Verfahren zum Betriebe einer Anlage zur Gewinnung von Roh- oder Weif@zucker aus Rüben oder Zuckerrohr, sowie Einrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.
I)ie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe einer Anlage zur Gewinnung von Roh- oder AVeisszueker aus Rüben oder Zukkerrohr, die eine Eindampfstation, eine Kochstation, sowie weitere Heizdampf benötigende Apparaturen, wie Vorwärmer und allenfalls eine Diffusionstation, aufweist. Die Erfindung betrifft im weiteren eine Einrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.
In den Kosten der Zuekergewinnuno aus Rüben oder Zuckerrohr spielen die Auslagen für die Erzeugung des benötigten Dampfes bzw. der benötigten Wärme eine gewiehtige Rolle. In Zuekerfabriken üblicher Anordnung wird die Energie zum Betrieb der vielen Alo- toren der Fabrik mit Gegendruck-Dampf- maschinen oder -Turbinen, also ebenfalls aus Wärme, gewonnen. Das Bestrehen der Zuckerfachleute ging daher immer auf Verbesserun- gen der Dampfwirtschaft.
Die Aufgabe der Zuckergewinnung besteht bekanntlich im wesentlichen darin, aus dünnen Zuckersäften den festen kristallinen Zukker zu erhalten, wobei neben einer chemischen Reinigung der Säfte als IIauptprobleni das Verdampfen des AVassers besteht. Dieses ANTeg- dampfen geschieht in zwei Stufen, nämlich durch eine Eindampfung der Säfte von etwa 15 % Zuckergehalt auf Sirup von etwa 65 % Zuckergehalt und sodann durch eine Verkochung des Sirups in Kochapparaten, d.
Ii. in der Kochstation, zu einer Kristallmasse, aus der die Zuckerkristalle in Zentrifugen ausgeschleudert werden und die Melasse übrig bleibt.
In Zuckerfabriken wird entweder Rohoder direkt raffinierter Zucker (Weisszucker) gewonnen. Im erstern Falle wird aller Zucker durch einen einmaligen Kochvorgang noch als ziemlich braune Masse erhalten. Bei der Weisszuckergewinnung wird aller Zucker auf ein reines Kristall verarbeitet, wobei noch braune Zuckermassen erneut gelöst, die Lösung gereinigt und erneut verkocht wird.
Moderne Zuckerfabriken sind nach dem generellen Schema gemäss Fig. 1 angelegt. Es sei an dieser Stelle eingeschaltet, dass gleiche Teile und Stationen in den verschiedenen Figuren der beiliegenden Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen belegt sind.
1 bezeichnet einen Kessel, in dem gespannter und überhitzter Dampf erzeugt wird, dessen Druck und Temperatur in einer Gegendruck-Dampfturbinengruppe 2 mit Generator 21 zur Energieerzeugung für das Werk ausgenützt wird. Bei der Anlage nach Fig. 1 gelangt sodann der Abdampf der Gruppe 2 mit etwa 2 bis 3 Atm. Überdruck in eine Eindampfstation 3, die zumeist als Drei- oder Vierkörpereindampfanlage gebaut ist. Hier wird der grösste Teil des Wassers aus den dünnen Säften verdampft.
Diese Station 3 arbeitet vorteilhafterweise im Überdruckgebiet, so dass Brtidendampf aus irgendeiner Stufe der Vidkörper - Eindampfanlage genügend Druck aufweist, um eine Diffusionstation 4, ferner Vorwärmer 5 und eine Kochstation 6 mit dem benötigten je Heizdampf versorgen zu können. Die Apparate der Kochstation 6 arbeiten unter Vakuum, und die aus der kochenden Masse sich entwickelnden Brüden werden in Kondensatoren niedergeschlagen, so dass diese Abwärme im Kühlwasser weggeht, also als Verlust zu buchen ist.
Der Dampf für die Diffusionstation 4 und die Vorwärmer 5 wird für die Scbnitzelauslaugung bei der erforderlichen Temperatur, bzw. die Vorwärmung der Säfte für die chemische Reinigung und Ein dämpfung benötigt.
Eine Zuekerfabrik, die nach dem beschriebenen Schema angelegt ist, ist bereits wärme- technisch günstig durchgebildet. Gleichwohl ist darnach getrachtet worden, die Schaltung darüber hinaus vorteilhafter zil gestalten. Im besonderen wurde teilweise die Eindampfstation mit Strahlverdichtern, in einzelnen Fä1len auch mit Turbo-Thermokompressoren, betrieben. Die Ergebnisse waren jedoch nicht die erwarteten, da im besondern sieh betrieb lich Schwierigkeiten zeigten.
