Titel: Combes, über Rauchverzehrung bei Fabriköfen.
Autor: Combes, Ch.
Fundstelle: 1845, Band 98, Nr. LIII. (S. 181–188)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj098/ar098053

LIII. Ueber die Mittel, wodurch den Nachtheilen abgeholfen werden kann, welche durch den Rauch der mit Steinkohlen geheizten Fabriköfen entstehen; von Ch. Combes.

Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement, August 1845, S. 348.

In den großen Städten hat man sich immer über den Rauch von mit Steinkohlen geheizten Fabriköfen beklagt; man suchte entweder die Erzeugung desselben zu verhindern, indem man mechanische Vorrichtungen zum Vertheilen der Steinkohlen auf den Rösten einführte, oder ihn zu verbrennen, indem man Luft zu gewissen Zeiten und an verschiedenen Stellen in den Feuerraum leitete. Alle diese Bemühungen hatten jedoch fast überall nur einen halben Erfolg; in einigen (französischen) Fabriken benuzt man noch immer den mechanischen Vertheiler von Collier. Die Einrichtungen, welche in anderen Fabriken zum Verbrennen des Rauchs getroffen worden waren, nämlich Einlassen von Luft an gewissen Stellen des Feuerraums, nach den Verfahrungsarten von Lefroy, d'Arcet und anderen, hat man allgemein aufgegeben; man machte ihnen den Vorwurf, daß dabei nicht nur weniger Wärme an die Dampfkessel übertragen, sondern auch deren Zerstörung beschleunigt wird, weil der Gasstrom zu viel unverbrannte Luft enthält. Die Heizung der königlichen Münze (zu Paris) mit vollständiger Verbrennung des Rauchs der Kohksöfen, so wie sie Hr. d'Arcet einrichtete, besteht aber jezt noch wie früher; dieß ist gewiß ein Beweis, wie Unrecht man hatte, die rauchverzehrenden Vorrichtungen mit Einlassen von Luft in den Rauchstrom aufzugeben, statt daß man suchte sie zu vervollkommnen.

Die in den englischen und schottischen Fabrikstädten durch den Rauch verursachten Uebelstände waren noch viel bedeutender als die in Frankreich; sie wurden von Tag zu Tag lästiger und endlich unerträglich, daher im Jahr 1843 eine Commission des Hauses der Gemeinen mit einer Untersuchung derselben und der Mittel zu ihrer Abhülfe beauftragt wurde.

Der Bericht dieser Commission vom 17. August 1843 ergab, daß man sich veranlaßt sehe, in der nächsten Sizung der Parlamentshäuser |182| eine Bill einzubringen, welche die Rauchbildung durch Fabriköfen und Dampfkesselöfen verbietet. Die ins Detail gehenden Protokolle der Untersuchung wurden dem Beschlusse des Hauses der Gemeinen zufolge gedrukt, wie dieß in Großbritannien üblich ist. Sobald der Bericht und die Protokolle in Frankreich angekommen waren, wurden sie von dem Unterstaatssecretär der Staatsbauten der Central-Dampfmaschinen-Commission mit der Anfrage übergeben, ob von den in England gebräuchlichen Verfahrungsweisen einige in Frankreich Anwendung finden und förmlich vorgeschrieben werden können. Die Antwort der Commission ging dahin, daß mehrere unter diesen Verfahrungsweisen zwekmäßig zu seyn scheinen, daß aber vor deren verordnungsmäßigen Einführung oder auch nur Anrathung erst directe Versuche angestellt werden müssen, um sich von dem Grade ihrer Zwekmäßigkeit zu überzeugen; daß erst ermittelt werden müsse, welches die einfachsten und wenigst kostspieligen Mittel seyen, um den gewünschten Zwek zu erreichen; daß endlich mehrere annoch unsichere Punkte, sowohl hinsichtlich der den Apparaten zu gebenden Dimensionen, als über die Menge des in Dampf verwandelten Wassers, die Wirkung auf das Metall der Dampfkessel etc. aufzuhellen seyen. Der Unterstaatssecretär stimmte dieser Ansicht bei und beauftragte die Commission, Versuche anzustellen, für welche er den nöthigen Credit bewilligte. Auf diese Weise kam es zu den Versuchen, welche ich, als Secretär der Central-Dampfmaschinen-Commission, leitete und wobei mir der Bergwerks-Ingenieur-Aspirant Debette Beistand leistete. Wenn diese Versuche auch noch der Fortsezung, oder vielmehr der Wiederholung mit größern Dampfkesseln bedürfen, ehe die Commission ihren Vorschlag zu gesezlichen Verordnungen nebst einer praktischen Instruction der Regierung überreicht, so kann ich doch heute schon die erhaltenen Resultate mittheilen, indem die Verfahrungsarten, welche ich vorzuschlagen habe, einfach sind, durchaus keine Kosten verursachen und in keinem Falle den geringsten Uebelstand nach sich ziehen können. Es wäre daher zu wünschen, daß sie sogleich bei den Fabriköfen in Anwendung kommen, welche in Paris jezt gebaut werden und überall, wo der Rauch die Bewohner der Nachbarschaft belästigen kann. 37)

