Titel: Schinz, über ökonomische Dampfkessel-Heizung.
Autor: Schinz, C.
Fundstelle: 1864, Band 173, Nr. X. (S. 27–44)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj173/ar173010

X. Pyrotechnische Rundschau; von C. Schinz.

(Fortsetzung von Bd. CLXXII S. 221.)

VIII. Ueber ökonomische Heizung der Dampfkessel.

Die Société industrielle zu Mülhausen ließ im Jahre 1859 eine Reihe von Versuchen anstellen5), welche die Frage beantworten sollten: wie die Heizung von Dampfkesseln mit der größten Oekonomie zu bewerkstelligen sey?

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Neuerdings hat Hr. E. Burnat den Bericht über die Fortsetzung und Vervollständigung jener Versuche veröffentlicht.6)

Eines der Resultate dieser Untersuchungen war: daß die Dampferzeugung um so wohlfeiler werde, je häufiger und schwärzer der Rauch aus dem Schornstein ströme!

Dieses Resultat hat die Frage der Rauchverbrennung neuerdings zur Erörterung gebracht.

Jene Untersuchungen über die Dampferzeugung liefern wieder einen Beweis, wie unklar die Begriffe über diesen Gegenstand noch sind, und daß selbst wissenschaftlich gebildete Fabrikanten sich von incompetenten Pyrotechnikern zu irrationellen Constructionen verleiten lassen, während wirklich Gediegenes fast nirgends geleistet wird.

Das erste Gesetz der Wärme-Transmission, der Uebertragung der Wärme von einem Körper auf einen andern, welches auf der Temperatur-Differenz des Wärme aufnehmenden und des sie abgebenden Körpers beruht, wird gar nicht berücksichtigt; die erste Bestimmung bei solchen Versuchen hätte diese Temperatur-Differenz seyn sollen, um vergleichbare Resultate zu erhalten.

Um diese Bestimmung vornehmen zu können, ist vorerst die Analyse der Verbrennungsproducte erforderlich, ohne welche man aller festen Anhaltspunkte entbehrt.

Diese Analyse ist aber in keinem einzigen der angestellten Versuche gemacht worden; auch scheinen die Erfinder rauchverzehrender Apparate diesen Ausgangspunkt gar nicht zu berücksichtigen.

Bei einem neulichen Besuche der in technischer Hinsicht so hervorragenden Robert'schen Zuckerfabrik zu Selowitz (in Mähren) theilte mir der dort wirkende Chemiker Herr Müller die Ergebnisse seiner Analysen der Verbrennungsproducte mit, welche dort ohne allen dicken Rauch von einer großen Reihe von Dampfkesseln abziehen. Dieselben enthalten:

14 Proc. Kohlenoxyd,

6 „ Kohlensäure,

2 „ unverbrannte Luft.

Angenommen, die in Selowitz verwendeten Kohlen haben die Zusammensetzung:

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0,0520 Aschebestandtheile,

0,0973 Elemente des Wassers,

0,0358 freier Wasserstoff,

0,8149 Kohlenstoff,

so haben wir:

0,0358 Wasserstoff, welche à 34000 = 1217 W. E. produciren
0,6403 Kohlenstoff zu Kohlenoxyd à 2400 = 1537 „
0,1746 „ zu Kohlensäure à 8000 = 1397 „
–––––––––––––
4151 W. E.
minus latente Wärme des Wasserdampfes 227 „
–––––––––––––
Wärme-Production 3924 W. E. = W

Die Verbrennungsproducte bestehen dann aus:

Kohlensäure 5,968 Kubikf. = 0,6402 Pfd., deren spec. Wärme = 0,13844
Kohlenoxyd 21,817 „ 1,4940 0,37036
Wassergas 9,614 „ 0,4195 0,19926
Stickstoff 77,572 „ 5,2856 1,28970
unverbrannter Luft 3,042 „ 0,2134 0,05072
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
118,013 Kubikf. 8,0527 Pfd. 2,04848
= w

Somit ist die Anfangstemperatur dieser Verbrennungsproducte

= W/w₁ = 3924/2,0485 = 1916° C.

das Volumen dieser Producte bei der Anfangstemperatur = 946,7 Kubikf. und das Volumen der verbrauchten Luftmenge bei 0° = 98,85 K. F.

