Titel: Silliman, über die Verbrennung von nassem Brennmaterial in den Thompson'schen Oefen.
Autor: Silliman, Benjamin
Fundstelle: 1861, Band 159, Nr. XXVIII. (S. 103–108)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj159/ar159028

XXVIII. Ueber die Verbrennung von nassem Brennmaterial in den Thompson'schen Oefen; von B. Silliman jun.

Aus Silliman's american Journal of Science and Arts, September 1860, S. 243.

Mit Abbildungen auf Tab. II.

Bekanntlich ist bei allen gewöhnlichen Ofenconstructionen die Anwendung von nassem Brennstoff, in Folge der bei der Verdampfung des Wassers latent werdenden Wärme, von großem Verlust begleitet. Selbst das vollkommen lufttrockene Holz enthält noch etwa 25 Proc. Wasser und es müßte also streng genommen die Bezeichnung „naß“ für jeden Brennstoff, mit Ausnahme der Holzkohle und der Steinkohle, gelten. In der Technik rechnet man jedoch nur Torf und solche Substanzen zu den nassen Brennmaterialien, welche, wie gebrauchte Lohe, Farbhölzer und Bagasse, wenigstens ihr halbes Gewicht oder noch mehr an Feuchtigkeit enthalten. Alle Versuche, diese Materialien mit Nutzen zu verwerthen, sind bis auf die neueste Zeit als gescheitert zu betrachten.

Es soll nun in Folgendem eine Ofenconstruction beschrieben werden, welche, zum Theil in Folge von bisher noch nicht benutzten chemischen Wirkungen, jene Substanzen mit Vortheil anzuwenden gestattet und daher |104| vom praktischen wie vom wissenschaftlichen Standpunkte aus alle Beachtung verdient.

In den ersten Perioden der Zersetzung von nassem Brennstoff sind die Hauptproducte Wasserdampf, Rauch oder verflüchtigter Kohlenstoff, und Kohlenoxyd mit einer wechselnden Menge von Kohlensäure und Kohlenwasserstoff. Diese Substanzen gehen bei allen gewöhnlichen Heizvorrichtungen unbenutzt in den Schornstein und führen die bei ihrer Bildung latent gewordene Wärme noch mit sich. Bei der in Rede stehenden Feuerung soll diese nun wieder gewonnen werden, was dadurch erzielt wird, daß man den Zutritt der Luft fast ganz abschließt und den nassen Brennstoff zwingt, den Verbrennungssauerstoff aus der Zersetzung des Wasserdampfes, und zwar in Folge der in hoher Temperatur stattfindenden Reaction zwischen diesem und Kohlenstoff oder Kohlenoxyd, zu entnehmen.

Die praktische Lösung dieses Problems scheint zuerst dem verstorbenen Moses Thompson im Jahr 1854 gelungen zu seyn. Derselbe hatte keineswegs eine genaue Kenntniß der Principien, auf denen seine Ofenconstruction beruht, sondern ging von dem Gedanken aus, daß sich die Verbrennungsproducte nasser Brennstoffe, wenn man sie zusammen in einen heißen von der atmosphärischen Luft abgeschlossenen Raum brächte, einander „gegenseitig verzehren“ würden. Diesen Gedanken verwirklichte er und nannte den Raum, wo die gegenseitige Zersetzung der eben genannten Substanzen vor sich ging, die „Zersetzungskammer.“ Dieselbe soll nur die Bedingung erfüllen, daß ein sehr hoher Hitzegrad darin herrscht und daß keine Luft hineingelangen kann, die nicht erst durch die brennenden Stoffe hindurch gegangen ist. Auf Gestalt und Construction dieser Kammer kommt es dann nicht weiter an. Es wird darin, in Folge der unerläßlich hohen Temperatur, der Wasserdampf so zersetzt, daß dessen Sauerstoff mit dem vorhandenen Kohlenstoff und Kohlenoxyd Kohlensäure bildet, während etwa überschüssiger Wasserstoff mit Kohlenstoff zu Sumpfgas zusammentritt. Auf diese Weise entwickelt der Sauerstoff des Wasserdampfes nicht allein durch Verbrennung der übrigen Producte Hitze, sondern es wird hierbei auch ein großer Theil der beim Verdampfen des Wassers latent gewordenen Wärme wieder frei. Endlich werden alle in dem Gemisch noch vorhandenen verbrennlichen Producte beim Uebergang desselben über die Feuerbrücke in einen der atmosphärischen Luft zugänglichen Raum auch noch vollständig verbrannt.