In einem weiteren Falle wurden auch schon Turbo-Thermokompressoren für die Ein dampf- und die Kochstation angewendet, und zwar mit Antrieb durch Elektromotoren, deren benötigte Energie von Wasserkraftmasghinen erzeugt wird. Dabei zeigte sich, dass bei richtiger Anwendung der Thermokompression diese für die Eindampfung und selbst für die Kochstation gut anwendbar ist.
In einem sol chen Falle ergibt sich dann die in Fig. 2 schematisch gezeigte Schaltung. Der Gegen druck-Dampfturbinengruppe 2 mit Generator 2t wird in diesem Falle wesentlich weniger Dampf als im zuerst beschriebenen zugeführt ; die betreffende Dampfmenge reicht aber immer noch aus, um im Gegendruckbetrieb die für die Motoren der Zuckerfabrik benötigte Energie zu erzeugen. Der Abdampf der Turbine 2 wird sodann vorwiegend nur noch in der Diffusionstation 4 und den Vorwärmern 5 ausgenutzt.
Die Eindampfstation 3 wird in diesem Falle mit einer eigenen Thermokompressionsgruppe, die einen Antriebsmotor 71 und einen Turboverdichter 72 aufweist, und die Kochstation 6 mit einer eigenen Thermokompressionsgruppe, die einen Antriebsmotor 8l und einen zweigehäusigen Turboverdichter 82 aufweist, betrieben. Der Dampfverbrauch lässt sich gegenüber einer Anordnung nach Fig. 1 auf etwa 40 % reduzieren, wobei allerdings der Bedarf an Fremdenergie für den Antrieb der Motoren 71 und 8t hinzukommt.
Die wirtschaftlichen Verhältnisse fallen überall da sehr günstig aus, wo sich die für die Turbokompressoren benötigte Energie billig auf hydraulischem Wege erzeugen lässt, die erhältlichen Brennstoffe dagegen teuer sind.
Die Frage stellt sich nun, ob in den vielen Zuekerfabriken, welche auf Brennstoffbasis, also ohne B ezugsmögliehkeiten von billigem Strom, der in hydraulischen Kraft anlagen erzeugt wird, arbeiten, die Anwendung der Thermokompression nicht noch weitergehende Verbesserungen der Dampfwirtschaft ergeben kann.
Erfahrungen, Berechnungen und vor allem angestellte Überlegungen führten zu einem Verfahren zum Betrieb von Anlagen zur Gewinnung von Zucker, das einen interessanten Fortschritt sogar gegenüber der zuletzt beschriebenen Anordmmg einer ganz modernen Zuckerfabrik mit sich bringt.
In Fig. 3 ist nun in vereinfachter Darstellungsweise eine beispielsweise Ausführungsform einer solchen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht, an Hand welcher auch das Verfahren beispielsweise erläutert wird. Auch in diesem Falle wird im Kessel 1 Dampf mit möglichst hohem Druck und guter Überhitzung erzeugt. Dieser Dampf wird unter Arbeitsleistung in einer zweigehäusigen Entnahme Kondensationsturbine 9 entspannt.
Währenddem von der Turbine 9 kommender Entnahmedampf den grösseren Teil der Eindampfstation 3 beheizt und der Brüdendampf dieser Station seinerseits die Diffusionstation 4 und die Vorwärmer 5 beheizt, dient die in der Turbine 9 erzeugte Energie einerseits für den Antrieb eines Generators 10 zur Erzeugung des elektri schen Stromes für die Motoren der Zuckerfabrik und anderseits zum Antrieb eines vielstufigen, zweigehäusigen Turboverdichters 11, der den in der Kocherei 6 benötigten Dampf und ferner auch den Heizdampf für den ersten Apparat 31 der als Vierkörperanlage ausgebildeten Eindampfstation 3 liefert. Die Kochstation 6 wird somit ausschliesslich mit Thermokompression betrieben, was Dampfverluste durch Kondensation zu vermeiden gestattet.
Dadurch ferner, dass der Teil 31 der Eindampfstation 3 auch mit Thermokompression betrieben wird, lassen sich Dampfabblase- verluste bei der Eindampfung im Falle einer Abschaltung eines oder mehrerer Apparate der Kochstation 6, wie solche Verluste bei einer Anordnung nach Fig. 1 in Kauf zu nehmen sind, vermeiden. Diese verschiedenen Vorteile ermöglichen es, bei einem Betriebe, wie er im Zusammenhange mit Fig. 3 beschrieben worden ist, den bisherigen Dampfverbrauch einer Weisszuckerfabrik von üblicher Grösse von zur Zeit etwa 45 bis 50 kg pro 100 kg Rüben auf etwa 30 kg Dampfverbrauch zu vermindern.
