Verstopfungsgefahr gebannt: Robuste Zerkleinerer verhindern Anlagenstillstände durch Grobstoffe in Biomasse oder Klärschlamm

Biogasanlagen müssen heutzutage, um wirtschaftlich rentabel zu sein, mit einer Vielzahl von Energiepflanzen und Bioabfällen betrieben werden können. Doch wechselnde Energieträger können für die Betreiber schnell zum Problem werden: Da die Konsistenz und Zusammensetzung der Biomasse durch natürliche Schwankungen bei ihrer Entstehung schwer vorhersehbar ist, verstopfen immer wieder Grobstoffe Leitungen und Pumpen – ein Phänomen, mit dem auch die Betreiber von Kläranlagen regelmäßig zu kämpfen haben. Aus dieser Erfahrung heraus hat die NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH verschiedene Serien von Zerkleinerern entwickelt, um nachgeschaltete Aggregate zu schützen und damit die Prozesssicherheit zu erhöhen. Selbst Medien mit hohen Anteilen an Trockensubstanz sowie festen und faserigen Bestandteilen werden dadurch pumpfähig gemacht.

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Silomais, Hühnermist mit Stroh, Rindergülle – fast alles, was in der Landwirtschaft anfällt, kann für die Biogas-Erzeugung eingesetzt werden. Viele dieser Medien stellen jedoch eine Herausforderung für die Anlagenplanung dar. Zum einen lassen sich Mischungen mit zu vielen trockenen Bestandteilen nur sehr schlecht fördern. Zum anderen neigen vor allem lange Fasern wie in Gras und Stroh zum Verzopfen, was letztlich die Förderpumpen ebenso verstopfen kann wie ein zu großer, Brocken Mist. Die Folgen reichen von ernsten Schäden an den Aggregaten bis zum Betriebsausfall während der Wartungsdauer, der bis zu einem „Umkippen“ der ganzen Biogasanlage führen könnte. Die Pumpen speziell auf bestimmte Störstoffgrößen und Trockensubstanzgehalte auszulegen, ist jedoch nur bedingt möglich. Meist lässt sich die Qualität der Biomasse nicht auf lange Sicht voraussagen, einzige Lösung wäre daher einer Überdimensionierung, die zulasten der Effizienz ginge.

Robuste Konstruktion für hohe Prozesssicherheit

Eine ökonomischere Alternative dazu stellt die zuverlässige Vorzerkleinerung des Mediums dar. Dabei werden große Bestandteile im Stoffgemisch zerstört und das Medium insgesamt homogenisiert, wodurch es fließfähiger wird und zuverlässiger gepumpt werden kann. NETZSCH hat dazu den Lochscheibenzerkleinerer M-Ovas® entwickelt, der in zwei Ausführungen Durchsatzleistungen bis zu 300 m³/h erreicht. Selbst bei zwölf Prozent Trockenmassegehalt können noch bis zu 80 m³/h umgesetzt werden. Basis dafür ist sein strömungsgünstiger Innenraum und vor allem das im Gehäusedeckel integrierte Schneidwerk: Dieses kombiniert eine doppelseitig verwendbare Schneidplatte aus verschleißfestem, gehärtetem Stahl mit einem Messerkopf mit Hartmetall-Schneidmessern. Eine Schwungscheibe unterstützt die Zerkleinerung und spart damit Energie, so dass nur eine geringe Antriebsleistung benötigt wird. Dank des Produktein- und -austritts auf gleicher Höhe kann der Zerkleinerer direkt in eine horizontale Leitung eingebunden oder an einen um 90° geschwenkten Saugstutzen angeschlossen werden.

Durch das starre Schneidwerk, wird eine hohe Schnitteffizienz erreicht, was Verzopfungen an den Messern verhindert. Die vierflügelige Ausführung des Schneidplattenträgers erhöht zudem die Schnittfrequenz. Gleichzeitig kann so die Schneidplatte sehr nah an der Lochscheibe angebracht werden, wodurch sich die Abnutzung insgesamt verringert. Sollten dennoch Schneidmesser oder -platte ausgetauscht oder gereinigt werden müssen, lässt sich dies über den großen Gehäusedeckel ohne umständliche Demontage der Rohrleitung ganz einfach bewerkstelligen. Das Gehäuse selbst ist korrosionsfest verzinkt, für spezielle Fälle ist auch eine Ausführung in Edelstahl möglich. Als Wellenabdichtung werden zur Verhinderung von Produktleckagen in das Lager einfachwirkende Hartmetall-Gleitringdichtungen mit Ölvorlage verwendet. Durch diese verschiedenen konstruktiven Maßnahmen ist die gesamte Anlage sehr wartungsfreundlich beziehungsweise wartungsarm.

Individuelle Anpassung an die Anwendungsanforderungen

Zusätzlich ist in den M-Ovas®-Zerkleinerer ein Schwerstoff-Sammelabscheider integriert. Schwerere Bestandteile, wie etwa Steine, werden so beim Durchströmen der Anlage von der eigentlichen Biomasse getrennt, bevor sie die nachgeschalteten Maschinen beschädigen können. Die so sedimentierten Stoffe lassen sich über eine separate Reinigungs- und Ablassöffnung unkompliziert entfernen.

