DE3424488C1 - Verfahren zur Energierückgewinnung bei der Bierwürzekochung - Google Patents

Description

• Das erfindungsgemäße Verfahren beruht einmal auf der Erkenntnis, daß der Gehalt an Hopfenrückständen in den Würzebrüden nur innerhalb kurzer Zeit während einer Anlaufphase zunimmt, während das später anfallende Kondensat nur noch zu vernachlässigende Menge an organischen Bestandteilen bzw. einen geringen TOC-Gehalt (totale Konzentration an organischen Verbindungen) hat und, da es luftfrei erzeugt wird, dem Dampfkreislauf wieder zugeführt wird. Zum anderen beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, daß man durch den Einsatz einer mit Heißdampf oder Sattdampf betriebenen Dampfstrahlpumpe die Brüden in den Dampfkreislauf einbeziehen kann und zusätzliche Wärmeaustauscher einschließlich solcher zur Aufheizung der Würze einsetzen kann, wobei je nach Bedarf die Leistung des Pfannendunstkondensators und die der anderen Wärmeaustauscher flexibel gesteuert werden können.
• Insbesondere wird überraschenderweise durch die Kombination von Dampfstrahlpumpe und Pfannendunstkondensator eine vollkommene Ausnutzung der Wärmeinhalte erreicht, wobei die Kondensate für die Dampferzeugung wieder eingesetzt werden können.
• Hierdurch ergibt sich bei vergleichsweise geringen Investitionskosten eine hohe Einsparung beim Dampfverbrauch für konventionelle Anlagen ohne eine Wasserbelastung durch überhöhte Temperaturen ferner wird eine Verringerung der Kesselkorrosion durch die Wiederverwendung eines luftfreien und von Hopfenrückständen befreiten Brüden/Dampfkondensates erreicht.
• Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert werden, es zeigt F i g. 1 eine grafische Darstellung des Gehaltes an Hopfenrückständen im Kondensat, ausgedrückt als totale Konzentration an organischen Verbindungen (TOC) in Würzebrüden in mg/m3, in Abhängigkeit von der Kochzeit in Minuten; F i g. 2 ein Schemabild der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Die beim Würzekochen innerhalb der Würzepfanne 2 entstehenden Brüden werden über ein Dunstrohr 4 mittels eines Ventilators 6 über einen Pfannendunstkondensator 8 und ein Abdunstrohr 10 in das Freie geführt Der Pfannendunstkondensator 8 wird über eine Leitung 12 mit Kühlwasser von etwa 15"C beschickt, das nach Verlassen des Pfannendunstkondensators 8 mit einer Temperatur von etwa 90"C über die Heißwasserversorgungsleitung 14 abgeführt wird. Das hierbei anfallende Kondensat wird über eine Leitung 16 über ein Dreiwegeventil 17 in die Abwasserleitung 18 geführt Von dem Wegeventil 17 führt eine weitere Leitung 20 über einen Sammelbehälter 22 und über eine Leitung 24 in einen Kondensatbehälter 26, von wo das Kondensat mittels einer Pumpe 28 über eine Leitung 30 in den Dampfkreislauf, d. h. zur weiteren Dampferzeugung zum Kesselhaus geführt wird.
• Von der Leitung 24, die das Kondensat vom Pfannendunstkondensator 8 zu dem Kondensatorbehälter 26 führt, geht eine Leitung 32 ab, die Kondensat in eine hinter einer Dampfstrahlpumpe 60 befindliche Verteilerleitung 68 einspeist, die mit weiteren Wärmeaustauschern 70,70', 70" verbunden ist, um hier Kondensat einzuführen, falls bei einem Druckabfall in der von der Dampfstrahlpumpe zu den weiteren Wärmeaustauschern führenden Leitung 68 über Überhitzung des Dampfes bzw. Sattdampfes verhindert werden muß sofern über die Bypass-Leitung 90 Dampf nachgespeist werden muß.
• Das von der Würzpfanne 2 abgehende Dunstrohr 4, das zu dem Pfannendunstkondensator 8 führt, besitzt eine Zweigleitung 40, die über einen Ventilator 42, eine weitere Leitung 44 und ein Ventil 46 in eine durch ein weiteres Ventil 48 absperrbare Leitung 50 in das Freie führt. Ferner führt von der Leitung 44 hinter dem Ventil 46 und vor dem Ventil 48 eine weitere Leitung 54, vor der sich ein weiteres Absperrventil 52 befindet, zu einer Dampfstrahlpumpe 60.
