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Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorwärmen von Holzschnitzeln vor dem
Dämpfen dieser Schnitzel mit dem Ziel, die Wärmeökonomie zu verbessern. Unter Holzschnitzeln sollen hier und in der Folge Schnitzel verstanden werden, die durch Zerkleinern von Holzstämmen erhalten werden und die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Zellulosezellstoffen unter
Anwendung bekannter chemischer, halbchemischer, chemisch-mechanischer und mechanischer Ver- fahren, wie Sulfitverfahren, Sulfatverfahren, Refiner-Verfahren und thermomechanische Methoden, verwendet werden. Die Erfindung eignet sich somit für die Vorbehandlung des Ausgangsmaterials, das sind die Holzschnitzel, in Zellulosezellstoff--Herstellungsverfahren.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Zellulosezellstoffen werden die Schnitzel mit Dampf behandelt, um
Chemikalien, die in der Folge in den Prozess eingeführt werden, das Eindringen und Diffundieren in die Schnitzel zu erleichtern, während gleichzeitig die Freisetzung von Lignin, Harzen u. dgl. aus den genannten Schnitzeln erleichtert werden soll.
In der Literatur sind auch andere Vorbehandlungsmethoden beschrieben. So lehrt die SE-PS Nr. 149053 ein gleichzeitiges Befeuchten (Feuchtigkeitsausgleich) und Transportieren von
Holzschnitzeln zum Kopf eines Aufschlusskessels oder zu Schnitzelbehältern oder Silos oder zu einem
Dämpfgefäss. In diesem Falle werden die Schnitzel in Wasser bewegt, das mit frischem Dampf auf 30 bis 400C erwärmt worden ist und das eine geringe Menge an Alkali enthalten kann.
Diese Vorgangsweise erfordert jedoch die Anordnung spezieller Vorrichtungen und beinhaltet einen Verbrauch von aufwendigem Frischdampf. Darüber hinaus werden die Schnitzel vollständig gesättigt, was eine anschliessende Imprägnierung der Schnitzel mit Kochlauge erschwert, und führt überdies zum Einbringen einer unnötigen, grossen Wassermenge in den Prozess. Hiedurch wird die Konzentration der Ablauge, und damit im Zusammenhang stehend, die Wärmeökonomie und die Chemikalienrückgewinnung negativ beeinflusst.
Die SE-PS Nr. 227648 lehrt eine Methode zum Erwärmen von Schnitzeln, die in Freilagern bei Temperaturen um OOC oder darunter gelagert sind, um ein gleichmässigeres Pulpenrohmaterial zu erzeugen. Dies wird dadurch erreicht, dass heisse Luft oder Dampf in den Boden der entsprechenden Lager eingeblasen wird, um eine wünschenswerte enzymatische Hydrolyse der extraktiven Substanzen des Holzes in Gang zu setzen, welche Hydrolyse, zufolge ihres exothermen Reaktionsverlaufes, die Temperatur im gesamten Lagerstapel anzuheben im Stande ist.
In dieser Weise wird die Bodenschicht der Schnitzel vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 1 und 5 C, allerhöchstens auf 30 C erhitzt, u. zw. üblicherweise durch Einführen von Dampf (Heissluft) in den Stapel während kurzer, wiederholter Perioden mit dazwischenliegenden, vorgegebenen Intervallen, wobei ein Röhrensystem zur Anwendung gelangt, das im Boden des genannten Stapels angeordnet ist. Nach der Lagerung verlieren die Schnitzel jedoch ihre gesamte Wärme beim Transport zum Aufschlussgefäss. Nach dieser bekannten Methode wird kein Vorwärmen von Holzschnitzeln in einer wärmesparenden Art erreicht, wie dies im Zuge der Erfindung angestrebt wird.
