DE20300794U1

DE20300794U1 - Fermenterheizung

Info

Publication number: DE20300794U1
Application number: DE20300794U
Authority: DE
Original assignee: Schmack Biogas GmbH
Current assignee: Schmack Biogas GmbH
Priority date: 2003-01-18
Filing date: 2003-01-18
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2013-01-19

Description

Fermenterheizung Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik - Hintergrund

Biogasanlagen erzeugen Methan durch einen mikrobiellen Abbauprozess von organischen Substanzen. Das Biogas entsteht dabei in einem mehrstufigen Prozess, der Vergärung oder Faulung durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen, d.h. unter Ausschluss von Luft. Die Art der Organismenstämme wird im wesentlichen durch die spezifischen Prozessparameter wie Temperatur, Substrat, pH-Wert, etc. determiniert. Dadurch wird eine Anpassung der Mikroorganismen auf das jeweilige Substrat erreicht, die es ermöglicht eine Vielzahl organischer Materialien durch Fermentation abzubauen.

Organisches Material besitzt aus chemischer Sicht einen hochmolekularen Aufbau, der in den einzelnen Verfahrensschritten einer Biogasanlage durch Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen zu niedermolekularen Bausteinen abgebaut wird. Neben Biogas, das im wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid besteht verbleibt in der Prozesskette als Fermentationsrückstand eine Mischung aus Wasser, nicht abgebautes organisches Material und anorganische Bestandteile. Nicht abgebaut werden in der Regel stark ligninhaltige, holzige Materialien und cellulosereiche Stoffe. Anorganische Bestandteile sind Minerale in Form von Sand und Steinen, aber auch kristallisierte Salze.

Zentrale Bauteile einer Biogasanlage sind die Fermentationsbehälter (Fermentoren, Reaktoren), in denen die primären biologischen Prozesse ablaufen. Als Werkstoffe werden üblicherweise Beton oder Stahlplatten (emailliert, beschichtet oder Edelstahl) eingesetzt. Die in einer Biogasanlage ablaufenden mikrobiellen Abbauprozesse sind stark von der Fermentertemperatur abhängig. Aus diesem Grund werden die Reaktoren meist thermisch isoliert und mit einer Heizung (externe Wärmetauscher, Heizwendeln an der Innenwand oder Fußbodenheizung) ausgestattet. Der Einsatz der im Fußbodenheizungsbereich üblichen hochvernetzten Polyethylenrohre ist inzwischen auch im Biogasanlagebereich Standard.

Da es im Verlauf der bis über drei Wochen dauernden Vergärung zu Entmischungen kommt, wird das Material bewegt. Die unerwünschten Entmischungen führen sonst zur Bildung von feststoffreichen Schwimm- und Sinkschichten, die in der Folge den Stofftransport im Reaktor behindern. Der Reaktor ist meist mit einem Zulauf für halbflüssige bis flüssige Materialien und einer Einzugsschnecke für feste Materialien ausgestattet. Häufig werden Fermentoren mit Vorrichtungen zum Austrag der nicht vergärbaren, sich im Bodenbereich absetzenden

organischen und anorganischen Bestandteile ausgerüstet. Die Aufgabe des Austrages der vergorenen Substanzen aus dem Reaktor übernimmt ein in das Fermentat eintauchendes Steigrohr, das als Überlauf in einen weiteren Reaktor oder in ein Substratlager ausgeführt ist. Das entstehende Biogas wird über einen sogenannten Gasdom entnommen und der Verwertung zugeführt.

Aus diesen allgemeinen Ausführungen über Biogasanlagen kann ein Eindruck von den in Fermentoren herrschenden Bedingungen gewonnen werden: In Fermentoren werden teilweise sehr zähflüssige Dispersionen mit einem hohen Feststoffanteil durch Rührwerke oder ähnliche Vorrichtungen zumindest zeitweise kräftig bewegt. Einzelne Partikel, wie z.B.

ganze Zuckerrüben messen dabei bis zu 25 cm im Durchmesser. Es kann davon ausgegangen werden, dass ab und zu sich bereits ausgebildete, stabile Schwimmschichten durch das Rührwerk in großen zusammenhängenden Matten durch den Fermenter gezogen werden. Diese Faktoren führen zu einer hohen mechanischen Belastung aller im Fermenter installierten Komponenten. Insbesondere sind Bauteile der Rührwerke und der im Fermenter verlegten Heizleitungen betroffen.

Während des Betriebes einer Biogasanlage entstehende Schäden an Bauteilen, die sich im Fermenter befinden, sind in mehrfacher Hinsicht problematisch: Zur Reparatur muss der Betrieb der Anlage unterbrochen werden, der Fermenterinhalt muss zumindest bis zur Freilegung der schadhaften Stelle abgelassen werden, der abgelassene Inhalt muss entsorgt werden (was aufgrund des intakten Gärprozesses mit erheblicher Emissionsbelastung einhergeht), das Problem ist zu beheben, der Fermenter ist wieder aufzufüllen und der Prozess der Biogasgenese muss sich wieder etablieren. Insgesamt betrachtet entspricht eine Reparatur im Fermenter häufig einem Anlagenausfall von zwei bis drei Monaten.

