-
Vorrichtung zum Eindampfen von Zuckersäften Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Eindampfen von Zuckersäften mit wenigstens zwei hintereinandergeschalteten
Verdampfern. Jeder der Verdampfer hat üblicherweise ein System von Röhren, deren
Außenflächen von Heizdampf (oder Brüder) beheizt werden und in deren Innenraum sich
die Zuckerlösung befindet, welche die frei werdenden Brüder an den Brüderraum abgibt.
Die siedetemperatur, bei der die Lösung eingedickt wird, ist durch den Druck im
Brüderraum bestimmt, und dieser sinkt bei hintereinandergeschalteten Verdampfern
in der Strömungsrichtung der Brüder.
-
Der aus der Diffusion kommende Rohsaft durchläuft zunächst verschiedene
Aufbereitungsstufen und wird erst dann mit einem Gehalt an Trockensubstanz, die
zwischen 9 und 18° Brix schwankt, der mehrstufigen Verdampferanlage, der sogenannten
Verdampfstation, zugeleitet, wo er in kontinuierlichem Betrieb auf etwa 65° Brix
eingedickt wird. In den verschiedenen Aufbereitungsstufen wird der Rohsaft in einer
Anzahl von Vorwärmern, die mit Brüder aus der Verdampfstation beheizt werden, jeweils
so weit erwärmt, wie es das betreffende Verarbeitungs- oder Reinigungsverfahren
erfordert. Nach Durchlauf durch die verschiedenen Aufbereitungsstufen wird der nunmehr
gewonnene sogenannte Dünnsaft in Wärmern ebenfalls mit Brüder aus der Verdampfstation
möglichst auf die Temperatur der ersten Stufe der Verdampferanlage erwärmt.
-
Man schaltet eine Anzahl von Einzelapparaturen zu einem Mehrstufenverdampfer
hintereinander, um Heizdampf einzusparen. Dabei beheizen meist die aus einer Stufe
austretenden Brüder die nächstfolgende Stufe. Das reine Dampfkondensat der ersten
Stufe kann dem Kessel wieder zugeführt werden. Die Kondensate der übrigen Stufen
können nach vorheriger Entspannung, soweit es möglich ist, ebenfalls für Wärmeprozesse
ausgenutzt werden. Für den Durchlauf des Saftes durch die Verdampfstation sind verschiedene
Anordnungen bekannt. Bei der am häufigsten angewandten Gleichstromführung wird die
einzudickende Lösung gleichsinnig mit dem Dampf oder den Brüder der Reihe nach durch
die einzelnen Stufen geleitet. Hierbei wird also die eingedickte Lösung bei der
niedrigsten Temperatur eingedampft, was bei temperaturempfindlichen Stoffen von
Vorteil ist.
-
Man kennt bei Mehrstufenverdampferanlagen in der Zuckerindustrie eine
Vielzahl von Schaltungsmöglichkeiten. Die Auswahl richtet sich nach dem Fabrikationsprogramm,
da sich aus ihm die Brüdermenge ergibt, die außerhalb der Verdampfstation benötigt
wird, wobei aber gleichzeitig berücksichtigt werden muß, daß die geforderte Eindickung
des Dünnsaftes erzielt wird. Hieraus erkennt man schon, wie schwierig es ist, die
den einzelnen Stufen zu entnehmende Brüdermenge richtig aufzuteilen, um bei einem
gegebenen Brüderverbrauch die geforderte Eindickung zu erhalten. Oft läßt sich dies
nur durch Vergrößern der Heizflächen für Vorwärmer und Kochstation angenähert erreichen.
Im praktischen Betrieb stört außerdem, daß die benötigte Brüdermenge schwankt (beispielsweise
infolge der diskontinuierlichen Arbeit der Kochstation). Das Ergebnis ist, daß der
einzudickende Saft beim Austritt aus der Verdampfstation nicht konstant bei 65°
Brix gehalten werden kann.