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Die Versuche wurden auf der Feuerstelle eines gewöhnlichen Dampfkessels von cylindrischer Gestalt, mit zwei Siederöhren, von einer Gesammt-Capacität von 2,85 Kubikmetern angestellt. Der Rost hat eine Gesammtoberfläche von 0,6525 Quadratmeter; die Summe der zwischen den Roststangen befindlichen leeren Räume beträgt 0,162 Quadratmeter oder das Viertel der ganzen Oberfläche. Der Kamin hat eine Höhe von 20 Meter über dem Boden und ist von kreisrundem Querschnitt; er hat innerlich (im Lichten) 0,70 Durchmesser an der Basis und 0,50 Meter an der Spize, wonach die obere Mündung eine Fläche von 0,196 Quadratmetern einnimmt. Die gesammte Heizfläche beträgt 15 Quadratmeter; die Circulation der bei der Verbrennung entstehenden Gase ist übrigens auf gewöhnliche Weise geleitet. Der Strom geht unter den Siederöhren vorbei, gelangt durch den Feuercanal rechts, welcher bis zur Hälfte des Durchmessers des Dampfkesselkörpers aufsteigt, an den Vordertheil des Ofens zurük und kehrt durch den Feuercanal links zum Kamin zurük. Es wurden auf dem Roste in der Stunde ungefähr 80 Kilogramme stark rauchendes Steinkohlenklein aus der Grube Produits in Belgien verbrannt. Die in dieser Steinkohle enthaltene Asche und steinigen Körper erzeugen schwarze, teigige Schlaken, so daß die Roststäbe oft und mühsam gereinigt werden mußten. In dem Mauerwerk wurden an beiden Seiten des Rostes zwei Canäle angebracht, um mitten in den durch die Verbrennung erzeugten Gasstrom atmosphärische Luft einführen zu können; die äußere Oeffnung jedes solchen Canals auf der Außenseite des Ofens ist 130 Millimeter breit und 110 Millimeter hoch; sie sezen sich über die ganze Länge des Feuerraums fort, von welchem sie nur durch die Dike eines halben Baksteins getrennt sind, und münden in einer Entfernung von 16 Centimetern hinter der Brüke aus, durch zwei rechtwinkelige Spalten, welche sich an den beiden Seiten des Ofens gerade gegenüber stehen, 195 Millimeter hoch in verticaler Richtung und 65 Millimeter breit sind, was für jede dieser Oeffnungen, aus welchen die Luft entweicht, 127 Quadratcentimeter, für beide zusammen 254 Quadratcentimeter Oberfläche ausmacht, = 157/1000 von der Summe der zwischen den Rostfläben |184| befindlichen leeren Räume. Die Seitenlöcher konnten mit zugehauenen, mit Handgriffen versehenen Baksteinen, welche man an ihre äußere Oeffnung legte, verschlossen werden; wurden die Baksteine flach hingelegt, so waren sie halb verschlossen. Durch ein am Hintertheil des Ofens angebrachtes Loch, in welches ein gußeisernes Einsezstük paßte, konnte man beobachten, was im Innern vorging. Eine andere ähnliche Oeffnung befand sich am vordern Ende des zweiten Feuercanals; mittelst desselben wurden zu verschiedenen Zeiten die Gase angesogen (gesammelt), welche der Gegenstand vielfältiger Untersuchungen waren, und wovon Hr. Debette fünf vollkommene Analysen mittelst Kupferoxyds anstellte. Die Gase wurden in eine große Flasche über Wasser, welches mit einer 2 Centimeter diken Oehlschicht bedekt war, aufgesaugt, gerade so wie Hr. Ebelmen die Gase aus den Hohöfen auszog. Um die Luftmenge zu ermitteln, welche durch den Rost drang, brachte man am Aschenraum eine zweiflügelige Thüre von Eisenblech an; durch jeden Flügel gingen drei in einer verticalen Linie angebrachte rechtwinkelige Oeffnungen, welche durch dünne Riegel von einander getrennt waren und mittelst Platten oder Füllungen von Eisenblech nach Belieben verschlossen werden konnten; jede dieser sechs Oeffnungen hat 183 Millimeter horizontaler Breite auf 153 Millimeter verticaler Höhe; alle sechs miteinander nehmen eine um 0,168 Quadratmeter größere Fläche ein, als die Summe der leeren Räume zwischen den Roststäben beträgt. Ehe die eigentlichen Versuche angefangen wurden, ward mehrere Tage hindurch ein gelindes Feuer gemacht, um das Mauerwerk des Ofens auszutroknen. Folgendes sind die Resultate der Beobachtungen.

