Mieszadła boczne do komór fermentacyjnych w Biogazowniach
MIESZADŁA I KOPUŁY DO WKF
Wydajne mieszanie osadu bez montażu urządzenia w centralnej części zbiornika
Mieszadło boczne jest przeznaczone do mieszania osadu, biomasy i innych gęstych mediów w otwartych oraz zamkniętych komorach fermentacyjnych.
Urządzenie montowane jest przy zewnętrznej ścianie zbiornika i współpracuje z bocznym układem rur połączonych z komorą na różnych wysokościach. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać intensywną cyrkulację całej objętości bez konieczności instalowania napędu i długiego wału w centralnej części stropu.
Mieszadło boczne jest szczególnie przydatne podczas modernizacji istniejących komór, w których:
- centralny montaż jest niemożliwy albo utrudniony,
- konstrukcja stropu nie powinna być dodatkowo obciążana,
- wymagany jest łatwy dostęp do napędu od zewnątrz,
- zbiornik ma płaskie lub pochyłe dno,
- potrzebna jest możliwość pompowania osadu w dwóch kierunkach,
- występuje piana, kożuch, sedymentacja albo nierównomierna temperatura.
Najważniejsze korzyści mieszadła bocznego
- montaż przy ścianie zbiornika zamiast w jego centralnej części,
- możliwość zastosowania w otwartych i zamkniętych komorach fermentacyjnych,
- mniejsze obciążenie stropu i wewnętrznych elementów zbiornika,
- skuteczne mieszanie dużych objętości osadu,
- praca w dwóch kierunkach przepływu,
- ograniczanie piany i zatapianie kożucha,
- zmniejszenie ryzyka sedymentacji osadu,
- wyrównywanie temperatury i stężenia suchej masy,
- niska moc napędów w stosunku do uzyskiwanej cyrkulacji,
- możliwość pracy w zbiornikach żelbetowych i stalowych,
- dostęp do napędu i układu smarowania od strony zewnętrznej,
- rozwiązania ułatwiające serwis bez opróżniania komory,
- konstrukcja odporna na włókniny i trudne media.
Gdzie najlepiej sprawdza się wersja boczna?
Mieszadło boczne warto rozważyć przede wszystkim w obiektach, w których wykorzystanie mieszadła centralnego wymagałoby kosztownej przebudowy stropu albo instalacji dodatkowej konstrukcji wsporczej.
Typowe zastosowania obejmują:
- otwarte komory fermentacyjne — OKF,
- zamknięte komory fermentacyjne — WKF,
- zbiorniki biogazowni,
- zbiorniki żelbetowe o płaskim dnie,
- komory ze stożkowym lub pochyłym dnem,
- zbiorniki stalowe o ograniczonej nośności dachu,
- modernizacje istniejących systemów mieszania,
- komory z problemem odkładania osadu,
- instalacje wymagające zatapiania kożucha i części pływających,
- zbiorniki z dużymi wahaniami poziomu osadu.
Liczbę urządzeń, miejsca przyłączy i kierunki przepływu dobiera się indywidualnie do kształtu oraz objętości komory.
Jak działa boczne mieszadło z rurą wznoszącą?
Mieszadło wraz z pionowym układem rurowym instalowane jest po zewnętrznej stronie zbiornika. Rura połączona jest z komorą poprzez przyłącze górne i dolne.
Wirnik wymusza przepływ osadu pomiędzy tymi punktami. W zależności od kierunku obrotów możliwe jest:
- zasysanie osadu z górnej części i tłoczenie go w okolice dna,
- pobieranie osadu z dolnej części oraz kierowanie go ku powierzchni.
Po wprowadzeniu osadu do przeciwległej strefy zbiornika powstaje obieg obejmujący całą komorę. Medium wraca do drugiego przyłącza i ponownie przepływa przez mieszadło.
Taki układ pozwala uzyskać cyrkulację bez prowadzenia głównej rury przez środek zbiornika.