Die erzeugte Hitze in den betreffenden Theilen des Ofens ist eine solche, daß nur die feuerfestesten Materialien derselben widerstehen können und die Temperatur die volle Weißglühhitze erreicht. Tritt Luft in die |105| Zersetzungskammer, so wird durch deren hohen Gehalt an unwirksamem aber Hitze absorbirendem Stickstoff die Temperatur augenblicklich so herabgedrückt, daß die ganze Zersetzung aufhört und die helle Gluth durch dichte Rauchmassen ersetzt wird. Bei vollkommenem Abschluß der Luft von dieser Kammer und gutem Gange des Ofens ist dagegen keine Spur von Rauch zu bemerken, und es entweicht nicht einmal Wasserdampf, während zu Anfang des Feuerns, ehe die Zersetzungskammer ihre gehörige Temperatur erlangt hat, sowohl Wasser wie Rauch durch den Kamin entweicht. Je nach der Beschaffenheit des zu verwendenden Brennmaterials weicht auch die Construction des Ofens etwas ab. Diese soll in Folgendem für die einzelnen Fälle beschrieben werden.

1. Feuerung für nasse Lohe, Sägespäne u. s. w.

Fig. 7 stellt einen Grundriß und Fig. 8 einen verticalen Durchschnitt nach xy des Ofens dar, wie derselbe in Thompson's erstem Patent (vom 10. April 1855) angegeben ist.

Diese Feuerung besteht aus drei quadratischen oder rechteckigen Feuerkammern A, A', A'', welche nebeneinander liegen; diese Anzahl darf nicht verringert werden, wohl sind aber auch mehrere Kammern anwendbar. Dieselben haben Rostböden B, B', B'' aus Feuerziegeln und sind oben gewölbt. Jede Kammer hat vorn bei C eine Arbeitsthür, die man, nachdem die Feuerung in Thätigkeit ist, nur selten gebraucht, weil das nasse Brennmaterial durch die obere Oeffnung D zugegeben wird. E ist eine Oeffnung, die nach dem Fuchs oder der Zersetzungskammer F führt; sie kann mit einer Klappe K aus feuerfestem Thon versehen seyn. Jede Feuerkammer hat ihren eigenen Aschenfall G mit seiner Oeffnung H; der Zweck desselben ist namentlich, die brennenden Kohlenstücke, welche von oben herabfallen, aufzunehmen, wie später erklärt wird.

Dient die Feuerung zum Erhitzen eines Dampfkessels, so bringt man diesen am besten über dem Fuchs I an. Wendet man nasse Lohe oder ein anderes sehr nasses Material an, so soll die Flamme zwischen der Zersetzungskammer und dem eigentlichen Heizraum unter einer Brücke hindurch gehen, welche die Hälfte der Tiefe des Feuerraums zwischen Rost und Gewölbe erreicht, und dann erst wieder zum Heizraum aufsteigen. Bei trockenem oder doch nahezu trockenem Brennmaterial tritt die Flamme direct nach dem Heizraum.

Das Feuer wird wie folgt geleitet: Nachdem in allen drei Kammern mit trockenem Brennmaterial das Mauerwerk stark erhitzt worden, bringt man in zwei derselben nassen Brennstoff und schließt die Aschenthüren. Erst wenn der nasse Brennstoff über die ganze Rostfläche hin in Brand |106| gerathen ist, gibt man auch in die dritte Kammer von demselben Brennmaterial und schließt dann auch deren Aschenthür, worauf man abwechselnd bei allen Feuerräumen mit Zusetzen des betreffenden Brennstoffs fortfährt. Es nimmt alsdann die Zersetzungskammer F vollkommene Weißglühhitze an und keine Spur von Rauch ist am Schornstein sichtbar.