Die Zerkleinerer werden jeweils noch eigens an den konkreten Einsatzfall angepasst, so gibt es je nach Anwendung unter anderem verschiedene Lochplattengeometrien. Zum Tragen kam diese Flexibilität beispielsweise bei einer Biogasanlage, in der neben Mist, Gülle und Mais auch Futterreste und Grasschnitt verwertet werden sollten. Der Trockensubstanzgehalt lag bei rund zwölf Prozent. Der bereits eingebaute Cutter kam mit diesem Substrat nicht zurecht, die Stücke waren auch nach der Bearbeitung noch zu grob und verstopften die Pumpen. Der M-Ovas® wurde dagegen nach dem ersten Testbetrieb auf einen 4 kW-Antrieb und eine Lochplatte mit runden, 18 bis 20 mm großen Löchern umgestellt, wonach das Gemisch problemlos mit 8 bis 10 m³/h an die angeschlossenen NEMO-Exzenterschneckenpumpen übergeben werden kann. Die Anlage arbeitet seither ohne weitere Störungen.

Cartridge-Schneidelemente im Doppelwellenzerkleinerer erleichtern Wartung

Wo aufgrund von sehr großen oder sehr festen Störstoffen der Lochscheibenzerkleinerer nicht mehr ausreicht, bietet der Pumpenspezialist Doppelwellenzerkleinerer an. Bei diesen zertrennen zwei gegenläufige Schneidelemente bestehend aus je sechs Messern und sechs Distanzscheiben zuverlässig die groben Bestandteile im Medium. Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Messerausführungen zur Auswahl, so dass Durchsatzmengen bis 300 m³/h bei einem Trockenmasseanteil von bis zu zehn Prozent erreicht werden. Da für diesen Durchsatz nur eine niedrige Antriebsleistung benötigt wird, bleiben die Betriebskosten dabei gering.

Dieser Zerkleinerer ist auf äußerste Robustheit und Servicefreundlichkeit ausgelegt. Dazu werden unter anderem die Schneidmesser einteilig in Cartridge-Bauweise ausgeführt, wodurch sie sich als eine Einheit sehr leicht warten und austauschen lassen. Ebenso sind die Wellenabdichtungen, die die Lager schützen, als Cartridge aufgebaut. Widerstandsfähige Kugellager an den beiden Wellenenden stellen einen ruhigen Lauf sicher und verhindern ein Verbiegen der Wellen bei harten Fremdstoffen. Darüber hinaus ermöglicht es die unterschiedliche, sehr langsame Drehzahl der Wellen dem Gerät, sich selbst zu reinigen. Über eine elastische Kupplung mit Anbauflansch kann der Doppelwellenzerkleinerer mit jedem gängigen IEC- oder Getriebemotor verbunden werden. Vorgesehen ist das Aggregat – wie der M-Ovas® – für den Einbau in eine horizontale Leitung, bei Bedarf ist sie aber auch als Kanaleinheit lieferbar.

Einsetzbar bei stark inhomogener Biomasse oder Schlämmen

Verwendet wird dieser Zerkleinerer-Typus zum Beispiel bei sehr inhomogenen Medien, die ein Lochscheiben-System nicht mehr bewältigen kann, so etwa in einer Biomasseverwertungsanlage, die zwar gut fließfähiges, aber in Größe und Konsistenz stark unterschiedliches Material verarbeitet. Das Medium wird hier bereits mittels einer Tauchschneidradpumpe auf maximal 40 mm vorzerkleinert, sollte aber vor dem Eintritt in die Exzenterschneckenpumpe noch verfeinert und homogenisiert werden. Dazu wurde ein Doppelwellenzerkleinerer mit starrem Schneidwerk installiert, der pro Stunde 25 m³ der schwierigen Biomasse verarbeitet und dadurch für stabile Prozessabläufe sorgt.

Ähnliche Probleme hatte auch eine Kläranlage im Ruhrgebiet: Die dort anfallenden Fremdschlämme wiesen stark schwankende TS-Gehalten zwischen acht und elf Prozent auf. Zudem konnte die Größe und Art der fasrigen und festen Störstoffe in den Schlämmen nie vorausgesagt werden. Auch hier wird ein NETZSCH Doppelwellenzerkleinerer eingesetzt, um die nachgeschalteten Verdrängerpumpen vor Schäden und Verstopfungen zu bewahren. Die verbaute Maschine zerkleinert mit ihren 8 mm dicken Messern bei niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment von 40 bis 50 U/min auch harte Stoffe ohne Unterbrechungen. Die gesamte Schneidkassette ist bei diesem Modell 30 cm lang, die Messer tragen fünf beziehungsweise elf Zähne. Als Werkstoff wurde 1.7218 Chrom-Molybdän-Stahl verwendet und für die Gleitringpaarung der Dichtung Wolframcarbid. Dadurch entstand ein sehr widerstandsfähiges Aggregat, das inzwischen seit mehreren Jahren unabhängig von der Zusammensetzung der Fremdschlämme seinen Dienst tut.