Der Heizer brachte gewöhnlich auf einmal 2 Schaufeln Steinkohlen auf den Rost, wovon jede ungefähr 6,46 Kilogr. Steinkohle faßte, manchmal legte er 3, seltener sogar 4 Schaufeln voll auf. Die großen Beschikungen von 3 und 4 Schaufeln geschahen jedesmal nach einer vollkommenen Reinigung des Herdes. Die Zeit zwischen zwei Beschikungen betrug 12 bis 14 Minuten, in dieser Zeit wurde gewöhnlich einmal geschürt.

Wenn die Oeffnungen für das Zulassen von Luft hinter der Brüke geschlossen sind, so befindet sich der Ofen im Zustand eines gewöhnlichen Ofens und es folgt auf jede Beschikung mit Steinkohle ein schwarzer, völlig undurchsichtiger Rauch, welcher durch den Kamin abzieht, was wenigstens 3 Minuten, meistens 4 Minuten, bisweilen sogar 7 Minuten dauert. Auf den schwarzen Rauch folgt ein gelblicher, welcher ungefähr eben so lange andauert wie jener. Dieser Rauch wird allmählich heller und verschwindet endlich ganz gegen das Ende der Zeit, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden |185| Beschikungen verstreicht. Das Schüren hat immer einen schwarzen Rauchschwall zur Folge, der sich in höchstens einer Minute wieder verliert; es ist einleuchtend, daß der Moment, wo der Rauch vom Zustand des schwarzen in den des gelblichen Rauches übergeht, schwer zu ergreifen ist. Diese Beobachtungen führen zu dem durchschnittlichen Resultat, daß der Ofen unter den angegebenen Umständen in der Stunde 18½ Minuten lang schwarzen Rauch und 14½ Minuten lang gelblichen Rauch hervorbringt, während 27 Minuten lang beinahe gar kein Rauch vorhanden ist.

Wird in der Art gefeuert, daß die Verbrennung nur langsam vor sich geht und in der Stunde bloß etwa 40 Kilogr. Steinkohle verbrannt werden, so verstreichen von einer Beschikung zur andern 22 bis 25 Minuten; man hat sehr wenig schwarzen, weniger gelblichen Rauch und der Zeitraum, während dessen der Rauch als Null betrachtet werden kann, ist viel bedeutender; im Mittel hat man in der Stunde 2½ Minuten schwarzen, 10½ Minuten leichten Rauch und 47 Minuten gar keinen Rauch.