Beim erfindungsgemässen Betrieb einer Anlage nach Fig. 3 lässt sich allerdings eine Kondensation von Abdampf nicht ganz vermeiden, und zwar im Kondensator 12 der Turbogeneratorgruppe 9, 10. Berechnungen zeigen aber, dass pro Kilo hier kondensierten Dampfes zumindest doppelt so viele Kilo Wasser verdampft werden wie im Falle nach Fig. 1 pro Kilogramm im Fallrohrkondensator 61 niedergeschlagener, aus den Kochapparaten abgesaugter Brüden in der Eindampfanlage Kilogramm Wasser ausgedampft werden.
Im Falle nach Fig. 3 ermöglicht zudem die Ent- nahme-Kondensationsturbine 9, die starken, besonders in Betrieb der Kochstation 6 nicht zu vermeidenden Leistungsschwankungen auf zunehmcn und so die Grundlage eines stabilen Betriebes zu geben. Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bringt ausser den besprochenen wärmewirtschaftlichen Einsparungen noch anderweitige überraschende Vorteile. So gestaltet sieh der Betrieb der Ein dampfstation 3, soweit sie als Mehrstufen- verdampfer arbeitet, hinsichtlich Regulierung viel einfacher und stabiler. Die Wärmewirt- schaft verbessert sich damit weiterhin und es werden auch die Rohrleitungsnetze einfacher.
Die Maschinengruppe braucht nicht unbedingt, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Zusam menfassung einer Entnahme-Eondensations- turbine mit einem Generator und einem Turbokompressor zu bestehen. Die Gruppe kann vielmehr auch aufgeteilt werden, wobei ver schiedene Eombinationen möglich sind. So kann z. B. der Generator lediglich von einer Gegendruck-Dampfturbine und der Kompres- sor von einer Entnahme-Kondensationsturbine angetrieben werden, wobei für letztere Gruppe allenfalls noeh ein Zusatzmotor vorgesehen werden kann. Anch kann mit dem mit Gegendruck arbeitenden Turbinenteil ein Generator und mit dem mit Kondensation arbeitenden Turbinenteil der Kompressor für die Thermokompression lösbar verbunden sein.
Anstatt für die Kochstation 6 und den Teil 31 der Eindampfstation 3 einen gemeinsamen Thermokompressor vorzusehen, kann für den Betrieb des Teils 31 auch ein besonderer, von einer Turbine oder auch einem Motor angetriebener Thermokompressor vorgesehen werden. Preislich dürfte allerdings ein gemeinsamer Thermokompressor, in den die Brüden aus dem Teil 31 erst bei einer höheren Druck- stufe eingeführt werden, von Vorteil sein.
Ferner besteht die Möglichkeit, in einer Anlage nach Fig. 3 Speicher vorzusehen, und zwar in der üblichen Weise und mit dem Zwecke, Schwankungen im Dampfverbrauch auszugleiehen. Auch lässt sich durch Leistungs regelung der Turbinen den Anforderungen des Betriebes ohne Schwierigkeiten nachkomuien.
In einer Zuekerfabrik der in Fig. 3 gezeigten Bauart lässt sich bei Stillstand der zur Zuckergewinnung dienenden Teile ohne weiteres noch Energie für den Verkauf an die Elelrtiizitätsversorgung erzeugen, indem ja ein Dampfkessel und eine Kondensationsdampf- turbine mit Generator vorhanden sind und lediglieh der Kompressor 11 mittels einer Kupplung 13 abzuschalten und die Verbin dung zwischen Turbine 9 und Vielkörper- Verdampferteil 3 durch ein Ventil 14 zu unterbrechen ist. Bei neu zu errichtenden Anlagen kann zudem die Grösse der Kondensationsturbine so bemessen werden, dass beträchtliche Leistungen erzeugbar sind, wobei allenfalls ein Zusatzgenerator angekuppelt werden kann.
Dabei dürfte die Kühlwasserversorgung, in Einblick auf den Bedarf der Zuckerfabrik an Wasser, für gewöhnlich für den Betrieb einer Kondensationsgruppe mit der vollen Leistung des Dampfkessels 1 gesichert sein.
