Technik und BetriebLeitfaden
Pumpen in der Biogasanlage: Verdränger-, Kreisel- und Schneidpumpen — wie man wählt
Das Umpumpen von Gülle, Fermentersuspension und Gärrest ist eine Aufgabe für mehrere Pumpentypen. Wir stellen Merkmale, Anwendungen, Verschleiß und typische Störungen zusammen.
In der Biogasanlage fördern Pumpen Gülle, Suspension zwischen den Fermentern, Gärrest und technologische Flüssigkeiten. Für dichte, faserige Medien werden in der Regel Verdrängerpumpen (Drehkolben-, Exzenterschneckenpumpen) eingesetzt, für dünnere Medien und große Durchflüsse — Kreiselpumpen mit Schneidwerk; die Wahl hängt von Trockensubstanz, Faser- und Sandgehalt, Druck und der erforderlichen Dosiergenauigkeit ab. Wichtiger als der Typ sind Redundanz und der Schutz vor Fremdkörpern.
Pumpentypen und Anwendungen
| Typ | Anwendung | Stärken | Schwächen |
|---|---|---|---|
| Drehkolbenpumpen (rotary lobe) | Förderung von Suspension, Dosierung flüssiger Substrate | hohe Leistung, Umkehrbarkeit der Richtung, zerkleinerte Fasern | Verschleiß von Kolben und Gehäuse durch Sand, Empfindlichkeit gegenüber Fremdkörpern |
| Exzenterschneckenpumpen (progressive cavity) | dichte Suspensionen, hoher Druck, Dosierung | genaue Dosierung, hoher Druck | Verschleiß von Rotor und Stator, Trockenlauf zerstört |
| Kreiselpumpen mit Schneidwerk | Suspensionen mit niedriger Trockensubstanz, Umpumpen | hohe Leistung, einfacher Aufbau | Wirkungsgradabfall bei dichten Medien, Verschleiß durch Sand |
| Tauchpumpen | Vorgruben, Schächte | einfache Installation | begrenzte Auswahl, Service erfordert Ausbau |
| Membran-, Kolbenpumpen | Spezialanwendungen | hoher Druck | höhere Kosten und Komplexität |
Auswahlfaktoren
- Trockensubstanz — Gülle 6–10% TS, Suspension im Fermenter etwa 6–12%, je nach Anlage; höhere Werte erfordern Verdrängerpumpen.
- Fasern — Stroh, Gras, Mist erfordern Zerkleinerer oder Schneidpumpen.
- Fremdkörper und Sand — Steine, Metalle und Sand zerstören die Laufräder; setzen Sie Steinabscheider, Magnete und Sedimententfernung ein.
- Erforderlicher Druck und Fördermenge — Förderhöhe, Länge der Rohrleitungen.
- Dosiergenauigkeit — Exzenterschnecken- und Drehkolbenpumpen haben eine lineare Abhängigkeit des Durchflusses von der Drehzahl.
- Temperatur und Aggressivität — korrosionsbeständige Materialien (H₂S, Säuren).
- Verfügbarkeit von Teilen und Service.
Auswahlbeispiel
Aufgabe: Umpumpen von 40 m³/h Suspension mit einer TS von ca. 9% über eine Entfernung von 80 m bei einem Höhenunterschied von 5 m. Eine Drehkolbenpumpe mit entsprechender Leistung und einem Antrieb mit regelbarer Drehzahl gewährleistet einen stabilen Durchfluss und die Möglichkeit, die Richtung bei einer Verstopfung umzukehren. Für dieselbe Aufgabe wäre bei einer TS von 4% eine Kreiselpumpe mit Schneidwerk im Betrieb günstiger. Die Auswahl ist durch Berechnung der Widerstände (Rohre, Bögen, Ventile) und anhand der Pumpenkennlinie zu verifizieren.
Energieverbrauch
Pumpen verbrauchen Energie proportional zur Fördermenge und zu den Widerständen. Begrenzt wird er durch: passenden Durchmesser der Rohrleitungen (zu kleine erhöhen die Widerstände), kürzere Trassen, Drehzahlregelung (Frequenzumrichter) und Vermeidung des Betriebs mit Drosselklappe.
Typische Störungen
| Störung | Ursache | Vorbeugung |
|---|---|---|
| Verstopfung | Fasern, Fremdkörper | Zerkleinerer, Abscheider, Richtungsumkehr |
| Verschleiß von Rotor/Stator | Sand, Abrieb | Sandabscheidung, geeignetes Material, Inspektionen |
| Trockenlauf | fehlendes Medium | Füllstandssensoren, Schutzeinrichtungen |
| Undichtigkeit der Dichtungen | Verschleiß, ungeeignete Auswahl | Wechselplan, Reserve |
| Kavitation | zu große Saughöhe | Saugsystem, Durchmesser |
| Überhitzung | Pumpen gegen geschlossenes Ventil | Temperaturschutz |
Gute Praxis
- Installieren Sie eine Reservepumpe in kritischen Leitungen (Dosierung, Rezirkulation).
- Sorgen Sie für Absperrventile, Entwässerungen und die Möglichkeit zum Spülen.
- Führen Sie einen Betriebsstundenzähler und einen Inspektionsplan.
- Überwachen Sie den Motorstrom als Indikator für Verschleiß oder Verstopfung.
- Verwenden Sie bei Rohrleitungen in explosionsgefährdeten Bereichen Geräte mit entsprechender Kennzeichnung.
- Halten Sie einen Vorrat der am schnellsten verschleißenden Teile bereit.
Eine vernünftige Pumpenauswahl und konsequenter Service verringern die Zahl der Stillstände, die in der Biogasanlage entgangene Einnahmen und Prozessstörungen bedeuten.
Zerkleinerer und Fremdkörperabscheidung
Ein Zerkleinerer vor der Pumpe verringert das Verstopfungsrisiko, verbraucht aber Energie und unterliegt selbst dem Verschleiß der Messer. Vor Verdrängerpumpen werden Steinabscheider, Magnete für Metalle und ein Sieb oder Korb zum Auffangen großer Teile empfohlen. Die Kosten für deren Reinigung sind gering im Vergleich zur Reparatur einer Pumpe oder zum Stopp der Dosierung.
Inspektionen und Ersatzteile
Legen Sie einen Zeitplan fest: Kontrolle des Zustands der Dichtungen alle paar Monate, Messung von Spiel und Druck halbjährlich, Austausch der Arbeitselemente nach Betriebsstunden. Halten Sie einen kompletten Dichtungssatz, einen Satz Arbeitselemente für kritische Pumpen und die Kontaktdaten des Service vorrätig. Der Ausfall einer Dosierpumpe stoppt die gesamte Anlage, daher ist eine Reserve günstiger als ein Stillstand.
Steuerung und Frequenzumrichter
Der Einsatz von Frequenzumrichtern ermöglicht es, die Fördermenge ohne Drosselung an den Bedarf anzupassen, und verringert die Anlaufströme. Bei Verdrängerpumpen ist die Drehzahlregelung die Grundlage der Dosierung, und die Ablesung von Strom und Druck auf der Druckseite ein einfaches Diagnosewerkzeug: Ein allmählicher Stromanstieg bei gleicher Fördermenge bedeutet in der Regel Verschleiß der Arbeitselemente oder zunehmende Ablagerungen.