Peclet nimmt an, daß wenn man zweimal so viel Luft durch den Brennstoff führt, als zu dessen Verbrennung zu Kohlensäure und Wasser nothwendig ist, alsdann die Verbrennung eine vollkommene werde. Gewiß ist, daß dadurch eine vollkommene Verbrennung ermöglicht wird; es ist aber nicht wahrscheinlich, daß diese in allen Fällen erreicht wird.

Unter dieser Annahme, also bei der Verbrennung welche wir als die vollkommene bezeichnen wollen, würden:

die producirte Wärmemenge = W = 7509 W. E.
die spec. Wärme der Verbr.-Prod. = w = 5,3305
die Anfangstemperatur = W/w = 1409° C.

das Volumen der Verbrennungsproducte bei der Anfangstemperatur = 1891 Kubikfuß,

die verbrauchte Luftmenge bei 0° = 300,95 K. F.

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Bei den meisten Dampfgeneratoren findet wohl jetzt eine Luftzuführung statt, wie sie theoretisch für vollkommene Verbrennung erforderlich ist, wobei aber in der Praxis die eine Hälfte des Kohlenstoffes zu Kohlensäure, die andere Hälfte zu Kohlenoxyd verbrennt.

Dann entsteht, was wir als unvollkommene Verbrennung bezeichnen wollen:

die Wärmeproduction = W = 5228 W. E.
die spec. Wärme der Producte aus
1 Pfd. Kohle = w

= 2,2973
die Anfangstemperatur = W/w = 2276° C.

das Volumen der Verbrennungsproducte bei der Anfangstemperatur = 1216 Kubikfuß,

das Volumen der verwendeten Luft bei 0° = 117,23 K. F.

Eine wirklich vollkommene Verbrennung ist nur dadurch erzielbar, daß man den Brennstoff zuerst in brennbare Gase umwandelt und dann diese mit der genau erforderlichen Luftmenge verbrennt.

Wenn diese letztere Bedingung erfüllt wird, so sind:

die Wärmeproduction = W = 7509 W. E.
die spec. Wärme der Verbr.-Prod. = w = 2,8214
die Anfangstemperatur = W/w = 2661° C.

das Volumen der Verbrennungsproducte bei der Anfangstemperatur = 1680 Kubikfuß,

die verwendete Luft bei 0° = 101,52 K. F.

Wenn nun derselbe Brennstoff, je nach der Vollkommenheit seiner Verbrennung, per 1 Pfd. von 3924 bis 7509 W. E. zu erzeugen vermag und die Anfangstemperatur von 1409° bis 2661° C. steigen kann, wie sollte es dann möglich seyn, die Versuchsresultate zu vergleichen und aus dieser Vergleichung allgemein gültige Schlüsse zu ziehen, ohne diese wichtigen Daten zu besitzen?

Bevor wir auf die Abhängigkeit des Erfolges von der Temperatur-Differenz zwischen der Wärmequelle und dem Wärme absorbirenden Körper näher eingehen können, ist zu erwägen, daß dabei noch drei andere Factoren ins Spiel treten, deren Einfluß sich aber nicht bemessen läßt, ohne daß man die wirkende Temperatur-Differenz kennt, und ohne die Kenntniß dieses Einflusses läßt sich auch nicht hoffen, die Dampfgeneratoren ihrer möglichsten Vollkommenheit entgegenzuführen, d.h. den möglichst ökonomischen Betrieb zu erlangen.

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Diese drei Factoren sind: Transmission durch 1) Strahlung, 2) Leitung und 3) Bewegung.

In dem uns vorliegenden Falle befindet sich zwischen den Verbrennungsproducten als Quelle der Wärme und dem Wärme aufnehmenden Wasser stets eine dünne metallene Zwischenwand, welche ein so guter Wärmeleiter ist, daß ihr Vorhandenseyn gar nicht in Betracht kommt.