Es ist auch bekannt, Holzschnitzel in einer Stufe von etwa 0 auf 950C in einem Schnitzelbehälter vorzuwärmen, indem in die Schnitzel sogenannter Sekundärdampf eingeblasen wird, der eine etwas über 1000C liegende Temperatur aufweist. Diese Vorgangsweise ist vom Gesichtspunkt der Wärmeökonomie aus gesehen jedoch nicht zufriedenstellend, weil diese Dampfart einen Wärme- ökonomiewert besitzt, der demjenigen Wert von Frischdampf nahekommt. Darüber hinaus werden die aus dem Schnitzelbehälter verdrängte Luft und die begleitenden flüchtigen organischen Bestandteile, die von den Holzschnitzeln abgetrieben werden, in die umgebende Atmosphäre abgegeben, was vom Standpunkt des Umweltschutzes aus unannehmbar ist, zumal die abgehenden Gase auch ein Feuer- und Explosionsrisiko verursachen.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Vor dem Hintergrund der anfallenden hohen Energiekosten wurden in der Zellstoffindustrie Versuche unternommen, die Wärmeökonomie der angewendeten Verfahren zu verbessern. In diesem Zusammenhang werden jene Operationen, die einen sehr hohen Temperaturabfall beinhalten, als
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erste in Angriff genommen, weil bei solchen Operationen die grössten Energiemengen gespart werden können. Eine solche Operation ist das Vorwärmen von Holzschnitzeln mit Frischdampf in einem
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- technischen Aspekt, als auch unter einem thermisch-ökonomischen Aspekt falsch ist.
Seit einigen
Jahren werden die Holzschnitzel von bestimmten Zellstoffproduzenten in zwei Stufen vorgewärmt, wobei in der ersten Stufe Dampf mit einer Temperatur von geringfügig über 100 C zum Einsatz kommt und in der zweiten Stufe Dampf mit 1250C verwendet wird. Wenngleich dies eine verbesserte
Lösung darstellt, führt diese Vorgangsweise noch nicht zu einer befriedigenden Wärmeökonomie.
Lösung
Die vorstehend erwähnten Probleme werden mittels der Erfindung gelöst, die sich auf ein Verfahren zum Vorwärmen von Holzschnitzeln vor dem Dämpfen der Schnitzel bezieht, in welchem Verfahren die Schnitzel während des Vorwärmprozesses in einer oder im mehreren Stufen auf zunehmend höhere Temperaturen erhitzt werden, wonach die Schnitzel abschliessend in dem Dämpfgefäss auf eine Temperatur von etwa 120 C erhitzt werden.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in der ersten Vorwärmstufe und in der unmittelbar an die erste Stufe anschliessenden Stufe, bzw. in den unmittelbar anschliessenden Stufen, die Schnitzel direkt mit feuchtigkeitsgesättigter heisser Luft erwärmt werden, die gewünschtenfalls mit einem inerten oder neutralen Gas vermischt ist, wobei die genannte heisse Luft auf eine Temperatur von 55 bis 99 C, vorzugsweise 70 bis 90 C erhitzt worden ist.
Das Vorwärmen der Schnitzel gemäss der Erfindung wird vorzugsweise in einem Schnitzelbehälter ausgeführt, der sich in der Zellstoffabrik befindet und üblicherweise vor und über dem Dämpfkessel angeordnet ist. Die Schnitzel werden kontinuierlich in dem Behälter beim Einbringen in diesen Behälter mittels heisser, feuchtigkeitsgesättiger Luft, die in den Behälter eingeblasen wird, vorgewärmt, wobei die Temperatur der Schnitzel zunehmend höher wird, während die Schnitzel durch den Behälter nach unten geführt werden. Wenn die Schnitzel den Boden des Behälters erreichen und die letzte Lufteinfuhrstelle passiert haben, an welcher Sekundärdampf mit einer Temperatur von mindestens 1000C eingeblasen werden kann, so hat die Temperatur der Schnitzel üblicherweise etwa 95 C erreicht.