Przepływ od góry w kierunku dna
W tym trybie osad pobierany jest z górnej części komory. Następnie mieszadło kieruje go bocznym przewodem do dolnej strefy zbiornika.
Strumień rozchodzi się w pobliżu dna, po czym osad przemieszcza się przez komorę i wraca w stronę górnego przyłącza.
Ten kierunek pracy pomaga:
- zatapiać kożuch i części pływające,
- ograniczać nagromadzenie piany przy powierzchni,
- przenosić lżejsze frakcje w głąb osadu,
- mieszać osad zalegający w dolnych partiach,
- ograniczać różnice temperatury pomiędzy warstwami,
- zapobiegać przedostawaniu się kożucha do instalacji gazowej.
Przepływ od dna ku powierzchni
Po zmianie kierunku obrotów mieszadło pobiera osad z dolnej części komory i kieruje go do górnej strefy.
Wyrzut osadu przy powierzchni może współpracować z odpowiednio dobranym deflektorem, który rozprowadza strumień oraz pomaga ograniczyć pianę.
Ten tryb wykorzystuje się między innymi do:
- uruchamiania osadu zalegającego przy dnie,
- intensywnego mieszania dolnej części komory,
- wynoszenia cięższych frakcji,
- wyrównywania stężenia suchej masy,
- rozprowadzania świeżego osadu po całym zbiorniku,
- gaszenia piany szerokim strumieniem pompowanego medium.
Kierunek oraz długość cyklu pracy ustalane są na podstawie technologii fermentacji i aktualnego stanu komory.
Mniejsze obciążenie konstrukcji zbiornika
W mieszadle centralnym napęd oraz długa konstrukcja wału obciążają strop albo konstrukcję znajdującą się nad środkiem komory.
W wersji bocznej napęd i rura montowane są przy zewnętrznej ścianie. Pozwala to przenieść obciążenia na oddzielną konstrukcję wsporczą lub fundament znajdujący się obok zbiornika.
Jest to istotna zaleta przy:
- modernizacji starych komór,
- zbiornikach z lekkim stropem,
- zbiornikach metalowych,
- instalacjach, w których nie wolno obciążać dachu,
- obiektach bez centralnego pomostu,
- komorach o skomplikowanym wyposażeniu wewnętrznym.
Sposób posadowienia i mocowania zawsze wymaga sprawdzenia konstrukcyjnego dla konkretnego obiektu.
Energooszczędna alternatywa dla wielu mieszadeł zatapialnych
Duży wirnik pracujący z niewielką prędkością może zapewniać wysoki przepływ osadu przy stosunkowo niedużej mocy napędu.
W przedstawionym przykładzie technicznym komora o średnicy 40 m i pojemności około 5140 m³ wymagała:
- trzech mieszadeł zatapialnych po 13 kW, czyli łącznie 39 kW,
natomiast alternatywne rozwiązanie obejmowało:
- trzy mieszadła boczne WesTech po 3,7 kW, czyli łącznie 11,1 kW.
Różnica mocy zainstalowanej wynosiła w tym przykładzie 27,9 kW.
Rzeczywiste oszczędności zależą od czasu pracy, ceny energii, właściwości osadu, wymaganej liczby wymian objętości i sprawności dotychczasowego systemu. Dlatego porównanie energetyczne wykonujemy osobno dla każdej instalacji.
Ograniczenie sedymentacji i stref martwych
Niewystarczające mieszanie może prowadzić do:
- odkładania osadu na dnie,
- zmniejszenia pojemności czynnej komory,
- powstawania obszarów o różnej temperaturze,
- nierównomiernego rozkładu substratu,
- pogorszenia kontaktu mikroorganizmów z materią organiczną,
- spadku stabilności produkcji biogazu,
- powstawania piany oraz kożucha.