• Die Dampfstrahlpumpe 60 wird mit Heißdampf oder Sattdampf von etwa 8 bis 14 bar über die Leitung 62 und ein Regelventil 64 beschickt. Dieser Heißdampf mit einer Temperatur von etwa 1900 C zieht die über die Leitungen 40, 44 und 54 zugeführten Brüden über eine Dampfstrahlpumpe 60 in eine Verteilerleitung 68, aus welcher das Gemisch aus Heißdampf bzw. Sattdampf und Brüden mit einer Temperatur von etwa 140 bis 170"C einmal verschiedenen Wärmeaustauschern 70, 70', 70" zugeführt wird. Zum anderen wird dieses Heißdampf/Brüdengemisch aus der Verteilerleitung 68 über eine Leitung 72 einem Wärmeaustauscher 74 zugeführt, durch den die ursprünglich über die Leitung 84 zugeführte Würze über die Leitung 76 und 78 im Kreislauf umgewälzt und erhitzt wird. Das Gemisch aus Heiß-bzw. Sattdampf und Brüden wird nach Kondensation über die Leitung 80 in den Kondensatsammelbehälter 26 zur weiteren Einspeisung in den Dampfkreislauf abgeführt.
• Der Anteil des Gemisches aus Heißdampf und Brüden, der von der Leitung 68 über weitere Wärmeaustauscher 70, 70', 70" geführt wird, wird als Kondensat über entsprechende Leitungen 82, 82' und 82" ebenfalls dem Kondensatbehälter 26 zugeführt.
• Von der den Sattdampf oder Heißdampf zur Dampfstrahlpumpe 60 führenden Leitung 62 führt eine Bypass-Leitung 90 direkt zu der hinter der Dampfstrahlpumpe 60 liegenden Verteilerleistung 68, die vor der Einmündung der Leitung 32, die zur Einspeisung von Kondensat von dem Pfannendunstkondensator 8 vorgesehen ist, einmündet.
• Bei Betrieb wird in der Anlaufphase zuerst die Würzpfanne über die Leitung 84 mit frischer Würze beschickt. Diese Würze wird im Kreislauf über die Leitungen 76 und. 78 durch den Wärmeaustauscher 74 bis zur Siedetemperatur von etwa 100"C aufgeheizt und beim weiteren Würzekochen durch ständige Wärmezufuhr am Kochen gehalten. Die innerhalb der Würzepfanne 2 entstehenden Brüden werden über das Dunstrohr 4 mittels eines Ventilators 6 dem Pfannendunstkondensator 8 zugeführt. Bei der hier erfolgenden Kondensation wird die Kondensationswärme oder -enthalpie von dem über die Kühlwasserleitung 12 zugeführten Kühlwasser an das über die Leitung 14 abgehende Heißwasser abgegeben, während das noch Hopfenrückstände enthaltende Kondensat über die Kondensatleitung 16 in die Abwasserleitung 18 abgeleitet wird. Dieser Vorgang wird 10 bis 20 Minuten aufrechterhalten, bis keine Hopfenrückstände enthaltende Brüden mehr anfallen.
• Die Brüden mit geringem TOC-Gehalt werden in der jetzt beginnenden Hauptphase zur Spülung der Zweigleitung 40, der weiteren Leitung 44 bei geschlossenem weiteren Absperrventil 52 über die Leitung 50 über Kopf abgeführt werden. Dieses Freispülen der Leitungen 40, 44 kann bereits in der Anfangsphase erfolgen, jedoch dann vorzugsweise gegen Ende derselben. Sobald die Leitungen 40 und 44 luftfrei sind, werden die keine Hopfenrückstände enthaltenden Brüden nach Öffnung des weiteren Absperrventils 52 und Schließen des Ventils 48 zur Dampfstrahlpumpe 60 geleitet. Diese Brüden werden dann von Wasserdampf, der als Heißdampf oder als Sattdampf mit einer Temperatur von etwa 190° und einem Druck von etwa 10 bis 14 bar vorliegen kann, der Verteilerleitung 68 zugeführt und einmal zu den Wärmeaustauschern 70,70' und 70" geleitet Der Druck hinter der Dampfstrahlpumpe beträgt etwa 4 bis 8 bar. Die bei den Wärmeaustauschern durch Kondensation frei werdende Energie kann innerhalb der Brauerei den verschiedensten Anlagen wie beispielsweise Flaschenspülmaschinen zugeführt werden.