-
Der Versuch, diesen Fehler mit den in der Verdampfstation üblichen
Regelmitteln zu überwinden, scheitert daran, daß sich die Regelungsmethoden nicht
dem veränderlichen Verfahrensablauf der Fabrik anpassen lassen, wobei die Veränderlichkeit
auch daher rührt, daß die zu verarbeitende Rübe nicht immer die gleiche Qualität
hat. Auch erhält man bei einer annähernd gelungenen(manuellen oder automatischen)
Regelung nicht für alle Zustände die optimale Wärmeausnutzung. Hinzu kommt, daß
auf der Brüderseite wärmesparende Maßnahmen selten Erfolg haben, da sie meist auf
Kosten der Eindickung in der Verdampfstation erzielt werden, so daß man gezwungen
ist, hochwertigen Heizdampf zusätzlich in die Fabrik zu leiten, wodurch nicht nur
die Wärmewirtschaft belastet wird, sondern außerdem das reine Kondensat des Heizdampfes
teilweise vwlorengeht, da man bei modernen Kesselanlagen aus Sicherheitsgründen
auf die Wiederverwendung eines mit Brüder vermischten
Kondensates
verzichten sollte. Besonders unangenehm ist die Vielzahl der voneinander unabhängigen,
den nicht zur Verdampfstation gehörenden Brüdenverbrauchern zugeordneten Brüdennetze,
die zusätzlich eine Aufteilung des Kondensatnetzes erforderlich machen, wodurch
die Anlage verteuert und eine gute Wärmewirtschaft unmöglich gemacht wird. Auch
erfordert das Anfahren einer Fabrik, da ja in diesem Augenblick noch keine Brüden
zur Verfügung stehen, ein zusätzliches weitverzweigtes Heizdampfnetz in Verbindung
mit einem getrennten Kondensatnetz, und das Herantasten an die günstigste Wärmeschaltung
ist sehr schwierig. Bei längerer Betriebszeit ist auch wegen der unvermeidlichen
Verschmutzung der saftseitigen Heizflächen meist eine sogenannte Auskochpause erforderlich,
wodurch die Fabrik kostenmäßig erheblich belastet wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die getrennten Brüdennetze, die Inkonstanz
der Dicksaftdichte und das schwierige Einregeln auf eine optimale Wärmeschaltung
zu beseitigen, wodurch sich die Möglichkeit gemeinsamer Kondensatnetze, eines einfachen
Anfahrens, kleinerer Heizflächen bei der Ausnutzung der Brüden der letzten Stufe
bzw. Stufen, einer Anpassung des Fabrikationsprogramms an andere Bedingungen oder
Anforderungen sowie die Beseitigung der Schwierigkeiten bei Auskochpausen ergeben.
-
Es ist bereits bekannt, bei Heizdampfsteuerung die Ausdampfräume mehrere
hintereinandergeschalteter Verdampfer an eine gemeinsame Brüdenleitung anzuschließen,
die innerhalb der Verdampfstation liegt; dabei werden aber den außerhalb der Verdampfstation
liegenden Verbrauchern die Brüden durch getrennte Leitungen zugeführt. Weiterhin
ist es bekannt, den Ausdampfräumen zweier hintereinandergeschalteter Verdampfer
durch getrennte Leitungen Brüden zu entnehmen, denen in gesteuerter Weise Zusatzdampf
zugemischt werden kann. Bei Anlagen, deren außerhalb der Verdampfstation liegende
Verbraucher mit Dampf beheizt werden, ist es schließlich bekannt, die Brüden zu
komprimieren. und ihnen im Bedarfsfall Zusatzdampf beizumischen. Diese Vorrichtungen
lösen das Problem jedoch nicht.
-
Gemäß der Erfindung weist die Dicksaftableitung einen auf die Konzentration
des Saftes ansprechenden Impulsgeber auf, der an einem Regler für die Brüdenableitung
aus dem Ausdampfraum wenigstens eines Verdampfers angeschlossen ist, wobei der Regler
im Steuerkreis eines Brüdenverdichters liegt, dessen Saugseite an den Ausdampfraum
eines Verdampfers und dessen Druckseite an die Brüdenzuleitung eines Verdampfers
angeschlossen ist, und die Brüdenableitungen aus den Ausdampfräumen der anderen
Verdampfer sind an eine gemeinsame Brüdenleitung angeschlossen, die zu nicht der
Verdampfstation angehörigen Brüdenverbrauchern führt. Zweckmäßig ist die Saugseite
des Brüdenverdichters an den gleichen Verdampfer angeschlossen wie die Brüdenzuleitung,
und zwar an den letzten Verdampfer. Der Brüdenverdichter kann eine Pumpe (Wärmepumpe,
elektrisch oder vorzugsweise durch Dampf angetriebene, vorteilhaft umlaufende Pumpe)
sein. Dabei wird zum Antrieb eine Turbine bevorzugt, die einerseits an eine Dampfquelle
und andererseits an die Heizdampfzuleitung eines Verdampfers angeschlossen ist.