Wenn man durch das hinten im Ofen offen gelassene Sehloch betrachtet, was im ersten Canal, worin sich der Rauch verbreitet, vorgeht, und findet, daß dieser Canal sogleich nach dem Eintragen des Brennmaterials von einem völlig undurchsichtigen Rauch erfüllt wird, durch welchen sich kein Flammenstrich zieht, so daß, sobald der Heizer die Ofenthüren geschlossen hat, das am Ende dieses Canals befindliche Feuer unmöglich gesehen werden kann; wenn man, sage ich, im Moment, wo der Rauch also am diksten ist, die beiden Seitenlöcher öffnet, welche die Luft hinter der Brüke einziehen lassen, so entzündet sich der Rauch augenbliklich und brennt mit länglicher Flamme, welche bis am Ende der Siederöhren anlangt; schließt man diese Löcher wieder, so erlöscht die Flamme augenbliklich. Man kann dieses Experiment beliebig oft, so lange als der Ofen von selbst einen ziemlich diken Rauch erzeugt, wiederholen. Die Person, deren Auge sich am Sehloch befindet, kann durch das, was im Canal vorgeht, wohl unterscheiden, wann die Löcher geschlossen und wann sie offen sind. Betrachtet man den Gipfel des Kamins, so sieht man einige Augenblike nach dem Oeffnen der Luftcanäle schwarze Rauchwellen herausströmen, worauf der Rauch heller wird und hernach leicht und durchsichtig bleibt. Der erste Rauchausbruch entsteht durch das erste Lufteinlassen, welches den die Feuercanäle und den Kamin erfüllenden undurchsichtigen Rauch vor sich herjagt.

Läßt man die Seitenlöcher beständig offen, so wird die Verbrennung lebhaft befördert und es entsteht daher, wie schon gesagt, selbst nach dem Beschiken kein schwarzer Rauch mehr. Auch die Dauer |186| des leichten Rauchs nimmt ab. Kurz, man hat in der Stunde im Mittel während einer ¾ Minute schwarzen Rauch, 21 Minuten lang leichten Rauch, und 38¼ Minuten lang gar keinen sichtbaren Rauch.

Werden die Seitenlöcher durch vorn flach aufgelegte Baksteine, also nur halb verschlossen, so hat man bei lebhafter Verbrennung in einer Stunde im Mittel während 1 Minute schwarzen Rauch, 23 Minuten lang leichten Rauch und 36 Minuten lang keinen Rauch.

Ich muß noch bemerken, daß sowohl die schwarze als die schwächere Färbung des bei geöffneten Seitenlöchern erzeugten Rauches nicht so dunkel ist, als die eben so bezeichnete Färbung des Rauchs bei geschlossenen Löchern.

Ist die Verbrennung eine langsame, so bleibt sich der Rauch ziemlich gleich, die Löcher der Luftcanäle mögen geschlossen oder beständig ganz oder halb geöffnet bleiben.

Kurz, der sich durch eine langsame Verbrennung bei geschlossenen Seitenlöchern, oder durch eine lebhafte Verbrennung bei offenen Seitenlöchern erzeugende Rauch ist kaum stärker als der eines Küchenherdes und scheint seiner Beschaffenheit nach die Nachbarschaft nicht belästigen zu können, vorausgesezt, daß der Kamin über die Fenster der Nachbarhäuser hinaufreicht. Der Rauch hingegen, welcher sich in demselben Ofen bei verschlossenen Seitenlöchern und lebhafter Verbrennung erzeugt, ist dik, undurchsichtig und mit Ruß beladen, so daß er beinahe ein Drittheil der Zeit hindurch sehr lästig wird. Es ist mithin möglich, den Rauch eines Dampfkesselofens von gewöhnlicher Form und Größe wenn auch nicht völlig verschwinden zu machen, doch bedeutend zu vermindern, dadurch, daß man Luft oberhalb des Feuerraums, einige Centimeter hinter der Ofenbrüke einziehen läßt, vorausgesezt daß der Ofen mit einem gut ziehenden Kamin versehen ist.

Die zahlreichen Versuche, welche mit den aus dem zweiten Feuercanal geschöpften Gasen angestellt wurden, gaben folgende Resultate. Wenn die Löcher zum Einlassen von Luft geschlossen waren, enthielten die in dem Augenblik, wo der Kamin einen schwarzen diken Rauch ausstieß, sogleich nach dem Beschiken mit Brennmaterial, in einer graduirten Gloke über Queksilber aufgefangenen Gase, in 100 Volumtheilen 10 bis 12,75 Th. Kohlensäure und 8,05 bis 6,45 freien Sauerstoff; das Uebrige war Stikstoff mit sehr wenig oder gar keinen brennbaren Gasen.