Vor diesem Hintergrund ist es verständlich, dass beim Bau einer Biogasanlage der Konstruktion und der Ausführung der Komponenten im Fermenter besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird. Neben der Rührwerksausführung und -steuerung kommt dabei der Fixierung der Heizleitungen im Fermenterinnenraum eine besondere Bedeutung zu.

Vor allem beim Bau von runden Fermentern (kreisförmiger bzw. ovaler Querschnitt) hat sich die Beheizung mittels ring- bzw. wendelförmig an der Fermenterwand angebrachter Heizleitungen bewährt. Als Rohrleitungsmaterial werden dabei üblicherweise hochvernetzte Polyethylen-Typen, die ggf. mit Aluminium verstärkt sind, eingesetzt. Zum Teil sind auch andere Rohrleitungsmaterialien im Einsatz. Die Flüssigkeit im Heizkreislauf wird fast ausschließlich mit der Abwärme der Biogasnutzung erwärmt.

Dem gegenwärtigen Stand der Technik entspricht nach wie vor die klassische Befestigung der Heizungsrohre mittels einzelner Schellen direkt an der Fermenterwand. Zum Erreichen

der notwendigen mechanischen Stabilität müssen die Rohre recht häufig befestigt werden. Der Einsatz der für Fußbodenheizungssysteme konzipierten Lochplatten zum Aufstecken von Kunststoffschellen ist aufgrund der mangelnden mechanischen Belastbarkeit dieser Systeme nicht möglich.

Die gegenwärtige Art der Befestigung mittels Schraubschellen ist umständlich und aufwendig. Jede einzelne der zahlreich anzubringenden Schellen ist zu planen und auszumessen. Für jede Schelle ist ein Befestigungsloch zu bohren und ein Dübel zu setzen. Nach der Vormontage des Schellenträgers wird das Heizungsrohr verlegt und mit dem Oberteil der Schelle fixiert. Verlegen und Fixieren der Rohre erfolgt zeitgleich. Bei diesem umständlichen Arbeitsschritt sind zumindest zwei Personen nötig. Die Fixierung der Heizleitungen mit einzelnen Schellen ist also arbeits- und materialaufwendig. Dazu kommt dass die handelsüblichen Schellen verhältnismäßig teuer und für den Einsatzzweck kaum stabil genug sind. Trotz sorgfältiger Verarbeitung kommt es immer wieder zum Ausreißen der Schellen aus der Verankerung bzw. zum Abscheren von Schellen. Weitere Nachteile des Einsatzes handelsüblicher Heizleitungsschellen zur Befestigung von Rohrleitungen in Fermentern sind der geringe Abstand der Heizleitungen von der Fermenterwand und die große Zahl an Befestigungspunkten an der Wand. Durch den geringen Wandabstand der Leitungen kommt es zum einen zu einer unnötigen Verlustheizung durch die Fermenterwand (Kältebrücke) und zum anderen begünstigt der geringe Wandabstand ein Zuwachsen bzw. Verlegen des Zwischenraums zwischen Wand und Heizleitung, so dass die Wärme nicht mehr ausreichend in den Fermenter transportiert wird. Die zahlreichen Befestigungspunkte bieten Ablagerungen und Verwachsungen weitere Angriffsfläche und unterstützen die beschriebenen Effekte.

Damit sind die dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Befestigung von Heizleitungen in Fermentern von Biogasanlagen sowohl bei der Montage, als auch im Betrieb unbefriedigend.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Vorrichtungen zur Befestigung von Heizleitungen in Fermentoren, die die gegenwärtigen Nachteile des beschriebenen Standes der Technik überwinden.

Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, Halterungen für Heizleitungen bereitzustellen, die mit geringem Arbeitsaufwand und geringem Montagematerialbedarf im Fermenter montiert werden können.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, für die Nutzung in Biogasanlagen mechanisch ausreichend stabile Halterungen für Heizleitungen bereitzustellen.

Weitere Aufgabe der erfindungsgemäßen Halterungen ist die Vereinfachung der Montage der Heizleitungen an den Halterungen.

Weitere Aufgabe der erfindungsgemäßen Halterungen ist die Verhinderung der Ausbildung von Kältebrücken zwischen Heizleitungen und Fermenterwand.

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtungen zur Befestigung von Heizleitungen in Fermentoren zur Verfügung. Zur weiteren Beschreibung der Erfindung wird auf die beiliegenden Skizzen verwiesen. Details auf die näher eingegangen wird, sind in den Figuren fortlaufend durchnummeriert. Hier eine Aufzählung der bezeichneten Details:

1 - Montageschiene zur Befestigung an der Wand
2 - Abdeckleiste zur Fixierung der Heizleitungen in der Montageschiene

3 - Bohrung in der Montageschiene zur Verschraubung derselben an der Wand

4 - Gewindehülse zur Verschraubung der Abdeckleiste auf der Montageschiene

5 -Aussparung in der Montageschiene zur Aufnahme der Heizleitungen

6 - Bohrungen in der Abdeckleiste
7 - Fermenterwand

In der Figur 1 ist die Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterung dargestellt. Figur 2 zeigt die Draufsicht, Figur 3 die Vorderansicht der erfindungsgemäßen Abdeckleiste (2).