PATENTAN8pRUOH 1:
Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Gewinnung von Roh- oder Weisszucker aus Riiben oder Zuckerrohr, die eine Eindampf station, eine : Kochstation, sowie weitere Reiz- dampf benötigende Apparaturen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochstation vollständig und von der Eindampfstation ein Teil mit Thermokompression arbeitet, und dass für die Erzeugung der für die Thermokompression, sowie noch für anderweitige Zwecke benötigten Energie in mindestens einer Dampfkraftmaschine zur Entspannung kommender Frischdampf verwendet wird, von dem ein Teil nach erfolgter teilweiser Entspannung in der Elraftmaschine aus dieser entnormen und anschliessend zur Abgabe der erforderlichen Wärme an die übrigen,
Reizdampf benötigenden Apparaturen der Anlage verwertet wird.
Process for operating a plant for the production of raw or white sugar from beets or sugar cane, as well as the device for carrying out this process.
The invention relates to a method for operating a plant for the production of raw or ice-cream sugar from beets or sugar cane, which has an evaporation station, a cooking station, and other apparatuses that require heating steam, such as preheaters and possibly a diffusion station. The invention also relates to a device for carrying out this method.
In the cost of sugar profit from beet or sugar cane, the expenses for generating the required steam or heat play a major role. In the usual arrangement of sugar factories, the energy for operating the many alo- tors in the factory is obtained with counter-pressure steam engines or turbines, ie also from heat. So the sugar experts always tried to improve the steam economy.
As is well known, the task of sugar extraction consists essentially in obtaining the solid crystalline sugar from thin sugar juices, the main problem being the evaporation of the water in addition to chemical cleaning of the juices. This ANTeg-steaming takes place in two stages, namely by evaporation of the juices with about 15% sugar content on syrup with about 65% sugar content and then by boiling the syrup in cooking devices, i.
Ii. in the cooking station, to a crystal mass from which the sugar crystals are spun in centrifuges and the molasses is left over.
In sugar factories, either raw sugar or directly refined sugar (white sugar) is obtained. In the first case, all the sugar is obtained as a fairly brown mass after a single boiling process. In white sugar production, all sugar is processed into a pure crystal, whereby brown sugar masses are redissolved, the solution is purified and boiled again.
Modern sugar factories are designed according to the general scheme shown in FIG. It should be noted at this point that the same parts and stations in the various figures of the accompanying drawings are given the same reference symbols.
1 denotes a boiler in which pressurized and superheated steam is generated, the pressure and temperature of which is used in a counter-pressure steam turbine group 2 with generator 21 to generate energy for the plant. In the system according to FIG. 1, the exhaust steam of group 2 then reaches about 2 to 3 atm. Overpressure in an evaporation station 3, which is mostly built as a three- or four-body evaporation plant. Here most of the water is evaporated from the thin juices.
This station 3 works advantageously in the overpressure area, so that broth vapor from any stage of the vidbody evaporation system has sufficient pressure to supply a diffusion station 4, further preheater 5 and a boiling station 6 with the required heating steam. The apparatus of the boiling station 6 work under vacuum, and the vapors developing from the boiling mass are deposited in condensers, so that this waste heat goes away in the cooling water and is therefore to be booked as a loss.
The steam for the diffusion station 4 and the preheater 5 is required for the pulp leaching at the required temperature, or the preheating of the juices for chemical cleaning and an attenuation.
A sugar factory, which is set up according to the scheme described, is already designed in a thermally favorable manner. Nevertheless, efforts have been made to make the circuit more advantageous. In particular, the evaporation station was partly operated with jet compressors, in individual cases also with turbo-thermocompressors. However, the results were not as expected, since operational difficulties were particularly evident.
In another case, turbo-thermal compressors have also been used for the steaming and cooking stations, driven by electric motors, the energy required from which is generated by hydropower machines. It turned out that when thermocompression is used correctly, it can be used for evaporation and even for the cooking station.
In such a case, the circuit shown schematically in FIG. 2 then results. The counter pressure steam turbine group 2 with generator 2t is in this case supplied with significantly less steam than in the first described; However, the amount of steam in question is still sufficient to generate the energy required for the engines of the sugar factory in counter-pressure operation. The exhaust steam from the turbine 2 is then mainly used only in the diffusion station 4 and the preheaters 5.
The evaporation station 3 is operated in this case with its own thermocompression group, which has a drive motor 71 and a turbo-compressor 72, and the cooking station 6 with its own thermocompression group, which has a drive motor 8l and a two-casing turbo compressor 82. The steam consumption can be reduced to about 40% compared to an arrangement according to FIG. 1, although the need for external energy for driving the motors 71 and 8t is added.
The economic conditions are very favorable wherever the energy required for the turbo compressors can be generated cheaply by hydraulic means, whereas the fuels available are expensive.
The question now arises as to whether the use of thermocompression cannot result in further improvements in the steam economy in the many sugar factories that operate on fuel, i.e. without the possibility of purchasing cheap electricity from hydraulic power plants.