Mieszadło boczne wytwarza obieg pomiędzy przeciwległymi strefami wysokości zbiornika. Przy właściwym rozmieszczeniu przyłączy strumień może objąć zarówno okolice dna, jak i warstwę powierzchniową.
Dobór urządzenia opiera się na wymaganej liczbie wymian całej objętości komory w określonym czasie.
Wirnik do gęstego osadu i włóknin
Wirnik o dużej średnicy ma dwu- albo trójłopatowy kształt śrubowy. Otwarta konstrukcja zapewnia wysoką wydajność pompowania w obu kierunkach i ogranicza ryzyko owijania się włóknin.
W zależności od warunków procesu wirnik może być wykonany z:
- żeliwa o podwyższonej twardości,
- stali nierdzewnej,
- stali węglowej,
- stali z łopatkami utwardzanymi,
- materiału dobranego do osadu zawierającego piasek.
W specjalnie dobranej konfiguracji możliwa jest praca w medium o zawartości suchej masy do około 14%.
Wartość ta nie jest parametrem uniwersalnym. O możliwości zastosowania decydują również lepkość, temperatura, udział włóknin, zawartość piasku oraz wymagany przepływ.
Boczny układ rur o dużej średnicy
Średnica przewodów dobierana jest tak, aby ograniczyć opory przepływu i prędkość medium.
Duży przekrój rur:
- zmniejsza straty hydrauliczne,
- ogranicza ryzyko zapchania,
- ułatwia transport gęstego osadu,
- zmniejsza zapotrzebowanie na moc,
- pozwala zachować wysoką wydajność pompowania.
Rury mogą być wykonane między innymi ze:
- stali węglowej,
- stali nierdzewnej,
- żeliwa sferoidalnego.
Dobór materiału zależy od składu osadu, zawartości siarkowodoru, warunków atmosferycznych i oczekiwanej trwałości instalacji.
Automatyczne smarowanie i kontrola stanu łożysk
W rozbudowanej konfiguracji mieszadło może być wyposażone w automatyczną pompę smaru z oddzielnymi elementami tłoczącymi dla poszczególnych punktów smarnych.
Pompa może współpracować z:
- czujnikiem minimalnego poziomu smaru,
- zabezpieczeniem zatrzymującym mieszadło przy braku smarowania,
- przewodami doprowadzającymi smar,
- przewodami odbierającymi zużyty smar,
- czujnikami temperatury łożysk.
Dzięki temu obsługa może sprawdzić, czy środek smarny rzeczywiście dotarł do łożyska i uszczelnienia.
Przewody powrotne smaru
Samo podawanie smaru nie daje pełnej informacji, czy środek dotarł do wymagającego go elementu.
W mieszadle WesTech zastosowanie przewodów powrotnych umożliwia odbiór smaru po przejściu przez punkt smarny. Pojawienie się smaru w przewodzie powrotnym potwierdza działanie układu.
Rozwiązanie pomaga:
- kontrolować skuteczność smarowania,
- wcześniej wykryć problemy z uszczelnieniem,
- zbierać zużyty smar poza komorą,
- ograniczać zanieczyszczanie osadu,
- chronić fermentację przed nadmiarem smaru,
- ograniczać problemy przy późniejszym odwadnianiu osadu.
Uszczelnienie dopasowane do warunków pracy
Mieszadło może być wyposażone w uszczelnienie wargowe albo mechaniczne.
Uszczelnienie mechaniczne może:
- ograniczyć zużycie smaru,
- zmniejszyć ilość środka smarnego dostającego się do osadu,
- poprawić kontrolę szczelności,
- ograniczyć częstotliwość obsługi.
Dobór uszczelnienia zależy od stężenia osadu, ciśnienia, temperatury oraz oczekiwanego czasu pracy.
Czujniki temperatury łożysk
Łożyska mogą być wyposażone w czujniki mierzące temperaturę ich obudowy.
