Założyciel firmy ROPA Hermann Paintner jest jednocześnie rolnikiem oraz eksploatuje w siedzibie firmy w miejscowości Sittelsdorf biogazownię NawaRo z substratami z buraków cukrowych i świńskiej gnojowicy. Planowanie budowy biogazowni rozpoczęło się w roku 2009. Biogazownia ma nie tylko pokryć część własnego zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną na produkcji w firmie ROPA, ale także ma dostarczyć ważną wiedzę na temat właściwości buraka cukrowego jako substratu fermentacyjnego.

Instalacja została oddana do użytku pod koniec roku 2010 jako projekt pilotażowy w postaci urządzenia kogeneracyjnego o mocy 190 kW, a w roku 2012 została rozbudowana w celu uzyskania mocy 550 kW. Biogazowania jest zasilana wyłącznie substratami, które można tłoczyć pompą. Dzięki automatyzacji całkowicie zrezygnowano z doprowadzania substancji stałych. W ciągu ostatnich lat dzięki zgromadzonym doświadczeniom ciągle inwestowaliśmy w najróżniejsze elementy optymalizujące. Między innymi w roku 2017 pierwotny fermentator z dnem stałym został zastąpiony przez wyprodukowany przez nas fermentator z mieszadłem centralnym z odprowadzaniem w dnie.

 

Maszyna siekająca do buraków cukrowych

Zbudowana przez nas maszyna siekająca o przepustowości 300 do 500 t na godzinę

Hermann Paintner zaprojektował własną maszynę siekającą do rozdrabniania buraków cukrowych.
Dozowanie buraków odbywa się za pomocą zasobnika odbiorczego z podłogą przesuwną. Napełnianie zasobnika odbywa się za pomocą ładowarki kołowej lub bezpośrednio poprzez wysypanie przyczepy do zasobnika odbiorczego. Do oddzielania luźnej ziemi i piasku zainstalowano 8 wałków czyszczących z maszyny ROPA Bunkermaus. Maszyna siekająca ma konstrukcję młyna z zamkniętym koszem. Ogromny wirnik z ogławiaczami z Hardoxu ma dobre 2,5 m szerokości. Kosz jest wykonany z Hardoxu i ma średnicę jednego metra, dzięki czemu ma duże gabaryty.

Napęd maszyny siekającej o dużej mocy

Silnik pochodzi z czołgu Leopard

Do napędzania maszyny siekającej zamontowano pierwotnie silnik V10 MTU o mocy 610 kW / 830 KM i pojemności 37,4 litra z czołgu Leopard I – rok produkcji 1979. Przy prędkości obrotowej 1.500 obr./min silnik ten miał moment obrotowy 2.860 Nm.

Poprzednika zastąpił silnik Diesla z kombajnu Tiger 6 i 6S

Z uwagi na ograniczoną dostępność części zamiennych do silnika wojskowego został on ostatecznie zastąpiony nowoczesnym silnikiem VOLVO PENTA TAD1643VE-B 6-cylindrowym silnikiem rzędowym o mocy 796 KM / 585 kW i 16,12 litra pojemności. Ten silnik jest identyczny z silnikiem zamontowanym w kombajnach Tiger 6 oraz Tiger 6S. Ten silnik Diesla z kobajnu Tiger ma maks. moment obrotowy 3.260 Nm już od 1.100 obr./min. W bezpośrednim porównaniu silnik Volvo ma większą moc przy jednoczesnym znacznie niższym zużyciu paliwa. Czynnikiem ograniczającym jest tymczasem taśma transportowa za maszyną siekającą jako element doprowadzający buraki do zbiornika z kiszonką buraczaną.

Przebieg procesu z biogazowni

Na podstawie doświadczeń w biogazowni przy siedzibie firmy ROPA wypracowaliśmy poniższy przebieg procesu kiszenia płynnego, magazynowania i poboru brei z buraków cukrowych.