• Ein weiterer Teil des Wasserdampf/Brüdengemisches wird über die Leitung 72 dem Wärmeaustauscher 74 zugeführt. der der Aufheizung der Würzpfanne zugeführten Würze dient Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß das anfallende Kondensat sauerstofffrei anfällt und über den Kondensatbehälter 26 dem Dampfkreislauf zur weiteren Dampferzeugung im Kessel heraus zugeführt werden kann.
• Die während der Vollphase nicht durch die Dampfstrahlpumpe verarbeiteten Brüden werden vom Dunstrohr 4 mittels des Ventilators 6 dem Pfannendunstkondensator 8 zugeführt und dort kondensiert. Der über die Leitung 14 abgezogene Heißwasserstrom wird mittels eines Temperaturreglers hinsichtlich der Heißwassertemperatur konstant gehalten. Diese Heißwasserregelung kompensiert unterschiedliche Brüdenmengen, die zur Dampfstrahlpumpe 60 geleitet werden und verhindert, daß über das Abdunstrohr 10 Luft eingezogen wird.
• Bei einem Druckabfall im Dunstrohr 4 wird über das Regelventil 64 der Treibdampfmengenstrom geregelt verringert. Sollte es zu einer Strömungsrichtungsumkehr der dem Pfannendunstrohr zugeführten Brüden kommen, wird die Brüdenzufuhr über die Leitung 40 bzw. 44 zur Dampfstrahlpumpe unterbrochen, damit eine Sauerstoffbelastung vermieden wird.
• Sollte der Druck hinter der Dampfstrahlpumpe 60 in der Verteilerleitung 68 durch einen zu hohen Verbrauch bei den Wärmeaustauschern 70, 70', 70" bzw. 74 abfallen, wird durch entsprechende Druckregelventile die Bypass-Leitung 90 geöffnet und frischer Heißdampf oder Sattdampf aus der Leitung 62 direkt in die Verteilerleitung 68 gefördert.
• Sollte es andererseits in der Verteilerleitung 68 zu einer Überhitzung des Dampfes kommen, so wird Kondensat von dem Pfannendunstkondensat 8 über die weitere Leitung 20 und einen Sammelbehälter 22 und einer Leitung 32 in die Leitung 68 geregelt eingespeist, damit man die Temperatur entsprechend dem Dampfdruck wiederherstellen kann. Damit das Kondensat über die Leitung 32 zugeführt werden kann, muß der Einstelldruck eines Druckhalteventils in der Leitung vom Sammelbehälter 22 bis zum Kondensatbehälter 26 über dem Dampfdruck in der von der Dampfstrahlpumpe 60 abführenden Verteilerleitung 68 liegen.
• Auch in der Vollarbeitsphase, wenn ein Großteil der keine Hopfenrückstände enthaltenden Brüden über die Dampfstrahlpumpe abgezogen wird, wird je nach Bedarf der restliche Teil der Brüden dem Pfannendunstkondensator zugeführt und das hier anfallende Kondensat sauerstofffrei über die Leitung 16 und die weitere Leitung 20 dem Sammelbehälter 22 zugeführt, von wo es je nach Bedarf entweder in den Kondensatorbehälter 26 und von dort dem Dampfkreislauf zugeführt wird oder über die Leitung 32 zur Verringerung einer Überhitzung des Dampfes in der Verteilerleitung 68 zugeführt werden kann.
• Falls die Dampfstrahlpumpe 60 mehr Brüden aus dem Leitungssystem der Leitungen 40,44 und 54 benötigt, als in der Würzpfanne 2 erzeugt werden können, muß der über die Leitung 62 zugeführte Heiß- oder Sattdampf mittels des Regelventils-64 verringert werden.
• In der Endphase wird die Würzpfanne 2 abgeschaltet, die fertige Würze zur Weiterverarbeitung abgeleitet und eine in der Zwischenzeit neu beschickte Würzepfanne in das System derart eingeschaltet, daß in einer weiteren neuen Anfangsphase die Hopfenrückstände enthaltenden Brüden unter Wärmegewinnung im Pfannendunstkondensator 8 wieder über die Abwasserleitung 18 verworfen und nach Erzielung von keine Hopfenrückstände enthaltenden Brüden wieder zur Spülung der Leitungen zur Dampfstrahlpumpe 60 verwendet und anschließend von dieser über die Verteilerleitung 68 zur Energiegewinnung den verschiedenen Wärmeaustauschern zugeführt werden.