Wzrost temperatury może sygnalizować:
- niewystarczające smarowanie,
- uszkodzenie łożyska,
- niewłaściwe osiowanie,
- przeciążenie urządzenia,
- problem z uszczelnieniem.
Sygnał może zostać wykorzystany przez układ automatyki do alarmowania albo bezpiecznego zatrzymania mieszadła przed poważniejszą awarią.
Elastyczne sprzęgło chroniące napęd
Napęd jest połączony z wałem za pomocą sprzęgła elastycznego.
Element sprężysty ogranicza udary powstające podczas:
- rozruchu,
- zatrzymywania,
- zmiany kierunku obrotów,
- nagłej zmiany gęstości osadu,
- przejściowego zwiększenia obciążenia wirnika.
Wymiana elementu elastycznego może być wykonywana bez demontażu silnika i przesuwania piast, co skraca czas obsługi.
Napęd dostosowany do instalacji
W zależności od potrzeb można zastosować:
- silnik z przekładnią,
- napęd bezpośredni,
- wykonanie przeciwwybuchowe,
- regulację za pomocą przemiennika częstotliwości,
- układ automatycznej zmiany kierunku,
- współpracę z nadrzędnym systemem sterowania oczyszczalni lub biogazowni.
Falownik może służyć do regulacji przepływu, łagodnego rozruchu oraz dopasowania intensywności mieszania do aktualnego obciążenia komory.
Łatwiejszy dostęp serwisowy
Zewnętrzne usytuowanie napędu jest korzystne dla obsługi, ponieważ podstawowe elementy znajdują się poza wnętrzem komory.
W zależności od wykonania możliwy jest:
- dostęp do napędu z pomostu serwisowego,
- kontrola pompy smaru bez wchodzenia do zbiornika,
- sprawdzenie przewodów powrotnych,
- wymiana elementu sprzęgła bez demontażu silnika,
- serwis górnego łożyska bez wyciągania całego urządzenia,
- wyjęcie mieszadła bez opróżniania komory.
Wersja z odpowiednią rurą osłonową może umożliwiać demontaż również bez pełnego odgazowania zbiornika. Rozwiązanie to należy przewidzieć podczas projektowania.
Ograniczenie kosztów przestoju komory
Przerwa w pracy mieszadła może doprowadzić do pogorszenia fermentacji, sedymentacji oraz spadku produkcji biogazu.
Koszt przestoju wynika nie tylko z naprawy. Obejmuje również:
- utratę części produkcji biogazu,
- mniejszą produkcję energii elektrycznej,
- mniejszą ilość odzyskanego ciepła,
- koszty ponownego ustabilizowania procesu,
- ryzyko odkładania osadu,
- konieczność dodatkowego czyszczenia komory.
Dlatego system serwisowy powinien być oceniany równie dokładnie jak moc i wydajność mieszadła.
Indywidualny dobór mieszadła bocznego
Do właściwego doboru potrzebne są informacje dotyczące zbiornika, osadu i procesu.
Dane zbiornika
- średnica albo długość i szerokość,
- wysokość całkowita,
- objętość czynna,
- minimalny i maksymalny poziom osadu,
- rodzaj dna,
- konstrukcja ścian,
- dostępne miejsca wykonania przyłączy,
- materiał zbiornika,
- rozmieszczenie pomostów i urządzeń.
Dane technologiczne
- rodzaj osadu lub biomasy,
- zawartość suchej masy,
- temperatura,
- lepkość,
- zawartość włóknin i piasku,
- dopływ i odpływ osadu,
- czas retencji,
- produkcja biogazu,
- problem z pianą albo kożuchem,
- istniejące mieszadła i ich moce,
- oczekiwana liczba wymian objętości zbiornika.
Na podstawie tych danych dobieramy:
- liczbę mieszadeł,
- moc napędów,
- średnicę wirników,
- średnicę rur,
- położenie górnych i dolnych przyłączy,
- kierunki i cykle pracy,
- materiały wykonania,
- sposób uszczelnienia,
- układ smarowania,
- zakres automatyki.