Zbiory i załadunek jak na potrzeby fabryki cukru
Zbierane są całe buraki z głową, jednak bez liści – stosuje się tutaj proces Micro-Topping (obcinanie liści). Łodygi z liśćmi są usuwane w procesie obcięcia minimalnie przy głowie, aby zredukować niepotrzebne zbieranie ziemie oraz straty z tytułu oddychania podczas składowania w kopcu. Najlepiej jest składować buraki w kopcu minimum przez tydzień, aby ziemia obeschła, co pozwoli na oczyszczenie buraków z większości ziemi w maszynie Maus. Transport do biogazowni odbywa się za pomocą traktorów z przyczepami lub samochodów ciężarowych.

 

Maszyny siekające do produkcji drobnej i jednolitej masy buraczanej
W biogazowni buraki cukrowe są rozdrabniane na jednolity i drobny mus za pomocą samodzielnie skonstruowanej maszyny siekającej, następnie transportowane do silosu za pomocą przenośnika taśmowego. Świadomie zrezygnowano z pracochłonnego mycia z uwagi na koszty i wydajność pracy. W postaci płynnej brei mus samoczynnie rozprowadza się po silosie i w trakcie dalszego kiszenia zmienia się w płyn. Główna zasasa rozdrabniania - im drobniej, tym szybszy rozkład i tym lepiej.

Wielokrotne napełnianie z uwagi na ograniczone zdolności magazynowe
Z uwagi na to, że okrągły zbiornik ma pojemność ograniczoną do 6.000 t, pierwsze buraki są umieszczane w silosie we wrześniu. Ostatnia partia jest składowana w kopcu do lutego/marca ze względu na brak miejsca. Wskutek wielokrotnego napełniania, w zależności od plonu nawet 12.000 t buraków rocznie jest zamienianych na prąd elektryczny.

 

Zbiornik magazynowy – konstrukcja kwasoodporna
Płynne buraki cukrowe w silosie robią się wyjątkowo kwaśne i mają silne działanie korozyjne. Po zakończeniu przechowywania w silosie wartość pH wynosi między 3,2 a 3,5. Kwaśna breja buraczana działa żrąco na niezabezpieczony beton. Dlatego niezbędny jest silos magazynowy odporny na kwasy. Zbiornik magazynowy o średnicy 30 m i wysokości 8 m jest odlany z lokalnego betonu. W celu ochrony przed kwasem ściany wewnętrzne zostały wyłożone folią PU. Dno zbiornika opada do środka pod kątem 15 stopni. Nie jest do wystarczające do całkowitego opróżnienia, do tego celu byłby potrzebny większy spadek.

Kiszenie, mieszanie i oddzielenie mieszaniny
Podczas pierwszej fazy kiszenia wyraźnie widać oddzielenie się mieszaniny. Teln, który dostał się do zbiornika, zostanie wchłonięty. Powstaje dwutlenek węgla, który częściowo ulatnia się na powierzchnię w postaci „bąbli”.
Bezpośrednio po umieszczeniu w silosie można stwierdzić pewne zwiększenie objętości. Dlatego w żadnym razie nie wolno za jednym razem zapełniać zbiornika magazynowego do górnej krawędzi! Kilka dni po zwiększeniu objętości substrat ponownie się osadza i można uzupełnić zbiornik. W stadium mieszania z dna zbiornika można odpompować jedynie ciecz, ponieważ kawałki buraków unoszą się do góry – jak bułka tarta w wodzie gazowanej. W ciągu kiszenia breja buraczana coraz bardziej się osadza, robi się rzadsza i coraz bardziej jednolita.

W instalacji pilotowej efekt oddzielania się mieszaniny jest szczególnie widoczny, ponieważ również podczas umieszczania w silosie breja buraczana jest pobierana do eksploatacji instalacji. Ponadto zimą zbiornik jest wielokrotnie napełniany zimnymi burakami, co prowadzi do tego, że mieszanie podczas kiszenia trwa bardzo długo.  
Dygresja: przenoszenie do innych instalacji byłoby korzystne, gdyby breja buraczana po umieszczeniu w silosie była pozostawiona na parę tygodni do zakiszenia. W miesiącach zimowych do lutego można bez problemu wrzucać świeże buraki poprzez doprowadzanie ciał stałych. Jednak wraz ze wzrostem temperatur wiosną straty z tytułu oddychania w kopcu buraków zwiększają się na tyle, że dodawanie świeżych buraków cukrowych nie ma już sensu. Do zasilania przez cały rok od lutego do września kiszenie brei jest jedną z najlepszych i minimalizujących straty form magazynowania.