Das restliche Erhitzen der Schnitzel auf etwa 120 C wird in dem Dämpfgefäss mittels dort eingeblasenem Frischdampf bewirkt. Wenn die Schnitzel zur Herstellung von chemischem Zellstoff verwendet werden sollen, werden die heissen Schnitzel aus dem Dämpfgefäss direkt nach unten in einen Aufschlussbehälter weitergeführt.
Die zum Vorwärmen der Schnitzel verwendete Luft wird zweckmässig in einer Kontaktvorrichtung erhitzt, in welcher heisses Wasser oder heisses Kondensat im Gegenstrom zur Luft geführt wird. Das Kondensat hat zweckmässig eine Temperatur von etwa 80oC, bevor es seine Wärme auf die im Gegenstrom passierende Luft abgibt. Das abgekühlte Kondensat wird kontinuierlich zu einem direkten Kondensator zurückgeführt, in welchem es auf eine Temperatur von etwa 80 C wieder erhitzt wird, beispielsweise unter Anwendung von Vakuumdampf, der von verschiedenen Stationen in einer Eindampfstation abgezogen worden ist.
Beim Durchtreten der Luft durch die Kontaktvorrichtung in Gegenstrom zum heissen Kondensat oder Wasser wird sie gleichzeitig gewaschen, was in jenen Fällen von Bedeutung ist, in welchen die Luft im Anschluss an die Wärmeabgabe an die Schnitzel im Schnitzelbehälter zur Kontaktvorrichtung zurückgeführt wird, um wieder erwärmt und in dem genannten Behälter wieder verwendet zu werden. Diese Rückführung der Vorwärmluft ist vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes aus gesehen besonders vorteilhaft und wird üblicherweise im erfindungsgemässen Verfahren angewendet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die die Wärmeökonomie des Verfahrens weiter verbessert, wird die zum Vorwärmen der Schnitzel in dem Schnitzelbehälter verwendete Luft in einer Lufterwärmungsanlage erhitzt, die eine Mehrzahl von indirekt wirkenden, zusammengebauten Kondensatoren und Mittel zur Zufuhr von Sprühwasser zur genannten Luft umfasst, um die Luft mit Feuchtigkeit zu sättigen. Die Wärmeenergiezufuhr zu der Lufterwärmungsanlage erfolgt beispielsweise aus einer Eindampfstation, indem zu den einzelnen Kondensatoren niedriggrädiger Vakuumdampf zugeführt wird, der von zueinander unterschiedlichen Stufen in der genannten Eindampfstation abgezogen wird. Gemäss dieser Ausführungsform wird die gesättigte
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Vorteile
Wird das Verfahren gemäss der Erfindung angewendet, so sind die damit verbundenen Energiekosten sehr niedrig, weil ein grosser Teil der zum Erwärmen der Schnitzel auf etwa 125 C erforderlichen Wärme durch Abwärme abgedeckt wird, die somit einen nützlichen Wert erhält, wobei die genannte Abwärme zweckmässig in Form von niedriggrädigem Vakuumdampf vorliegt, der beispielsweise aus einer Eindampfstation entnommen werden kann. Vakuumdampf mit einer Temperatur von 60 C, der von einer Eindampfstufe abgezogen wird, wird anderseits als Abwärme angesehen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass im Vergleich mit einer direkten Erwärmung der Schnitzel mit heissem Wasser die erfindungsgemäss behandelten Schnitzel nicht mit Wasser während der Behandlung gesättigt werden, was seinerseits zur Verbesserung der Imprägnierung der Schitzel in einer nachfolgenden Stufe und zu einer höheren Qualität des fertigen Zellstoffes beiträgt. Ein zusätzlicher Faktor liegt in diesem Zusammenhang darin, dass Luft und flüchtige organische Komponenten während der Behandlung der Schnitzel nach dem erfindungsgemässen Verfahren aus den Schnitzeln verdrängt werden.