2. Feuerung für feuchte Zuckerrohr-Bagasse.

Fig. 9 zeigt den Querschnitt, die innere und äußere Form und einzelne Theile der Feuerung nach Thompson's Patent vom 15. December 1857. Fig. 10 zeigt einen Längendurchschnitt von zwei verbundenen Doppelöfen. Fig. 11 gibt eine Darstellung des Rostes und seiner Verbindung mit der Zersetzungskammer M und dem Fuchs F.

Der Erfinder beschreibt diese Feuerung folgendermaßen:

„Ich baue zwei fast quadratische Oefen nebeneinander. Die Umfassungsmauern werden nach Oben zu einer Art von Dom zusammengezogen, durch dessen Oeffnung die Bagasse zugegeben wird. Die Hauptmauer muß 24–30 Zoll dick und möglichst wenig die Wärme ableitend seyn, die oberen und die nach dem hinteren Feuerraum führenden Theile können dünner seyn. Jeder Feuerraum wird durch eine fast bis zur Spitze gehende Ziegelwand in zwei gleiche Theile getheilt; der ganze innere Raum wird mit feuerfesten Ziegeln ausgemauert. Jeder Feuerraum wird ferner in einen unteren und einen oberen Raum durch einen Rost aus feuerfesten Ziegeln getheilt, welcher etwa in einem Fünftel der Höhe angebracht und nach hinten etwas niedriger ist. Den Boden des unteren Raumes kann ein Rost mit Aschenfall oder auch, was viel besser ist, ein Herd bilden. Jeder einzelne Feuerraum hat unmittelbar unter dem Rost eine Thür zum Einlegen von Holz oder anderem trockenen Brennstoff, unter welcher sich, über der Sohle des untersten Raumes, stellbare Zugöffnungen für die Verbrennung in diesem untersten Raume befinden.

Sämmtliche Feuerräume münden in den quer dahinter sich erstreckenden Zersetzungsraum, wo sich alle Gase gegenseitig verbrennen und eine sehr hohe Temperatur hervorbringen. Diese Kammer soll etwa den halben Rauminhalt aller Feuerkammern zusammen haben und sich nach Unten bis zur Tiefe des hinteren Rostendes erstrecken. Der Fuchs, welcher die Gase aus der Zersetzungskammer ableitet, muß einen Quadratfuß Fläche auf jede vierzig Kubikfuß des Inhaltes der Zersetzungskammer haben.

Die Thüren zur Beschickung des Feuers müssen sich von Oben durch den Druck des Brennmaterials öffnen, von Unten aber selbst verschließen und nicht durch den innern Druck geöffnet werden können.

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Für Bagasse müssen die inneren Seiten des Feuerraums uneben ausgeführt werden, damit sich die Hitze besser nach Oben verbreiten und das dort befindliche Material erreichen kann; für Lohe oder Sägespäne können die Wände glatt seyn.

Der Zwischenraum der Roststäbe muß zwischen 6 Zoll für die feinste und 20 Zoll für die gröbste Bagasse betragen; für Sägespäne und Lohe darf er nicht über 3/4–1 Zoll breit genommen werden. Der Rost muß aus feuerfesten Ziegeln bestehen.

Zur Beschickung des Ofens wird zuerst im untersten Raume ein Feuer mittelst trockenen Brennmaterials angezündet, und wenn das Mauerwerk gehörig erhitzt worden, das nasse Brennmaterial von Oben zugegeben. Dieses starke Feuer in der untern Feuerkammer, namentlich vorne unter der Hauptmasse des feuchten Brennstoffes, muß während der ganzen Operation unterhalten werden. Die gebildeten Dämpfe und Zersetzungsproducte mischen sich sämmtlich in der Zersetzungskammer und bringen daselbst eine intensive Hitze hervor; dabei müssen die Zugthüren der untern Feuerkammern theilweise geschlossen seyn. Die unteren Theile des nassen Brennstoffs fallen nach und nach in getrocknetem und halbverbranntem Zustande durch den Rost, und ersetzen dann zum Theil das daselbst brennende trockene Material. Bei der schließlichen Verbrennung aller Producte wird der Sauerstoff von dem Wasser des nassen Brennstoffes geliefert. Durch richtige Regulirung des Zuges, wie der Zugabe von nassem oder auch von trockenem Material gelingt es bald, den Gang richtig zu leiten und namentlich die Anwendung von trockenem Holze etc. im untersten Raume, nachdem einmal die Operation eingeleitet ist, ganz zu umgehen. Die erzeugte Hitze ist viel höher, als bei Anwendung von trockener statt nasser Bagasse von gleichem Volum. Je mehr Wasser sie enthält, desto weniger Luft braucht auch dem untern Feuerraum zugeführt zu werden.