Bei schwachem Rauch und beständig geschlossenen Luftlöchern fand man die Gase aus 7 bis 9 Proc. Kohlensäure und ungefähr 10 Proc. freiem Sauerstoff bestehend. Wenn endlich gar kein Rauch mehr vorhanden ist, am Ende der zwischen zwei aufeinanderfolgenden |187| Beschikungen verstreichenden Zeit, enthalten die Gase ungefähr 6 Proc. Kohlensäure und 13 Proc. freien Sauerstoff.

Sind die Canäle zum Einlassen von Luft hinter der Ofenbrüke ganz offen, so enthalten die sogleich nach dem Auflegen von Brennmaterial auf den Rost ausgezogenen Gase, während der Kamin einen schwachen Rauch ausstößt, stets über 6½, manchmal 8¼ Proc. Kohlensäure; das Verhältniß des freien Sauerstoffs ist 9 bis 9,8 Procent. In dem Maaße als das Brennmaterial bei beständig vollkommen geöffneten Seitenlöchern verzehrt wird, nimmt die Menge der Kohlensäure ab und die des freien Sauerstoffs zu; am Ende der Zeit, welche zwischen zwei Beschikungen verstreicht, wo der Kamin gar keinen sichtbaren Rauch mehr gibt, findet man im Strome nie unter 5,17 Proc. Kohlensäure und nie über 13,79 freien Sauerstoff. Die von Hrn. Debette angestellten Analysen beweisen, daß das Verhältniß der brennbaren Gase, Kohlenoxyd oder Wasserstoff, welche im Gasstrom vorhanden seyn können, 2½ Proc. nie übersteigt. Die beinahe vollkommene Abwesenheit brennbarer Gase geht übrigens auch aus den mit Aezkali und Phosphor angestellten Versuchen hervor, so wie aus der Zusammensezung der Steinkohle von Mons, welche der von uns benuzten analog ist.

Kurz, der Rauch bleibt dik, so lange im Gasstrom dem Volum nach mehr Kohlensäure als freier Sauerstoff vorhanden ist; und er wird heller, wenn die Kohlensäure und der Sauerstoff zu gleichen Theilen im Gemenge sind; ganz hört er auf, wenn das Volum des Sauerstoffs zweimal so groß ist als das der Kohlensäure.

Die Geschwindigkeit und folglich das Volum Luft, welches, theils durch den Rost, theils durch die offenen Luftcanäle in den Ofen trat, maßen wir mittelst des Anemometers (Windmessers) mit Flügelchen. Es geht aus unseren Versuchen hervor, daß die durch den Aschenraum eintretende und durch den Rost ziehende Luftmenge unmittelbar nach dem Beschiken mit Steinkohlen sehr gering ist; in dem Maaße aber, als die Steinkohle sich verzehrt oder in Kohls verwandelt, nimmt sie zu, so daß sie am Ende des Zeitraums zwischen zwei Beschikungen ungefähr viermal so groß ist, als sie unmittelbar nach dem Beschiken war. Auch das Schüren, welches, wie gesagt, einen schwarzen Rauchschwall veranlaßt, hat eine Verminderung der durch den Rost einziehenden Luftmenge zur Folge. Die Quantität der durch die Seitenlöcher eintretenden Luft bleibt sich ziemlich constant; unmittelbar nach dem Eintragen von Steinkohlen nämlich ist sie mehr als zweimal so groß, als die durch den Rost einziehende; am Ende des Zeitraums zwischen zwei Beschikungen beträgt sie kaum über die Hälfte der durch den Rost einziehenden. Das Einlassen von Luft |188| durch die Canäle scheint in den Augenbliken nach dem Eintragen frischen Brennmaterials die Geschwindigkeit des durch den Rost ziehenden Luftstroms zu vergrößern; es ist dieß ohne Zweifel die Wirkung eines verstärkten Zugs, welcher durch die Temperatur-Erhöhung in Folge der Verbrennung der Destillationsproducte der Steinkohle hervorgebracht wird. Zur Verbrennung von 80 Kilogr. Steinkohle in einer Stunde betrug das Volum der durch die vollkommen geöffneten Canäle einziehenden Luft ungefähr 11,33 Kubikmeter per Minute; diese Luft mußte mit einer Geschwindigkeit von 8 Metern per Secunde in den Rauchstrom einströmen. Das durch den Aschenraum und den Rost eintretende Volum Luft betrug unmittelbar nach einer Beschikung des Rosts mit Steinkohle 5,34 Kubikmeter und stieg gegen das Ende des Zeitraums zwischen zwei Beschikungen bis auf 19 Kubikmeter.