Die Fördermenge der Pumpe wird vorteilhaft nach unten begrenzt. Der die Konzentration
der eingedickten Lösung überwachende regeltechnischer Geber kann vorteilhaft ohne
Änderung der Schaltung zwischen zwei vorgegebenen Grenzwerten pendeln. Zusätzlich
wird der Geber vorteilhaft derart an wenigstens ein Oberströmventil derart angeschlossen,
daß bei zu starker Eindickung ein Teil der Brüden eines oder mehrerer, insbesondere
des ersten Verdampfers, unmittelbar in die Brüdenleitung eines anderen, vorzugsweise
des folgenden Verdampfers, geführt wird.
-
Die Kondensate der einzelnen Verdampfer, insbesondere des zweiten
und der folgenden Verdampfer, werden vorteilhaft in getrennte Behälter abgeleitet,
wobei die Schaltung so getroffen wird, daß die Kondensate unter Ausnutzung des Druckgefälles
dem jeweils nächstfolgenden Behälter zugeführt werden. Die Kondensate der Verdampfer,
vorzugsweise des zweiten und der folgenden Verdampfer, sowie zweckmäßig auch der
nicht zur Verdampfstation gehörenden Brüdenverbraucher werden vorteilhaft einem
Sammelbehälter zugeleitet, wo sie in den Brüdenraum des letzten Verdampfers entspannen.
Im übrigen ist es günstig, den Dampfraum jedes Behälters an den Heizraum des zugehörigen
Verdampfers anzuschließen.
-
Zum Anfahren benutzt man vorteilhaft eine vom Kessel, vorzugsweise
von der Abdampfseite einer Turbine, abgezweigte Leitung, die wenigstens an die Heizräume
der brüdenbeheizten Verdampfer und die brüdenbeheizten Verbraucher außerhalb der
Verdampfstation anschließbar ist.
-
Eine bevorzugte Anlage nach der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
und schematisch dargestellt.
-
Vom Dampfkessel 1 und gegebenenfalls von einem überhitzer 2 strömt
der Heizdampf über die Turbine 3, welche mittels des Generators 4 Strom erzeugt,
um den Eigenbedarf der Fabrik an elektrischer Energie zu decken, und durch die Leitung
5, 6 in den ersten Verdampfer 7, dem der Dünnsaft durch die Leitung 8 zugeführt
wird. Der Saft geht durch die Verbindungsleitung 9 zum zweiten Verdampfer
10,
der über die Leitung 11, 12 von den Brüden des ersten Verdampfers 7 beheizt
wird. Der Saft fließt durch die Verbindungsleitung 13 zum dritten Verdampfer
14, der über die Leitungen 15, 16, 17 von den Brüden des zweiten Verdampfers
10 beheizt wird. Die Brüden, die für die parallel und/oder in Reihe geschaltete
Verbrauchergruppe 18, 19, 20, 21 benötigt werden, zweigen von der Leitung
15 über ein gemeinsames Brüdennetz 22 ab. Wahlweise kann auch ein
konstanter Brüdenverbraucher an den ersten Verdampfer 7 über die Leitung 23 angeschlossen
werden; meist wird dies jedoch nicht erforderlich sein, da die Rohsaftanwärmung,
die bisher von den Brüden des ersten Verdampfers 7 vorgenommen wurde, bei der Erfindung
von einer der Verbrauchergruppen 18 bis 21 übernommen werden kann.