In den Zeichnungen stellt D die Feuerräume für das trockene, W diejenigen für das nasse Brennmaterial, M die Zersetzungskammer dar; P sind die Zwischenwände, F die Oeffnungen für die Bagasse, B ist der zu heizende Dampfkessel, b die Feuerbrücke. Der Dampfkessel soll nicht oder nur sehr wenig über der Zersetzungskammer liegen, weil sonst die Hitze daselbst (in Folge der Abkühlung) nicht die zu der Zersetzung der Verbrennungsproducte erforderliche Höhe erreichen kann. Die gehörige Größe dieses Raumes ist ebenfalls von der größten Wichtigkeit, sowie die vollständige Absperrung eines Ueberschusses von atmosphärischer Luft in demselben. Für trockenes Brennmaterial muß daher die Zersetzungskammer auch größer als für nasses genommen werden, damit der Mangel an |108| Wasserdampf durch Luft ersetzt werden kann. Genauere Regeln hierüber lassen sich, der Natur des Gegenstandes nach, nicht wohl geben.

Die Rostöffnungen sind absichtlich so weit genommen, damit möglichst viel halbverkohlte Bagasse hindurchfalle und das untere Feuer unterhalten kann, so daß die ganze Operation mit möglichster Ersparniß von anderm Brennmaterial ausgeführt werde.“

So weit Thompson's Patentbeschreibung. Theoretisch steht nun zwar fest, daß nicht mehr Hitze bei diesem ganzen Zersetzungsproceß erzeugt werden kann, als zur Verdampfung des Wassers und zur Umwandlung der festen Producte in flüchtige erfordert wird. Aber es ist keineswegs gleichgültig, ob der Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung aus der Atmosphäre oder von der Zersetzung des Wassers mittelst Kohle und Kohlenoxyd herrührt, indem einerseits der wirkungslose Stickstoff viel Hitze absorbirt und andererseits der concentrirtere Sauerstoff auch höhere Hitze entwickeln muß, als der mit Stickstoff verdünnte. Daher bemerkt Thompson schon in seinem ersten Patent: „Nach vielfachen Versuchen habe ich mich überzeugt, daß alle Erfolge, welche mit trockenem Brennstoff erreicht werden können, den nach meinem Verfahren mit gleicher Brennstoffmenge erzielten nachstehen, und daß Hitzegrade wie im vorliegenden Fall nur durch nasses Brennmaterial, in einen sehr heißen Raum gebracht, erzeugt werden können, wobei, ohne daß die Verbrennung im geringsten unvollständig bliebe, keinerlei Zug mit seinen nachtheiligen Eigenschaften erforderlich ist.“

Obwohl die beschriebene Feuerungsmethode mit nassem Brennstoff in vielen Zuckerpflanzungen Louisiana's und in einigen Gerbereien in Pennsylvanien und New-York in Anwendung ist, wurde davon meines Wissens in den wissenschaftlichen Zeitschriften keine Notiz genommen. Ich selbst habe im Jahre 1857 einen dreitheiligen Thompson'schen Ofen für nassen Torf in Thätigkeit gesehen; dieses Material enthielt über 75 Proc. Wasser und war für sich zur Anwendung auch hier zu naß; allein mit 1/4 trockenem Holze konnte auch dieses äußerst nasse und fast ganz werthlose Brennmaterial nutzbar gemacht werden. Es brachten nämlich 3 Klafter nasser Torf (von je 128 Kubikfuß) und 1 Klafter trockenes Holz dieselbe Wirkung auf einen Dampfkessel hervor wie 4 Klafter trockenes Brennholz.

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