Je nach Hersteller werden voneinander erheblich abweichende Rührelemententwicklungen eingesetzt, wobei es auch erhebliche Abweichungen im Prozessresultat gibt.

Verschiedene Rührelemente

Rührelemente mit niedrigem Anstellwinkel und damit auch niedrigem Leistungsbeiwert weisen z. T. eine nicht ausreichende Axialströmung im Behälter auf. Material wird durch fehlenden Axialschub nicht ausreichend weit gefördert, Strömungsabrisse ergeben sich im Mischverhalten und Bodenströmungsgeschwindigkeiten reichen nicht aus zum Suspendieren. Dazu hat ein Rührwerkshersteller seine Rührelemente Typ Theta – Rührer strömungsmechanisch optimiert, um die Rotation in eine maximal axiale Geschwindigkeit überzuführen bei primären Förderbeiwerten Nq > 0.7.

Weiterhin sind die Rührelemente so zu gestalten, dass diese möglichst verzopfungsarm sind, da sich ansonsten vor allem bei faserigem Produkt schnell große Agglomerate am Rührer bilden können, die nicht nur die Strömung negativ beeinflussen, sondern auch zu erheblichen Unwuchten am Rührwerk mit mechanischen Schäden führen können. Die Abbildung zeigt ein strömungstechnisch und verzopfungsarm gestaltetes Rührelement Theta – Rührer mit optimierter Distanz der Rührerflügel zur Rührerwelle und sauberer Produktumströmung. Dazu im Vergleich Abbildung 'Flachgestelltes' ; ein Rührelement von Verschraubungen, Querstreben und Befestigung direkt an der Rührerwelle.

Mechanische Auslegung und Werkstoffe

Zur Minimierung von Investitionskosten werden Biogasrührwerke anstatt in Edelstahl tatsächlich von einigen Herstellern nur in Normalstahl gebaut, lackiertem Normalstahl, beschichtetem Stahl, plattierten Stahl oder niedrig legiertem Edelstahl ohne Beachtung von z. B. dem Chlorid- Ionenanteil im Produkt. Dass es keinen Sauerstoff in einem Biogasfermenter gibt und damit keine Korrosion ist leider eine dramatische Unkenntnis. Es wird die sogenannte Biokorrosion vollkommen außer Betracht gelassen. Die Auswirkungen können bei Verwendung falscher Konstruktionswerkstoffe dramatisch sein bis hin zu Brüchen an Rührwellen und Rührelementen.

Da die Rührwerke im Prozess hohen und wechselnden Belastungen ausgesetzt sind, müssen diese auf Dauerstandsfestigkeit ausgelegt werden. Tatsächlich werden vielen Kunden aber Rührwellen und Rührelemente als Verschleißteile verkauft. Der eigentliche Grund für derart geringe Standzeiten liegt allerdings in Fehlkonstruktionen.

Wechselnde Belastungen führen zu Schwingungsbruch bei fehlerhafter Konstruktion. Die Bilder zeigen dazu ein Beispiel eines Rührflügels der direkt an die Nabe geschweißt und sogar mit zusätzlichen Versteifungsblechen versehen wurde. Durch Spannungsspitzen kam es hier schnell zu Brüchen. Stelzer Rührtechnik hat in den letzten Jahren sowohl das Antriebs- und Servicekonzept seiner Biogasrührwerke der Typen SBR und SFR konstruktiv optimiert, sowie die Detailkonstruktion der eigentlichen Rührelemente so gestaltet, dass nach umfangreichen FEM Analysen Schwingungsbrüche bei fachgerechtem Betrieb ausgeschlossen werden können.

Modifiziertes Antriebs- und Servicekonzept

Durch das Entstehen von Methan ist der Antrieb grundsätzlich für Zone 1 auszulegen. Das bedingt druckfeste Ex- Motoren mit Frequenzumformer- Ansteuerung zur Prozessoptimierung. Die Getriebe sind Industriegetriebe, die die erheblichen Biegemomente und Axialbelastungen auffangen müssen. Hierzu wird mit namhaften Herstellern in Deutschland und Europa zusammengearbeitet. Da die Rührwerke auf Biogasanlagen im Freien aufgestellt werden, sind diese außen Korrosion ausgesetzt, vor allem in z.B. Asien kommt dann noch die Belastung durch Meeresklima dazu.

Stelzer hat dazu das Konzept der Antriebskupplung insofern geändert, dass im Gegensatz zu sonstigen Standardkonzepten am Markt der Antrieb nicht mit Hohlwellengetrieben, sondern mit Flachgetrieben und Zapfen ausgestattet werden. Diese werden über eine eigens entwickelte Spezialkupplung mit der Rührerwelle verbunden, ohne den Einsatz von Hilfsmitteln wie Kränen für den Service einfach zur Seite geschwenkt, um Arbeiten z.B. an den Lagern der Rührwerkslaterne oder Wellendichtung etc. durchzuführen.

Die alten Ausführungen am Markt mit Hohlwellengetrieben haben den Nachteil, dass sich die Getriebe nach relativ kurzer Zeit gar nicht mehr von der Rührerwelle abziehen lassen, da die Hohlwelle des Getriebes selbst nicht in Edelstahl ausgeführt ist und rostet. Weiterhin muss jedes Mal bei derartigen Konstruktionen ein Kran an den Behälter gefahren werden, um die Antriebe – falls überhaupt möglich abzuziehen. Das kostet Ausfall von Betriebszeit und hohe Maintenance-Kosten.

Zusammenfassung

Rührtechnik in Biogasanlagen richtig gemacht erfordert umfangreiche Prozesskenntnisse und tiefes Verständnis für außergewöhnliches Fließverhalten von Slurries mit hohem TS- Gehalt auf organischer Basis. Ein Rührwerkshersteller hat sich in den letzten Jahren auf diese Prozesse spezialisiert und bietet Kunden im Bereich Faulturmrührwerke, Biogasanlagen oder MBAs optimale verfahrenstechnische Lösungen für seine rührtechnischen Probleme an.