Die Menge des durch 1 Kilogr. Steinkohle in Dampf verwandelten Wassers wechselte bei unsern Versuchen zwischen 4,87 und 5,37 Kilogr. Die Abweichungen rühren von zufälligen Umständen her, welche wir noch nicht ermitteln konnten. Das Zulassen von Luft durch die beständig offen gehaltenen Canäle scheint uns gar keinen Einfluß auf die einem Kilogramm Brennmaterials entsprechende Dampfbildung zu haben. Wahrscheinlich wird die durch die Verbrennung des Rauchs gewonnene Wärme von der Wärme, welche in Folge des Zulassens einer überflüssigen Menge Luft zur Zeit wo das Brennmaterial beinahe ganz in Kohks verwandelt ist, verloren geht, beinahe compensirt. Sonach wäre es vortheilhaft, während der Augenblike, welche auf das Eintragen frischen Brennmaterials folgen, Luft durch die Luftcanäle eintreten zu lassen und dieselben dann allmählich zu verschließen, so daß der Luftzutritt abgesperrt ist, wenn der Ofen aufhört Rauch von sich zu geben, weil er durch den Rost eine für die Verbrennung mehr als hinreichende Menge Luft erhält.

Auf das Metall des Dampfkessels scheint der Gasstrom, selbst wenn man die Zuglöcher beständig geöffnet läßt, keine zerstörende Einwirkung äußern zu können; denn dieser Gasstrom enthält nie weniger als 5,17 Volum-Procente, während des größten Theils der Zeit aber 6½ bis 8 Proc. Kohlensäure, welches Verhältniß auch in einem gewöhnlichen Ofen stattfindet, wenn die Steinkohle zum Theil schon verzehrt oder in Kohks verwandelt ist. Doch bleiben in dieser Hinsicht noch einige Zweifel übrig; wenn man aber darauf sieht, daß die Oeffnungen der Luftcanäle zur rechten Zeit geschlossen werden, so übt der Gasstrom gewiß keinen nachtheiligen Einfluß auf den Dampfkessel aus.

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Nach dem Manchester Guardian wurden kürzlich von dem Gerichtshof zu Manchester mehrere Personen in eine Strafe von je 40 Shill. verfällt, weil sie keine Vorkehrungen getroffen hatten, um den Rauch ihrer Dampskessel-Oefen zu verzehren. Aus den gerichtlichen Verhandlungen geht hervor, daß die Frage, ob es in der Praxis möglich sey, den Rauch größtentheils, wo nicht gänzlich zu verzehren, durch die Aussagen von Henry Houldsworth und Thomas Ogden, deren Schornsteine dafür den Beweis liefern, als abgemacht zu betrachten ist. Hr. Houldsworth bewies, daß die Einrichtungen zur beinahe vollständigen Verbrennung des Rauchs keineswegs kostspielig sind, indem sie in gewöhnlichen Fällen nur 10 bis 15 Pfd. St. betragen und daß man bei Verbrennung des Rauches noch den Vortheil hat, nicht weniger als 18 Proc. an Brennmaterial zu ersparen. In den drei Jahren 1838 bis 1840 verbrauchte sein Dampfkessel stündlich eine Tonne (20 Cntr.) Steinkohlen; im Jahr 1841 wurde der rauchverzehrende Apparat am Ofen angebracht und in den drei folgenden Jahren 1842 bis 1844 war der Kohlenbrauch auf 16 8/10 Cntr. per Stunde vermindert. Man vergl. über die in England gebräuchlichen rauchverzehrenden Vorrichtungen polytechn. Journal Bd. XCII S. 250 und Bd. XCIV S. 8.

A. d. R.

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