Ein weiterer Vorteil ist darin gelegen, dass die durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielbare Energieeinsparungen zu einer Verminderung der Menge an Frischdampf führen, der dem Dämpfgefäss zugeführt werden muss.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 veranschaulicht schematisch das heutzutage. gebräuchlichste System zum Dämpfen von Holzschnitzeln. In dem veranschaulichten System wird Flash-Dampf mit einer Temperatur von etwa 125 C, der aus einem Flash-Tank I (in Fig.1 mit --2-- bezeichnet) entnommen wird, durch eine Leitung-l-in ein Dämpfgefäss --4-- geleitet. Frischdampf wird ebenfalls dem Dämpfgefäss zugeführt, u. zw. durch eine Leitung --3--. Die Schnitzel werden im Dämpfgefäss --4-- auf eine Temperatur von etwa 1200C erwärmt, wonach die gedämpften Schnitzel durch ein Zellenrad --13-einem Kocher zugeführt werden, wie dies durch das Bezugszeichen --5-- angedeutet ist. Aus den Kochern abgezogene heisse, dünne Lauge wird über eine Leitung --34-- dem Flash-Tank I zugeführt.
Die Lauge in dem Flash-Tank I wird über eine Leitung --7-- einem Flash-Tank II zugeführt, der in Fig. 1 mit --11-- bezeichnet ist. Die Schnitzel werden dem Dämpfkessel-4-- aus einem Schnitzelbehälter oder Silo --6-- zugeführt, der über dem genannten Dämpfkessel angeordnet ist, u. zw. mittels eine Zellenrades --12--. Der Dampf aus dem Flash-Tank II wird nicht zum
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--8-- in- überführt.
In Fig. 2 ist schematisch eine weitere bekannte Verfahrensweise dargestellt, gemäss welcher Schnitzel im Schnitzelbehälter --6-- mit Sekundärdampf mit einer Temperatur von etwa 1050C erwärmt werden, welcher Dampf über eine Leitung --14-- in den Behälter --6-- eingebracht wird.
Der Sekundärdampf kann beispielsweise aus einer Eindampfstation oder aus einem Flash-Tank stammen. Das endgültige Erhitzen der Schnitzel (Dämpfen) auf etwa 120 C wird im Dämpfkessel --4--
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l,Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Durch Abziehen von Vakuumdampf aus einem Voreindampfer --15--, beispielsweise einer Lockman- - Säule, an unterschiedlichen Niveaus über Leitungen --16, 17,18 und 19-- wird Kondensat, das über eine Leitung --30-- einem Direktkondensator --28-- zugeführt wird, in diesem Kondensator von einer Temperatur von etwa 50 C auf eine Temperatur von etwa 800C erwärmt. Das erhaltene heisse Kondensat wird dann durch eine Leitung --29-- einem Lufterhitzer --31-- zugeführt, in welchem verhältnismässig kühle, in den Erhitzer über eine Leitung --33-- eingebrachte Luft im Gegenstrom zum heissen Kondensat durchtreten gelassen wird, das in den Erhitzer --31-- über eine Leitung --29-- eintritt. In dieser Weise wird die Luft von etwa 40 auf etwa 70 C erwärmt, während sie gleichzeitig gewaschen wird.
Der Lufterhitzer --31-- hat die Form einer Gegenstrom- - Kontaktvorrichtung, aus welcher feuchtigkeitsgesättigte heisse Luft, die über eine Leitung --32-abgezogen wird, einem Schnitzelbehälter oder Silo --6-- zugeführt und in den unteren Teil des Behälters eingeblasen wird.
Zufolge Kondensation und Konvektion wird die heisse, feuchtigkeitsgesättigte Luft in dem Schnitzelbehälter von ihrer Eintrittstemperatur von etwa 70 auf etwa 40 C abgekühlt, während gleichzeitig die Schnitzel in dem Behälter --6-- auf eine Temperatur von etwa 600C erwärmt werden, was etwa 30 bis 50% der insgesamt erforderlichen Vorwärmung ausmacht.