• Bei sachgemäßer Regelung eines geringen Überdrukkes im Dunstrohr 4, einer Einhaltung der Temperatur der Heißwasserversorgung in Leitung 14 und einer Einhaltung des Druckes und des Wärmeverbrauches in der Verteilerleitung 68, sei es durch vermehrte Dampfzufuhr über die Dampfstrahlpumpe 60 oder über die Bypass-Leitung 90 bzw. durch Einspeisung von Kondensat vom Dunstkondensator 8 in die Leitung 32, läßt sich eine gleichmäßige Energiegewinnung durch Ausnutzung der Kondensationswärme von Hopfenrückstände enthaltenden Brüden sowie von keine Hopfen rückstände mehr enthaltenden Brüden und von zugeführtem Heißdampf bzw. Sattdampf erreichen, wobei die dem Dampfkreislauf zugeführten Kondensate sauerstofffrei sind. -Von der Wärmeenergiebilanz her betrachtet wird die Kondensationswärme bzw. -enthalpie der Brüden -unabhängig davon, ob sie mit Hopfenrückständen verunreinigt sind oder nicht - durch die Wärmeaustauscher des Pfannendunstkondensators 8 oder der weiteren Wärmeaustauscher 70, 70', 70" bzw. 74 vollständig für die verschiedensten Zwecke ausgenutzt, wobei die über die Dampfstrahlpumpe zusätzlich zugeführte Energie voll ausgenutzt wird und sowohl zur Aufheizung der Würze als auch zur Versorgung anderer Verbraucher ausgenutzt werden kann und gleichzeitig dafür Sorge getragen wird, daß einmal die Hopfenrückstände enthaltenden Brüden abgeführt und die keine Hopfenrückstände enthaltenden Brüden luftfrei dem Dampfkreislauf wieder zugeführt werden können.
• Würzepfanne 2 Dunstrohr 4 Ventilator 6 Pfannendunstkondensator 8 Abdunstrohr 10 Kühlwasserleitung f. 10 12 Heißwasserversorgleitg. 14 Kondensatleitung 16 Dreiwegeventil 17 Abwasserleitung 18 weitere Leitung 20 Sammelbehälter 22 Leitung 24 Kondensatbehälter 26 Pumpe 28 Leitung z. Dampfkreislauf 30 Leitung 32 Zweigleitung 40 Ventilator 42 weitere Leitung 44 Ventil 46 weiteres Ventil 48 Leitung 50 weiteres Absperrventil 52 weitere Leitung 54 Dampfstrahlpumpe 60 Leitung 62 Regelventil 64 Verteilerleitung 68 versch. Wärmeaustauscher 70, 70', 70" Leitung 72 Wärmeaustauscher 74 Leitung 76 Leitung 78 Leitung 80 weitere Leitungen 82, 82', 82" Leitung 84 Bypass-Leitung 90 - Leerseite -

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Energierückgewinnung bei der luftfreien Bierwürzekochung durch Kondensation von nahezu drucklos geführten Brüden an Wärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer Anlaufphase die Brüden nahezu drucklos über einen Pfannendunstkondensator (8) abführt und das Hopfenrückstände enthaltende Kondensat verwirft, worauf in der Hauptphase ein Teil der keine Hopfenrückstände enthaltenden Brüden nahezu drucklos unter Ausschluß von Luft mittels einer mit Heiß- oder Sattdampf beschickten Dampfstrahlpumpe (60) abgezogen und über weitere Wärmeaustauscher (70, 70', 70", 74) kondensiert und zusammen mit dem ebenfalls keine Hopfenrückstände mehr enthaltende Kondensat vom Pfannendunstkondensator (8) dem Dampfkreislauf zugeführt werden, 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während oder kurz nach der Anlaufphase die zur Dampfstrahlpumpe (60) führenden Leitungen (4, 40, 44) mit Brüden luftfreie spült und die Spülbrüden über Kopf abzieht.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Druckabfall oder -umkehr der dem Pfannendunstkondensator (8) zugeführten Brüden die Brüdenzufuhr zur Dampfstrahlpumpe (60) verringert oder unterbrochen wird, wobei der Treibdampf zur Dampfstrahlpumpe in Abhängigkeit vom Druck in der Zufuhrleitung (54) für die Brüden über ein Regelventil (64) geregelt wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Druckabfall in dem von der Dampfstrahlpumpe (60) zu den weiteren Wärmeaustauschern (70, 70', 70", 74) führenden Verteilerleitung (68) zusätzlich Heiß- oder Sattdampf über eine Bypass-Leitung (90) unter Umgehung der Dampfstrahlpumpe der Verteilerleitung (68) zuführt 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Druckabfall in der von der Dampfstrahlpumpe (60) zu den weiteren Wärmeaustauschern (70, 70', 70", 74) führenden Verteilerleitung (68) zwecks Vermeidung einer Überhitzung des Dampfes bzw. Sattdampfes Kondensat aus dem Pfannendunstkondensator (8) zuführt.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß einer der weiteren Wärmeaustauscher (74) zur Aufheizung der der Würzpfanne zugeführten Würze dient.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energierückgewinnung bei der Bierwürzekochung durch Kondensation der Brüden an Wärmeaustauschern.

