschickungsrohres 48 in den Vorsatzbehälter 42 mündet. Der Querschnitt dieser Rücklaufleitung 148 ist wesentlich kleiner als derjenige des Abgaberohres 38' und liegt in der Größenordnung des Querschnittes des Entnahmerohres 84' für das Biogas. Beim Ausschieben des vergorenen Substrates drückt die Förderschnecke 54 einen kleinen Teil davon in den Vorsatzbehälter 42, so daß das darin befindliche, frische Substrat mit diesem vergorenen Substrat geimpft wird. Das hat den Vorteil, daß das frische Substrat füher vergärt,wodurch die Verweildauer in der Reaktortrommel 10 verkürzt wird.
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Claims

Vorrichtung zur Biogas-Erzeugung Patentansprüche 9 Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas aus organischem Substrat mit einer dieses aufnehmenden, eine waagrechte Achse aufweisenden Reaktortrommel mit Rührwerk, die eine Zuführeinrichtung für das frische Substrat und eine Abführeinrichtung für das ausgefaulte Substrat, eine Entnahmeeinrichtung für das erzeugte Biogas sowie eine Heizung zur Zuführung der Prozeßwärme aufweist, wobei für die Zuführung des frischen Substrates ein mit einem Einfüllbehälter an einer ersten Stirnwand der Reaktortrommel verbundenes Zuführrohr die Reaktortrommel koaxial bis nahe an die 4egenberliegende, zweite Stirnwand durchquert, wo sein Auslauf in die Reaktortrommel mündet, um das Zuführrohr herum eine der Länge der Reaktortrommel entsprechende Förderschnecke angeordnet ist, deren Abgabeseite an der ersten Stirnwand zu einem Abgaberohr führt, und die Wand der Reaktortrommel mit der Heizung zur Zuführung der Prozeßwärme ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in der stillstehenden Reaktortrommel (10) drehbare Förderschnecke (54) durch Gleitlager (98) an der zylindrischen Innenwand (104) der Reaktortrommel (10) gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gleitlager (98) aus einem am AuDenumfang der Förderschnecke (54) befestigten Innenring (100) und aus einem an der Innenwand (104) der Reaktortrommel (10) drehbar abgestützten Außenring (102) besteht, der zu -seiner axialen Führung rit dem Innenring (100) in Eingriff ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktortrommel (10) in ihrem in Längserstreckung mittleren Bereich einen Drehantrieb (86) für die Förderschnecke (54) trägt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (86) in einer gegen die Reaktortrommel (10) abgedichteten Motorkanimer (114) angeordnet ist, aus der die Antriebswelle (118) mit einem daran befestigten Antriebsrad (120) in einen Gasraum (116) an der Oberseite der Reaktortrommel (10) ragt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (120) als Ritzel ausgebildet ist und mit einem formschlüssig mit dem Schneckenumfang verbundenen Zahnriemen (122) kämmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gasraum (116) ein Entnahmerohr (84') zum Abziehen des erzeugten Biogases herausführt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der ersten Stirnwand (26) der Reaktortrommel (10) das Abgaberohr (38') für das ausgefaulte Substrat herausführt, das über eine Kurzschlußleitung (126) mit der Einlaßseite des Zuführrohres (50) verbunden ist, wobei die Mündung des Zuführrohres (50) in die Kurzschlußleitung (126) ein Verschlußorgan (130) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (130) durch eine Regeleinrichtung steuerbar ist, der Meßsonden (132, 134) zum Erfassen der Prozeßdaten im Zuführbereich des frischen Substrates zugeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wand des Abgaberohres (38') Wärmetauschelemente (140) zur Aufnahme der Restwärme des ausgefaulten Substrates eingebaut sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Förderschnecke (54) Mischelemente (142) zum Durchmischen des Substrates in beiden Drehrichtungen der Förderschnecke (54) befestigt sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprtiche, dadurch gekennzei chnc t daß die zweite Sti rnwand (28) der Reaktortrommel (10) eine Ersatz-Zuführeinrlchtung (146) für das frische Substrat aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnwand (28) abnehmbar an der Reaktortrommel (10) befestigt ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktortrommel (10) an ihrer ersten Stirnwand (26) mit einer Rücklaufleitung (148), die in Höhe des Fllpegels aus der Reaktortrommel (10) herausführt, mit einem Vorsatzbehälter (42) verbunden ist, von dem aus das frische Substrat in das Zuführrohr (50) gelangt, wobei der Querschnitt der Rücklaufleitung (148) wesentlich kleiner ist als derjenige des Abg*aberohres (38').