Das restliche Er-
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atur von etwa 105 C eingeblasen wird, der vom oberen Teil des Eindampfers --15-- abgenommen wird, und zum Teil im Dämpfkessel-4-- mit Hilfe von Flash-Dampf, der über Leitung --1-zugeführt wird und eine Temperatur von etwa 125 C aufweist, gemeinsam mit einer erforderlichen Menge an Frischdampf, der über Leitung --3-- zugeführt wird, um den Schnitzeln eine Temperatur von etwa 1200C zu erteilen.
Die im Schnitzelbehälter --6-- abgekühlte Luft wird über eine Leitung --33-- abgezogen und über den Lufterhitzer --31-- zu dem genannten Behälter zurückgeführt. Ähnlich zu den in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Systemen wird heisse, aus den Kochern abgezogene Dünnlauge über eine Leitung --34-- zum ersten Flash-Tank --2-- zugeführt. Der Dampf aus dem zweiten Flash-Tank --11-- wird über eine Leitung --8-- zu dem Kondensator - geleitet, worin dieser Dampf zum Erwärmen von voreingedampfter Lauge dient, die in den Kondensator-9-- über die Leitung --26-- eintritt.
Die nunmehr heisse Lauge wird aus dem Kondensator --9-- zum Kopf des Voreindampfers --15-- über eine Leitung --35-- geführt. Die
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vom Dampf in dem zweiten Flash-Tank --11-- getrennte Dünnlauge wird in ähnlicher Weise zum Kopf des Voreindampfers --15-- über eine Leitung --10-- zugeführt. Die am Boden des Voreindampfers --15-- erhaltene voreingedampfte Lauge wird stufenweise durch die Wärmeaustauscher im Voreindampfer --15-- nach oben geleitet, u. zw. über Rohre --20, 21,22, 23 und 24--. Ein bestimmter Anteil an voreingedampfter Lauge wird kontinuierlich abgenommen und zu einer Endeindampfstufe über eine Leitung --25-- geführt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Es sind zahlreiche zweckmässige und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung möglich und die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten und verfügbaren Vorrichtungen sind in jedem Falle von entscheidendem Einfluss auf die ausgewählte Ausführungsform. Die von einem thermisch-ökonomischen Gesichtspunkt aus vorteilhafteste Ausführungsform ist jene, die im Anspruch --3-- hervorgehoben ist und auf den Seiten 4 bis 6 der Beschreibung ausgeführt ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ergibt sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel.
Beispiel 1 : In diesem Beispiel werden die in Fig. 1 (Vergleichsmethode A) und in Fig. 2 (Vergleichsmethode B) veranschaulichten bekannten Verfahren mit der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung (Methode C) verglichen.
Bei allen drei Verfahren werden ähnliche Holzschnitzel mit einem Trockengehalt von 50% eingesetzt und die Vergleiche werden auf der Basis der folgenden Werte gezogen :
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<tb>
<tb> Zellstoffproduktion <SEP> 750 <SEP> t/Tag <SEP> (90%)
<tb> Kochausbeute <SEP> 50%
<tb> Trockenholzgehalt <SEP> 50% <SEP>
<tb>
Die Menge an trockenem Holz = Menge an Wasser = 750. 0, 90 = 56, 3 t/h
24 0, 50
CPHolz=1,45kJ/kg C.
Die zum Erwärmen der Schnitzel von 0 auf 1200C erforderliche Wärmemenge beläuft sich somit auf
56, 3 (4, 2 + 1, 45). 120 : : : 38200 MJ/h.
In der Vergleichsmethode A (veranschaulicht in Fig. l) wurden die Schnitzel in einer Stufe im Dämpfkessel --4-- vorgewärmt, wobei Flash-Dampf-l-zusammen mit Frischdampf --3-verwendet wurde.