Porównanie wersji bocznej i centralnej
Cecha | Mieszadło boczne | Mieszadło centralne |
Położenie instalacji | Przy zewnętrznej ścianie zbiornika | W osi komory |
Główne zastosowanie | OKF, modernizacje, zbiorniki bez mocnego stropu | WKF z możliwością montażu centralnego |
Obciążenie stropu | Ograniczone lub przeniesione na konstrukcję boczną | Napęd i wał obciążają centralną konstrukcję |
Dostęp do napędu | Z zewnętrznego pomostu | Z pomostu lub stropu centralnego |
Układ przepływu | Pomiędzy bocznymi przyłączami | Przez rurę znajdującą się wewnątrz komory |
Możliwość zmiany kierunku | Tak | Tak |
Zastosowanie przy modernizacji | Bardzo korzystne | Zależne od konstrukcji istniejącego stropu |
Zbiorniki metalowe | Korzystny montaż bez obciążania dachu | Wymaga sprawdzenia nośności konstrukcji |
Ostateczny wybór wariantu powinien wynikać z geometrii komory i analizy technologiczno-konstrukcyjnej.
Najczęściej zadawane pytania
Czym mieszadło boczne różni się od centralnego?
Mieszadło centralne znajduje się w osi komory i pompuje osad przez rurę umieszczoną wewnątrz zbiornika. Wersja boczna jest instalowana przy ścianie, a obieg przebiega przez zewnętrzny układ rurowy połączony z komorą.
Czy mieszadło boczne nadaje się do otwartej komory fermentacyjnej?
Tak. Jest to jedno z jego podstawowych zastosowań, szczególnie gdy zbiornik nie ma stropu pozwalającego na montaż mieszadła centralnego.
Czy można zastosować je w zamkniętej komorze?
Tak. Wersja boczna może być stosowana również w WKF, zwłaszcza podczas modernizacji albo gdy centralna część stropu nie może być wykorzystana.
Czy mieszadło pracuje w obu kierunkach?
Tak. Może tłoczyć osad od górnej części ku dnu albo pobierać osad z dolnej strefy i kierować go ku powierzchni.
Czy pomaga w usuwaniu kożucha?
Zmiana kierunku na pompowanie od góry w dół umożliwia pobieranie i zatapianie części pływających oraz kożucha.
Czy nadaje się do gęstego osadu?
Tak, pod warunkiem odpowiedniego doboru. W specjalnych konfiguracjach możliwa jest praca przy suchej masie dochodzącej do około 14%.
Czy wymaga opróżnienia komory podczas serwisu?
Odpowiednio zaprojektowana konstrukcja może umożliwiać wyjęcie mieszadła bez opróżniania zbiornika, a opcjonalnie również bez jego pełnego odgazowania.
Czy można nim zastąpić mieszadła zatapialne?
W wielu instalacjach jest to możliwe, ale wymaga porównania wydajności pompowania, geometrii zbiornika, mocy i oczekiwanej liczby wymian objętości.
Czy można mieszadła boczne zastosować w zbiornikach o dużej średnicy?
Tak, jest to wręcz dedykowane rozwiązanie do zbiorników o średnicach 20-30m a nawet więcej. Wtedy stosuje się 3-4 mieszadła rozmieszczone po obwodzie zbiornika.
Zapytaj o dobór mieszadła bocznego
Prześlij wymiary zbiornika, przekrój komory, zakres poziomu osadu, zawartość suchej masy oraz informacje o istniejącym systemie mieszania.
Na tej podstawie przygotujemy:
- koncepcję obiegu osadu,
- lokalizację przyłączy bocznych,
- dobór liczby i mocy mieszadeł,
- przewidywaną wydajność pompowania,
- wariant materiałowy,
- sposób montażu i serwisu,
- porównanie zużycia energii,
- ofertę techniczno-handlową.