Die erfindungsgemäßen Montageschienen (1) werden mittels Schrauben vertikal an der Fermenterwand befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Montageschienen (1) so hoch konstruiert, dass sie zur Montage auf dem Fermenterboden stehen können. Einmessarbeiten entfallen damit fast völlig. Die Montage der Montageschienen (1) erfordert nur wenig Zeit. Pro Fermenterwerden umlaufend mehrere Halterungen benötigt. Der Abstand zwischen zwei erfindungsgemäßen Halterungen liegt

typischerweise im Bereich von 0,70 m bis 3,50 m. Gute Erfahrungen wurden mit einem Abstand von 1,30 m zwischen den Halterungen gemacht. Bei einem runden Fermenter mit 18 m Durchmesser ergibt sich daraus die Verwendung von 44 Halterungen. Die Heizleitungen können ring- oder wendelförmig verlegt werden.

Die Montageschienen (1) weisen bevorzugt schräge Aussparungen (5) zur Aufnahme mehrerer Heizleitungen übereinander auf. In Figur 1 sind die Aussparungen (5) im bevorzugten 45 ° Winkel gut zu erkennen. Zur Montage der Heizleitungen wird das Leitungsmaterial, das üblicherweise in Rollen bzw. Bünden geliefert wird, beim Abrollen direkt in die Aussparungen verlegt. Die vom Anlagenbauer vorgesehene Installationsgeometrie kann damit genau und einfach umgesetzt werden. Durch die schräge Ausrührung der Aussparungen, die exakte Fertigung und die Montage der Montageschienen (1) mit der Aussparungsöffnung nach oben wird ein strammer Sitz der Heizleitungen bereits beim Verlegen gewährleistet. Diese Tatsache erleichtert die Montage der Leitungen erheblich. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Halterungssystems können die Heizungsleitungen in kurzer Zeit von nur einer Person verlegt werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Halterungen weisen die Aussparungen (5) in den Montageschienen (1) genau die lichte Weite auf, die dem Außendurchmesser der verwendeten Heizungsrohre entspricht. Bei der Verwendung von PE-X/AI/PE-X Rohren mit den Abmessungen 32x3 mm werden die Aussparungen mit einer lichten Weite von 32 mm gefertigt.

Nach dem Verlegen aller Heizleitungen wird die Abdeckleiste (2) auf der Montageschiene (1) befestigt. In Figur 1 ist eine Ausführungsform zur Befestigung der Abdeckleiste (2) durch Verschrauben in eine Gewindehülse (4) dargestellt. Selbstverständlich kann die Abdeckleiste auch auf andere Art mit der Montageschiene verbunden werden. Denkbar sind z.B. Aufschieben einer Abdeckschiene in entsprechende Führungen, Verkleben, Aufklipsen, etc.

Statt der in den Figuren dargestellten Abdeckleiste (2) kann auch eine andere Vorrichtung zur sicheren Fixierung der Heizleitungen eingesetzt werden. Dem Fachmann sind zahlreiche Möglichkeiten zur Umsetzung einer derartigen Vorrichtung wie. z.B. das Einschieben eines Haltestabes vor die Heizleitungen etc. zugänglich.

Die erfindungsgemäßen Halterungen sind so konstruiert, dass die Heizleitungen einen ausreichenden Abstand von der Fermenterwand einnehmen. Die Erfahrung zeigt, dass ein Abstand von mindestens 30 mm zwischen Heizleitung und Fermenterwand zur Vermeidung von Kältebrücken aufgrund von Verstopfungen und Verwachsungen einzuhalten ist. Bevorzugt werden die Halterungen so konstruiert, dass der Abstand mindestens 50 mm beträgt. So können Verstopfungen und Verwachsungen hinter den Heizleitungen dauerhaft vermieden werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Befestigung von Heizleitungen in Fermentoren, bestehend aus

- einer vertikal an der Fermenterwand zu befestigenden Montageschiene (1),

- zur Aufnahme der Heizleitungen vorgesehenen Aussparungen (5) in der Montageschiene (1) und

- zumindest einer Vorrichtung zur sicheren Fixierung der Heizleitungen nach der Montage, wobei die Ausführung dieser Vorrichtung als Abdeckleiste (2) bevorzugt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Aussparungen (5) schräg aus der Montageschiene (1) herausgearbeitet sind, wobei ein Winkel von 45° zur Senkrechten bevorzugt wird.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Montageschiene (1) mindestens zwei Aussparungen (5), bevorzugt aber zwischen 4 und 20 Aussparungen besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Montageschienen (1) und die Abdeckleisten (2) aus einem Kunststoff gefertigt sind, wobei die Verwendung eines schlagzähen und spanabhebend bearbeitbaren Kunststoffs wie z. B. Polyamid bevorzugt ist.