 

Pobór brei buraczanej z najwyższej warstwy
W konsekwencji oddzielania się mieszaniny i ciągłego napełniania oraz pobierania z silosu magazynującego firma ROPA w taki sposób zmodyfikowała pobór kiszonki, że możliwe jest odpompowywanie do wyboru z różnych wysokości, zwłaszcza w pobliżu powierzchni. Pompa pobierająca wisi obecnie na dźwigu i zasysa kiszonkę około metra pod powierzchnią. Dzięki temu najczęściej pobierany jest bardziej różnorodny i zmieszany materiał. Ponieważ warstwa przy powierzchni przez pewien czas jest gęsta i zawiesita, za pomocą osobnego przewodu pompowego bezpośrednio za pompą odpompowującą dopompowuje się nieco pozostałości po fermentacji/cieczy z fermentatora, aby ułatwić jej przepompowywanie.

 

Fermentator biogazowy z dużym mieszadłem centralnym

Fermentator z wyprodukowanym przez nas mieszadłem i mechanizmem usuwania piasku

W roku 2017 został zbudowany i uruchomiony nowy fementator z mieszadłem o średnicy 16 m i wysokości 10 m. Jednocześnie zostały wyłączone z eksploatacji trzy wysokie fermentatory z dnem stałym o pojemności 210 m³, ponieważ małe fermentatory z dnem stałym były problematyczne w eksploatacji instalacji. W wyniku niewielkiej objętości te trzy wieże miały niewielką pojemność buforową oraz były wrażliwe na świeży substrat lub wahania temperatury.

Dzięki fermentatorowi o pojemności 2.000 m³ biogazownia o mocy 550kW jest elastyczna i zoptymalizowana pod kątem ciepła, ponieważ ten fermentator „eliminunje problemy“ i dobrze znosi nawet duże ilości świeżo umieszczonych w silosie buraków cukrowych, lub chwilowo mocno zwiększone dawki dzienne.

Najważniejszym elementem jest skonstruowane przez samego Hermanna Paintnera centralne mieszadło z mechanizmem odprowadzania piasku. Solidna konstrukcja mieszadła umożliwia całkowite przemieszanie po kilku obrotach. Za pomocą agregatu hydraulicznego z 4 silnikami hydraulicznymi napędzany jest potężny zębaty wieniec obrotowy o średnicy 2.300 mm. Wieniec obrotowy przenosi siłę na ramiona centralnego mieszadła o szerokości 15,6 m.

 

W celu jeszcze lepszego przemieszania, między jednym i drugim ramieniem mieszadła zamontowana jest sztywna oś z łopatkami mieszającymi. W pobliżu dna zamontowane jest trzecie ramię do odprowadzania ziemi. Przymocowane do niego pod kątem płaskowniki zgarniające wypychają ziemię i osad na zewnątrz. Zewnętrzny zabierak zgarnia osad do niecki w dnie pojemnika. Ziemia, ciała obce i osad są wypychane na zewnątrz fermentatora za pomocą ślimaka napędzanego hydraulicznie. Najniżej położone ramię odprowadzające ziemię obraca się swobodnie. Ramię odprowadzające obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Oba ramiona mieszadła obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Za pomocą sterownika instalacji można ustawić czas i liczbę interwałów mieszania oraz czyszczenia. Dzięki zastosowaniu centralnego mieszadła z mechanizmem odprowadzania piasku nie jest potrzebne czasochłonne czyszczenie zbiornika, a jego pojemność użytkowa nie jest zmniejszona wskutek osadów.