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peratur von etwa 95 C und hierauf im Dämpfkessel --4-- mit Flash-Dampf --1-- und Frischdampf - auf eine Endtemperatur von etwa 120 C. Zum Erwärmen der Schnitzel auf 950C im Schnitzelbehälter waren 30250 MJ/h erforderlich, was 13, 5 t/h Sekundärdampf mit einer Temperatur von 1050C entspricht. Die erforderliche Menge an Flash-Dampf --1-- und Frischdampf --3-- konnte in diesem Falle entsprechend vermindert werden.
Wenn der Wert des Sekundärdampfes --14-- mit 80% des Wertes von Frischdampf angenommen wird, so betragen die entsprechenden Einsparungen an Frischdampf etwa 2, 7 t/h.
Nach der Methode C (die erfindungsgemässe Methode, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist) wurden die Schnitzel in drei Stufen erwärmt, wovon die ersten beiden Stufen im Schnitzelbehälter - und die dritte Stufe im Dämpfkessel --4-- ausgeführt wurden. In der ersten Erwärmungsstufe wurden die Schnitzel mit feuchtigkeitsgesättigter heisser Luft --32-- aus dem Lufterhitzer - auf eine Temperatur von etwa 60 C erwärmt. Die hiefür erforderliche Wärmemenge entsprach 8,8 t/h Frischdampf. Das fortgesetzte Erwärmen der Schnitzel auf eine Temperatur von etwa 95 C wurde durch Einblasen von Sekundärdampf --27 -- mit einer Temperatur von etwa 105 C in den
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Boden des Schnitzelbehälters ausgeführt. Der hiefür erforderliche Dampf belief sich auf 4, 7 t/h.
In diesem Falle konnten die Mengen an Flash-Dampf --1-- und Frischdampf --3--, die in der dritten Erhitzungsstufe im Dämpfkessel-4-- verwendet wurden, um 13, 5 t/h vermindert werden.
Wenn der Wert des Sekundärdampfes --27-- mit 80% des Wertes von Frischdampf berechnet wird, so belaufen sich die entsprechenden Einsparungen von Frischdampf in diesem Falle auf 9, 7 t/h.
Die Dampfeinsparungen und die entsprechenden Kosteneinsparungen, die durch die beiden Methoden B und C im Vergleich mit der üblichen Vorgangsweise (Methode A) erzielt werden, sind in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Einsparung <SEP> an <SEP> Kosteneinsparung
<tb> Dampf, <SEP> t/h <SEP> Mkr/Jahr
<tb> Vergleichsmethode <SEP> A <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Vergleichsmethode <SEP> B <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Methode <SEP> C <SEP> (erfindungsgemäss) <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, können beträchtliche Einsparungen an Dampf und daher entsprechende Einsparungen an Betriebskosten erzielt werden, wenn das erfindungsgemässe Verfahren angewendet wird. Diese Einsparungen sind selbst dann beträchtlich, wenn sie mit der besten bekannten Methode, die durch die Vergleichsmethode B dargestellt wird, verglichen werden. Der Wert der wärme-ökonomischen Methode gemäss der Erfindung steigt mit Zunahme der Energiekosten noch weiter an.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Vorwärmen von Holzschnitzeln vor dem Dämpfen der Schnitzel, wobei die Schnitzel während des Vorwärmprozesses in einer oder in mehreren Stufen auf zunehmend höhere Temperaturen erwärmt werden, worauf die Schnitzel abschliessend in einem Dämpfgefäss auf eine Temperatur von etwa 120 C erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Vorwärmstufe und in der unmittelbar an die erste Vorwärmstufe anschliessenden Stufe bzw. in den anschliessenden Stufen die Schitzel direkt mit feuchtigkeitsgesättigter heisser Luft erwärmt werden,
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Sekundärdampf erhitzt werden.