   Das Würzekochen wird nach bekannten Verfahren entweder mit Innenkochung innerhalb der Würzepfanne oder mit einem externen Würzekocher mit oder ohne Überdruck durchgeführt. Die hierbei entstehenden Brüden werden über einen Pfannendunstkondensator geleitet und dort zum Teil kondensiert. Das anfallende Kondensat hat einen sehr großen Wärmeinhalt und wurde bislang ohne Energierückgewinnung in die Kanalisation geleitet, wobei nicht nur Energie verloren geht, sondern auch das Abwasser erheblich erwärmt wird.

   Die im Gegenstrom durch den Pfannendunstkondensator erzeugte Warmwassermenge konnte bislang in den Brauereien nicht vollständig genutzt werden, so daß die Pfannendunstkondensatoren häufig ausgeschaltet werden mußten und der gesamte Wärmeinhalt der Brüden über Dach in das Freie geführt wurde.

   Es sind zwar Hochtemperaturwürzekochungen unter Überdruck z. B. gemäß DE-PS 32 26310 bekannt, bei denen die Würze von ihren flüchtigen und den Geschmack beeinträchtigen Substanzen durch eine Zwischenentspannung entfernt werden können; bei diesem Verfahren wird Primärenergie eingesetzt und das Brüdengemisch an Wärmeaustauschern kondensiert. Dabei wird der Wärmeinhalt des Kondensates nicht genutzt Ferner ist es nach W. Bilewsky »Umweltschutz und Wärmerückgewinnung im Sudhaus« (Mschr. Brauerei 34, Nr. 11, 402 bis 410, 1981) bekannt, die Betriebsverhältnisse am Pfannendunstkondensator durch einen absolut luftfreien Betrieb zu verbessern, wobei druckdichte Pfannen und Dunstrohrsysteme sowie dichte Umschaltklappen vorzusehen sind, und der Schwadentransport nur durch leichten Überdruck im Bereich unter 50 mbar also nahezu drucklos bewirkt wird. Hierbei wird allerdings ein leichter Unterdruck im Pfannendunstkondensator erzeugt, was zwar einen Austritt von Geruchsstoffen verhindert, jedoch ökologisch gesehen nicht optimal ist, da einerseits der Kondensator wegen des Warmwasserüberschusses noch nicht für alle Sude eingesetzt werden kann und andererseits das heiß ablaufende Kondensat in der Kanalisation eine Nachverdampfung erfährt, die dort die Geruchsstofe verstärkt in die Atmosphäre austreten läßt. Neben den Wirkungsgradverlusten wird also die Umweltbelastung nur verlagert Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei der Bierwürzekochung eine möglichst vollständige Energierückgewinnung durch Kondensation der Brüden an Wärmeaustauchern zu ermöglichen und ferner diese Kondensation so zu gestalten, daß einmal ein sauerstofffreies und keine Hopfenrückstände enthaltendes Kondensat anfällt, welches wieder dem Dampfkreislauf zugeführt werden kann und zum anderen, daß nur das die Hopfenrückstände enthaltende Kondensat abgeführt wird und keine ökologische Belastung durch in das Freie abgeführte Brüden erfolgt. Ferner soll das Brüdenkondensat zur Steuerung der gesamten Energie rückgewinnung eingesetzt werden, um eine flexible Verfahrensweise zu ermöglichen, wobei insbesondere die Möglichkeit geschaffen werden soll,- konventionelle Anlagen zum Würzekochen so zu betreiben, daß eine mög lichst vollkommene Ausnutzung der beim Kochen entstehenden Brüden hinsichtlich des Wärmeinhaltes erreicht wird und das Brüdenkondensat für die Dampferzeugung wieder eingesetzt werden kann, wobei gleichzeitig die Abwasserbelastung durch hohe Temperaturen des Brüdenkondensates und/oder Hopfenrückstände erheblich verringert wird und gleichzeitig der Wasserbedarf zum Dampfkreislauf durch die Wiederverwendung eines luftfreien und von Hopfenrückständen befreiten Kondensates verringert wird.

   Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Kennzeichen des Hauptanspruchs vorgeschlagen, wobei weitere vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen in den Unteransprüchen erwähnt sind.