Die Leitungsfähigkeit = C des Eisens ist = 16,8, diejenige des Kupfers = 41,4; das sind nämlich die Wärmemengen, welche durch einen Würfel dieser Metalle von 1' Seite und 1' Höhe per Stunde hindurchgehen, wenn die Temperatur der Wärmequelle um 1° höher ist als diejenige des Wassers; es würde daher bei constanter Wärmequelle 1 Quadratfuß Eisenblech von 0,01' Dicke = e per Stunde C.(tt')/e = (16,8 . 1)/0,01 = 1680 W. E. und eine Kupferplatte ähnlicher Dimension (41,4 . 1)/0,01 = 4140 W. E. transmittiren.

Vergleicht man damit die Thatsache, daß 1 Quadratfuß Heizfläche eines Dampfkessels per Stunde und per tt' = 1° höchstens 4 bis 5,5 W. E. transmittirt, so leuchtet es ein, daß die metallene Zwischenwand nicht von Einfluß seyn kann und diese ungeheure Differenz in anderen Ursachen begründet seyn muß.

Diese Ursachen sind: daß sowohl das Wärme aufnehmende Wasser als die Wärmequelle selbst, nämlich die Verbrennungsproducte, schlechte Wärmeleiter sind, und daher jener Transmission der Zwischenwand nicht folgen können.

Gesetzt, wir hätten eine Wärmequelle, welche im Stande wäre bei 1° Temperatur-Differenz wirklich per 1 Quadratfuß Eisenblech und per Stunde 1680 W. E. zu transmittiren, so wird die der Wärmequelle entgegengesetzte Fläche doch nur um 1° wärmer seyn als das Wasser welches sie bedeckt; nehmen wir die Wärme-Leitungsfähigkeit dieses Wassers = 0,24 = C, dessen Dichte = 1 = d, dessen spec. Wärme = 1 = s, dessen Schichthöhe auf dem Eisenblech = 1' an, so wird nach der Formel für die Diffusion 1 – A der Werth

Textabbildung Bd. 173, S. 31

(siehe dieses Journal Bd. CLXIV S. 349)

K = C/(d . s) und φ = e/(√74,075 . kz)

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für z = 1 Stunde = 0,7375; das heißt: die obere Fläche des Wassers wird die Temperatur 1 . 0,7375 = 0,7375° angenommen und folglich (1 + 0,7375)/2 . 54 = 47 W. E. aufgenommen haben, also etwa 1/43 von der Menge, welche die Quelle zu liefern im Stande gewesen wäre.

Anders verhält sich die Sache freilich, wenn das Wasser in Bewegung erhalten wird, wodurch die Molecule desselben rasch ihren Platz wechseln, so daß sie wiederholt mit der um 1° wärmeren Metallfläche in Berührung kommen; so erhielt Peclet die Transmission von 1680 W. E., indem er durch einen Rührapparat die transmittirende Fläche per Minute 1600 Mal zu erneuertem Contacte brachte. Ist hingegen die Bewegung des Wassers nur so groß, wie sie durch die Dichte-Differenz in Folge der Wärmeaufnahme hervorgebracht werden kann, so wird die Transmission per 1 Quadratfuß per Stunde und per 1° (= tt') nur 66,5 W. E. und wenn endlich durch Dampfbildung diese Bewegung beschleunigt wird, so erhält man 527 W. E.

Die als Wärmequelle dienenden Verbrennungsproducte müssen zwar der Natur der Sache nach ebenfalls bewegt werden, da die der Wärme beraubten Gase evacuirt werden, aber das Vermögen dieser Gase, die in ihnen enthaltene Wärme zu diffundiren, ist unendlich größer als bei dem Wasser.

Bezeichnen wir die Leitungsfähigkeit wie oben

mit C = 0,024,

mit s die specifische Wärme,

mit d die Dichte der Gase, auf diejenige des Wassers reducirt daher d . 0,0013,

so wird z.B. für die Producte der vollkommenen Verbrennung mit Luftüberschuß

k = 0,024/(0,0013 . 1,0251 . 5,3305) = 3,3786

und daraus für eine Schichthöhe = e = 0,1' und die Zeit einer Secunde = z = 0,00027778, der Werth 1 – A = 0,7725.