-
Der Brix-Wert (vorzugsweise 65°) des Saftes in der Dicksaftabführung
24 ist abhängig von der Brüdenmenge, die von den Verbrauchern 18 bis 21 angefordert
wird. Wird die Eindickung zu stark, weil die Brüdenabnahme zu groß ist, so öffnet
ein in die Dicksaftabführung 24 eingeschalteter Impulsgeber 25 automatisch ein Regelventil
26, so daß Brüden des ersten Verdampfers 7 über ein Reduzierventil
27, das auch mit dem Regelventil 26 zusammengebaut sein kann, unmittelbar
in das Brüdennetz 22 übertreten,
wodurch die Beheizung des zweiten
Verdampfers 10
verringert wird. Das Reduzierventi127 wird vom Brüdendruck
in der Leitung 15, 22 gesteuert.
-
Ist dagegen die Eindickung des aus dem dritten Verdampfer
14 austretenden Saftes nicht ausreichend, so schaltet der Regelgeber 25 eine
Brüdenrückführung 28, 29, 30, 31, 17 automatisch zu, die die Brüden des Verdampfers
14 nach Energiezufuhr dem Heizraum des gleichen Verdampfers zuleitet. Die
Förderung der Brüden in der Brüdenrückführung 28, 29, 30, 31, 17 bewirkt der Brüdenverdichter
32. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Brüdenverdichter 32 durch eine
bei 33 vom Regelgeber 25 drehzahlgeregelte Dampfturbine 34 angetrieben. Der
Antriebsdampf hierfür wird über die Leitung 35, 36 hinter dem Kessel 1 bzw.
dem überhitzer 2 entnommen, während der Abdampf der Turbine 34 über
eine Rückleitung 37 und anschließend durch die Leitung 6 in den ersten Verdampfer
7 eintritt. Zweckmäßig wird auch bei genügender Eindickung in der Brüdenrückführung
28, 29, 32, 31, 17 eine Mindestbrüdenmenge umlaufen, und zwar auch dann noch,
wenn bei zur starker Eindickung das Regelventil 26 geöffnet hat. Die Antriebsturbine
34 kann selbstverständlich auch durch einen drehzahlgeregelten Elektromotor ersetzt
werden, der z. B. vom Generator 4 gespeist wird. Die Stromwirtschaft der
Fabrik wird durch die gewählte Brüdenrückführung nur mit etwa 0,2 kWh je Doppelzentner
Rüben belastet, aber diese Energie geht nicht verloren, da sie ja, wärmetechnisch
betrachtet, in die verdichteten Brüden übergeht, bevor diese in den dritten Verdampfer
14 eintreten.
-
Eine schwankende Brüdenentnahme hat somit keinen Einfluß mehr auf
die Konstanthaltung des Brix-Wertes des Dicksaftes.
-
Mit Hilfe der dargestellten Schaltungsweise stellt sich auch in jedem
Falle die optimale Wärmeschaltung automatisch ein, wodurch wärmesparende Maßnahmen
an den Verbrauchern 18 bis 21 voll wirksam werden können. Änderungen im Fabrikationsprogramm,
die z. B. eine Änderung der Brüdenentnahme bewirken, spielen mithin auch keine Rolle
mehr, wenn die Verdampfstation in ihrer Heizfläche entsprechend ausgelegt ist.
-
Das Anfahren der Fabrik geschieht einfach dadurch, daß eine Anfahrleitung
38 Heizdampf aus dem Kessel oder dem überhitzer 2 oder vorzugsweise Abdampf der
Turbine 3 über 11, 26, 27, 15, 22 den brüdenbeheizten Verbrauchern 18, 19, 20,
21 sowie über 11, 12 und 15, 16, 17 den brüdenbeheizten Verdampfern
zuführt, da diese beim Anfahren der Fabrik beheizt werden müssen, bevor die Verdampfstation
eingeschaltet und mit Saft versorgt werden kann.
-
Die Vereinfachung der Dampf- und Brüdenschaltung spiegelt sich ebenfalls
im Kondensatnetz wider. Das Kondensat des ersten Verdampfers 7 läuft über die Leitung
39 in den Sammler 40. Das Kondensat wird mit Hilfe einer Pumpe 41 unter Einbeziehung
einer Niveauregelung 42 über die Leitung 43 zum Kessel 1 zurückgefördert,
wobei an die Leitung 43 auch eine Speisewasserleitung 44 angeschlossen sein
kann. Der Sammler 40 entlüftet über die Leitung 45
in die Heizkammer
des ersten Verdampfers 7. Das Kondensat des zweiten Verdampfers 10 läuft
über die Leitung 46 in den Behälter 47 ab, der über die Leitung 48 in die Heizkammer
des zweiten Verdampfers 10 entlüftet. Das Kondensat des dritten Verdampfers
14 läuft über die Leitung 49 in den Behälter 50 ab, der über
die Leitung 51 in die Heizkammer des dritten Verdampfers 14 und in
die gemeinsame Brüdenleitung 22, letzteres wegen des Anfahrens der Fabrik, entlüften.