Experience, calculations and, above all, considerations led to a method for operating plants for the production of sugar, which brings with it an interesting advance even compared to the previously described arrangement of a completely modern sugar factory.
In FIG. 3, an exemplary embodiment of such a device for carrying out the method according to the invention is now illustrated in a simplified representation, on the basis of which the method is also explained, for example. In this case too, steam is generated in the boiler 1 with the highest possible pressure and good overheating. This steam is expanded while performing work in a two-housing extraction condensation turbine 9.
While the extraction steam coming from the turbine 9 heats the greater part of the evaporation station 3 and the exhaust steam from this station in turn heats the diffusion station 4 and the preheater 5, the energy generated in the turbine 9 is used on the one hand to drive a generator 10 to generate the electrical current for the motors of the sugar factory and on the other hand to drive a multi-stage, two-casing turbo compressor 11, which supplies the steam required in the cooking plant 6 and also the heating steam for the first apparatus 31 of the four-body evaporation station 3. The cooking station 6 is thus operated exclusively with thermocompression, which makes it possible to avoid loss of steam due to condensation.
Because part 31 of the evaporation station 3 is also operated with thermocompression, steam blow-off losses during evaporation in the event that one or more appliances in the cooking station 6 are switched off, such as losses in an arrangement according to FIG. 1, can be accepted are to avoid. These various advantages make it possible to reduce the previous steam consumption of a white sugar factory of the usual size from currently about 45 to 50 kg per 100 kg of beets to about 30 kg of steam consumption in a farm as described in connection with FIG.
When operating a system according to the invention according to FIG. 3, however, condensation of exhaust steam cannot be completely avoided, namely in the condenser 12 of the turbo generator group 9, 10. However, calculations show that at least twice as many kilos of water are evaporated per kilo of steam condensed here In the case of FIG. 1, kilograms of water deposited in the downpipe condenser 61 and sucked off from the boilers are evaporated in the evaporation plant.
In the case according to FIG. 3, the extraction-condensation turbine 9 also enables the strong fluctuations in output, which cannot be avoided particularly during operation of the cooking station 6, to increase and thus to provide the basis for stable operation. The use of the process according to the invention brings other surprising advantages in addition to the thermal savings discussed. The operation of the steaming station 3, as far as it works as a multi-stage evaporator, is much simpler and more stable with regard to regulation. The heat economy will continue to improve and the pipeline networks will also become simpler.
As shown in FIG. 3, the machine group does not necessarily have to exist in the summary of an extraction condensation turbine with a generator and a turbo compressor. Rather, the group can also be split up, with various combinations being possible. So z. For example, the generator can only be driven by a counterpressure steam turbine and the compressor is driven by an extraction condensation turbine, with an additional motor at most being able to be provided for the latter group. A generator can also be detachably connected to the turbine part working with counter pressure and the compressor for the thermocompression can be releasably connected to the turbine part working with condensation.
Instead of providing a common thermocompressor for the cooking station 6 and the part 31 of the evaporation station 3, a special thermocompressor driven by a turbine or a motor can also be provided for the operation of the part 31. In terms of price, however, a shared thermocompressor, into which the vapors from part 31 are only introduced at a higher pressure level, should be advantageous.
There is also the possibility of providing storage in a system according to FIG. 3, in the usual manner and with the purpose of borrowing fluctuations in steam consumption. The requirements of the operation can also be met without difficulty by regulating the output of the turbines.
In a sugar factory of the type shown in FIG. 3, when the parts used for sugar production are at a standstill, energy can still be generated for sale to the electricity supply, in that there is a steam boiler and a condensing steam turbine with generator and only the compressor 11 is by means of turn off a clutch 13 and the connec tion between turbine 9 and multi-body evaporator part 3 by a valve 14 is to be interrupted. In the case of plants to be newly built, the size of the condensation turbine can also be dimensioned in such a way that considerable power can be generated, with an additional generator possibly being coupled.
The cooling water supply, in view of the sugar factory's water requirement, should usually be secured for the operation of a condensation group with the full output of the steam boiler 1.
PATENTAN8pRUOH 1:
A method for operating a plant for the production of raw or white sugar from sugar cane or sugar cane, which has an evaporation station, a cooking station, as well as further apparatus requiring stimulating steam, characterized in that the cooking station is completely and part of the evaporation station with thermocompression works, and that for the generation of the energy required for the thermocompression, as well as for other purposes, coming live steam is used in at least one steam engine for expansion, of which a part is removed from the electric machine after partial expansion and then for the delivery of the required Warmth to the rest,
Apparatus of the plant that requires irritant steam is recycled.