Somit würde eine 1 Zoll dicke Schicht von Verbrennungsproducten, welche auf der einen Seite um 1° abgekühlt wird, in einer Secunde durch 0,7725° ersetzt.

Verbrennen wir z.B. per Stunde 100 Pfd. Kohle, so ist das an die Heizfläche von 450 Quadratfuß per Secunde gelangende Volumen der Verbrennungsproducte = 189100/3600 = 52,52 Kubikfuß per 1 Quadratfuß |33| = 52,52/450 = 0,12 Kubikf., folglich die Schicht derselben 1 1/5 Zoll, so daß also obiger Fall sehr annähernd eintritt.

Eine andere Frage ist aber die, ob diese die Wärme leicht diffundirenden Gase mit der Heizfläche stets in genauen Contact kommen, ohne welchen natürlich die Transmission sehr viel kleiner ausfallen müßte. So lange die heißen Gase parallel unter der Heizfläche durchstreichen, wird der Contact kaum etwas zu wünschen übrig lassen, weil die heißen Gase stets nach oben strömen. Dieses Ziel wird aber sicher nicht erreicht, wenn diese Gase vertical an den Heizflächen hinströmen, und eben so wenig, wenn diese Gase, wie bei den in Mülhausen angewendeten Vorwärmern7), horizontal liegende Röhren bespühlen.

Im letzteren Falle wird sogar die Strömung diagonal durch die Röhre gehen, wenn die Bewegung der Gase durch Zug bewirkt wird, weil dann dieselben stets den nächsten Weg suchen.

Wenn der Brennstoff, wie bei der gewöhnlichen Anordnung, direct in oder unter dem Kessel verbrannt wird, so geht ein bedeutender Theil der vom glühenden Brennstoffe ausgestrahlten Wärme direct an die darüber liegende Heizfläche; natürlich wird diese Menge den Gasen entzogen und haben dann diese eine um so niedrigere Temperatur. Nach Versuchen von Despretz werden von 1 Quadratfuß per Stunde 9720 W. E. transmittirt, wenn dieser 1 Quadratfuß direct über den glühenden Kohlen angebracht ist; wenn nun dagegen bloße Verbrennungsproducte von 1409° C. für dieselbe Fläche und Zeit circa 5730 W. E. transmittiren, so würde die durch Strahlung transmittirte Wärmemenge 9720 – 5730 = 3990 W. E. betragen; dieß entspräche einer Temperatur des Brennstoffes von 595°, denn wenn der Kessel 120° hat, so ist tt' = 475° und die Formel von Dulong gibt für den bekannten Strahlungscoefficienten 0,72 = 0,72 . mat – 1 (1 + at°) = 4073 W. E. per 1 Quadratfuß.

Nachdem die in Mülhausen angestellten Versuche die Dampfkessel-Besitzer endlich überzeugt haben dürften, daß eine Vermehrung der Heizflächen mehr Einfluß auf den ökonomischen Betrieb hat, als sorgfältige Benutzung der strahlenden Wärme, wird sich bei denselben wohl auch noch die Ueberzeugung Bahn brechen, |34| daß zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Verbrennung der Brennstoff ganz außer den Bereich der Heizfläche zu verlegen ist, damit den aus dem Brennstoff aufsteigenden brennbaren Gasen die nöthige Zeit und erforderliche Temperatur gegeben werden kann, um die Verbrennung zu vollenden ehe die Verbrennungsproducte mit der Heizfläche in Berührung kommen, denn wenn jene schon an den ersten Quadratfußen dieser Fläche sich unter 550° abkühlen, so muß Rauch entstehen, es mag noch so viel Luft zutreten, und trotz aller gepriesenen rauchverzehrenden Vorrichtungen.