-
Da zwischen den Behältern 47 und 50 eine Druckdifferenz
besteht, kann das Kondensat aus dem Behälter 47 automatisch über eine Leitung
52 unter Zuhilfenahme einer Niveauregelung 53 in den Behälter 50 übertreten.
Dabei entspannt dieses überlaufende Kondensat entsprechend dem Sattdampfdruck im
Behälter 50. Die entspannten Dämpfe treten über die Entlüftungsleitung 51
in die Heizkammer des dritten Verdampfers 14 bzw. in die Brüdenleitung 22. Zusätzlich
ist ein Sammelbehälter 54 für das Kondensat aufgestellt, welcher über die
Leitung 55 Verbindung zur Leitung 29 der Brüdenrückführung hat. Infolge des Druckunterschiedes
zwischen den Behältern 50 und 54 fließt das im Behälter 50 befindliche
Kondensat unter Zuhilfenahme einer Niveauregelung 56 über die Leitung
57 in den Sammelbehälter 54 über und entspannt über die Leitung 55
in die Brüdenrückführung bzw. über die Leitung 63 beim Anfahren in die Atmosphäre.
An dieser Entspannung nehmen alle Kondensate aus den Behältern 47 und
50 teil, also auch sämtliche Brüdenkondensate der Fabrik, die von den Brüdenverbrauchern
18, 19,
20, 21 über die Leitungen 58, 59, 60 in den Behälter
50 abfließen. Das gesammelte Kondensat der Fabrik mit Ausnahme des reinen Kondensates,
welches im Behälter 40 gesammelt wurde, wird auf eine Temperatur entspannt,
welche dem Druck entspricht, welcher in der Leitung 29 der Brüdenrückführung herrscht.
Die Entspannungsdämpfe gelangen über 29,
32, 30, 31, 16 in die Brüdenleitung
22, da sie für die Heizkammer des dritten Verdampfers 14 nicht benötigt werden.
Aus dem Sammelbehälter 54 kann das gesammelte Kondensat zentral von einer Steller
unter Zuhilfenahme einer Niveauregelung 61 über die Leitung 62 weiteren Wärmeverbrauchern
zur größmöglichen Wärmeausnutzung zugeführt werden.
-
Wenn man die dargestellte und beschriebene Vorrichtung in mehrere
parallelgeschaltete Gruppen unterteilt, die dann verhältnismäßig kleine Einheiten
darstellen können, ist es in Verbindung mit einem Reserveaggregat möglich, Betriebsstillegungen
während der Auskochpausen zu umgehen oder die Fabrik auch bei verminderter Leistung
im wärmewirtschaftlichen Optimum zu fahren. Durch die Verwendung eines einheitlichen
Brüdennetzes 22 und einer hochwertigen Brüdenqualität ist es andererseits möglich,
an Wärmern und Verdampferapparaten Heizflächen einzusparen. Die durch die Aufstellung
von Brüdenkompressoren (z. B. 32) entstehenden Kosten werden durch geringere Kosten
bei der Installation von Rohrleitungen und Heizflächen sowie Regelgeräten ausgeglichen.
-
Die Erfindung ist nicht auf drei hintereinandergeschaltete Verdampfer
beschränkt, sondern kann auch z. B. mit zwei, vier oder fünf Verdampfern arbeiten.
Die Brüdenrückführung kann statt beim letzten auch bei einem anderen Verdampfer
angewandt werden; auch ist es möglich, mehrere Verdampfer mit einem gemeinsamen
oder mit getrennten Brüdenrückführungen zu versehen. Ferner können die zurückgeführten
Brüden neben der Kompression auch durch heißere Brüden aus einem vorhergehenden
Verdampfer oder durch Heizdampf (z. B. direkt
oder in einem Wärmetauscher)
zusätzlich erhitzt werden.