Rühren und hydraulische Verweilzeit im Biogasfermenter

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1 Rühren und hydraulische Verweilzeit im Biogasfermenter (Zwischenergebnisse aus dem Projekt AD.CFD) Lud k Kamarád ludek.kamarad@boku.ac.at Stefan Pohn Günther Bochmann Michael Harasek CEBC 2011, Graz 1/17

2 Inhalt Rührwerke Übersicht Eigenenergiebedarf und Rühren Substrate und Schwimmschichtbildung Hydraulische Verweilzeit und Tracerversuche CFD Simulation Zusammenfassung CEBC 2011, Graz 2/17

3 Installierte Rührwerke Quelle: Johann Heinrich von Thünen-Institut (vti), Institut für Agrartechnologie und Biosystemtechnik, Biogas-Messprogramm II 61 Biogasanlagen im Vergleich, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR), Gülzow, 1.Auflage, 2009, aktualisiert 2010, ISBN CEBC 2011, Graz 3/17

4 Technische Daten von Rührwerken - Übersicht Rührwerke Nennleistung Motor [kw] Motor U/ min. Rührer U/ min. Intervallbetrieb Propeller-Tauchrührwerk (13*) ja Langachsrührwerke (10*) ja/nein Paddelrührwerke 5,5-18,5 (15*) ja/nein *) am häufigsten installierte Leistung CEBC 2011, Graz 4/17

5 Eigenstrombedarf (ESB) Anlage Rührwerke im Fermenter [%] Rührzeiten [h/d] Andere Verbraucher [%] BHKW [%] BHKW inst. P [kw] ESB (Zähler) [kwh el /Woche] BMP , ,5 BMP , k.a. BMP , k.a. BMP ,4 49, k.a. BMP , k.a. BMP , k.a. BMP , k.a. BMP , k.a. BGA A 37, ,3 37, ,2 BGA B 42,4 24 8,0 49, ,8 ESB [%] Quelle: Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Ergebnisse des Biogas-Messprogramms, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR), 2005, Gülzow und Projekt AD.CFD (BGA A und BGA B) CEBC 2011, Graz 5/17

6 Abschalten von Rührwerken an der BGA B für 30 min.- Schwimmschichtbildung (TS=11,5%, h 1 =730 -> h 2 = 752cm) Quelle: Projekt AD.CFD/ IFA Tulln CEBC 2011, Graz 6/17

7 Substarte und Schwimmschichtbildung - Maissilage vs. Grassilage Partikelgröße Quelle: Projekt AD.CFD/ IFA Tulln CEBC 2011, Graz 7/17

8 Inputmaterial im Hauptfermenter (Jahresdurchschnitt) BGA A (HRT=58,1d, TS = 8,5%) BGP B (HRT=26,3d, TS=11,2%) [t/d] % [t/d] % Gülle 14,5 42,2 - - Rezirkulat ,4 48,0 Maissilage 8,5 24,7 13,3 23,3 Grassilage 3,6 10,3 15,2 26,6 Andere Substrate 7,8 22,7 1,1 2,0 Summe 34, ,1 100 Quelle: Projekt AD.CFD/ IFA Tulln CEBC 2011, Graz 8/17

9 Beschickung und Rühren im Biogasfermenter CEBC 2011, Graz 9/17

10 Was sind Tracerversuche? Geforderte Eigenschaften vom Tracer: In genutzten Konzentrationen harmlos für Methanbakterien Keine oder minimale Grundkonzentration im Fermenter Stabilität gut nachweisbar Verwendete Tracer: LiOH*H 2 O Bacillus globigii Sporen -> Hydraulische Charakteristika vom Biogasfermenter CEBC 2011, Graz 10/17

11 Tracer Tests: BGA A (TS=7%) und BGA B (TS=11,5%), =1 58,1 bzw. 26,3 Tage Quelle: Projekt AD.CFD/ IFA Tulln CEBC 2011, Graz 11/17

12 Beispiel Kurzschlussströmung ( =1 HRT, TS=7,3%) Quelle: Projekt AD.CFD/ IFA Tulln CEBC 2011, Graz 12/17

13 CFD (Computational Fluid Dynamics ) Simulation Langsamläufer vertikale Achse Quelle: Projekt AD.CFD/ Stefan Pohn, TU Wien CEBC 2011, Graz 13/17

14 CFD (Computational Fluid Dynamics ) Simulation Schnellläufer - Propeller Quelle: Projekt AD.CFD/ Stefan Pohn, TU Wien CEBC 2011, Graz 14/17

15 CFD (Computational Fluid Dynamics ) Simulation Langsamläufer - Paddelrührwerk Quelle: Projekt AD.CFD/ Stefan Pohn, TU Wien CEBC 2011, Graz 15/17

16 Zusammenfassung Bei niedrigeren TS-Gehalten passiert die Homogenisierung im Fermenter schneller als bei höheren TS-Gehalten Falls das Substart, z.b. in einer Vorgrube, vorgemischt ist -> schnellere Verteilung im Fermenter Mit steigendem TS-Gehalt sinkt die Rühreffizienz von Propellerrührwerken Dauerbetrieb von Langsamläufern bei hohen TS-Gehalten scheint sicherer und sinnvoller zu sein als Intervallbetrieb 10% TS-Gehalt im Fermenter bei der Beschickung mit Maissilage ist nicht das Gleiche wie 10% TS bei der Beschickung mit Grassilage!!! Trend zu hocheffizienten Biogasanlagen mit höherer organischer Raumbelastung Rührtechnik ist derzeit limitierender Faktor für mehr Grasvergärung CEBC 2011, Graz 16/17

17 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Universität für Bodenkultur Wien Department Interuniversitäres Forschungs- Institut für Agrarbiotechnologie Tulln (IFA Tulln) Institut für Umweltbiotechnologie Konrad Lorenz Straße 20, A-3430 Tulln Tel.: , Fax: CEBC 2011, Graz 17/17