Da, wie wir gesehen haben, die Bewegung des Wassers im Kessel und der mehr oder minder innige Contact der Verbrennungsproducte mit der Heizfläche von Einfluß sind, so ist es natürlich nicht möglich, eine bezüglich des Endresultats genaue Formel für die Transmission aufzustellen, wir wollen aber versuchen eine Annäherungsformel aufzustellen.

Es ist

Textabbildung Bd. 173, S. 34
worin t die Temperatur der Wärmequelle,
t' die Temperatur des Wärme aufnehmenden Körpers,
t° die Evacuationstemperatur,
F die Heizfläche in Quadratfußen,
k das Gewicht des Brennstoffes in Pfunden,
w₁ die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 Pfd. Brennstoff,
w₀ die per Stunde und per 1 Quadratfuß für tt' = 1° transmittirte Wärme.

Diesen Werth w₀ haben wir nun vorerst zu bestimmen.

Es ist die zu transmittirende Wärmemenge für 1° = tt' und zwar in früherer Folgeordnung

t' = 120° = 5,825; 2,185; 2,425 und 2,955 W. E;

da aber diese Wärmemengen in verschiedenen Volumen von Gasen enthalten sind, so müssen diese in Rechnung gebracht werden. Diese Volume sind der Reihe nach:

1891 946,7 1216 und 1680

die erste als Einheit genommen, erhält man

1 1,997 1,555 und 1,126

und diese Quotienten mit dem Wärmegehalt per 1° = t – t' multiplicirt, sind dann:

w₀ = 5,825 4,363 3,771 und 3,327.

e ist die Wurzel des natürlichen Logarithmus = 2,71828.

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Für 400 Quadratfuß Heizfläche und t' = 120° geben 100 Pfd. Kohle:

Textabbildung Bd. 173, S. 35

Für 100 Quadratfuß und t' ebenfalls 120° geben 100 Pfd. Kohle:

Textabbildung Bd. 173, S. 35

Die wirklich transmittirten Wärmemengen sind für 400 Quadratfuß und per Pfund Kohle:

(1409 – 168) w = 6615 W. E. (1916 – 120) w₁ = 3679 W. E.
in Dampf ausgedrückt = 10,34 Pfd. 5,75 Pfd.
(2276 – 123) w = 4946 W. E. (2661 – 123) w₁ = 7161 W. E.
= Dampf 7,73 Pfd. 11,19 Pfd.

was wohl bei Eintreffen der gemachten Voraussetzungen von der Wahrheit nicht viel abweichen wird.

Bei nur 100 Quadratfuß Heizfläche hatten wir:

(1409 – 553) w₁= 4568 W. E. (1916 – 344) w₁ = 3220 W. E.
= Dampf 7,14 Pfd. 5,03 Pfd.
(2276 – 554) w₁= 3956 W. E. (2661 – 923) w₁ = 4878 W. E.
= Dampf 6,18 Pfd. 7,62 Pfd.
ziehen wir die letzteren W. E. von ersteren ab, so bleiben:
2047 W. E. 459 W. E.
990 W. E. 2283 W. E.
welche durch den Zustoß von 300 Quadratfuß erreicht werden
= Dampf 3,20 Pfd. 0,72 Pfd.
1,55 Pfd. 3,57 Pfd.

Werden durch die Analyst der abgehenden Verbrennungsproducte die Werthe von t, w₁ und W genau bestimmt, so kann dann auch der Werth von w₀ aus dem Experimente bestimmt werden und damit ist auch das Mittel gegeben, den Einfluß der Bewegung des Wassers im Kessel |36| und die Vollkommenheit des Contactes der Verbrennungsproducte mit den Heizflächen näher zu bestimmen.

Die Aufgabe ist, aus 1 Pfd. Kohle von der oben angegebenen Zusammensetzung so nahe als möglich 7509 W. E. = 7509/640 = 11,73 Pfd. Dampf zu erhalten, und dieses wird nur erreichbar seyn, wenn die Verbrennung eine durchaus vollkommene ist und man Heizfläche genug anbringt, um die Verbrennungsproducte auf die Temperatur des zugeführten Wassers zu bringen. Der einzige Verlust, welcher dann noch stattfindet, ist die Wärmemenge, welche durch die Ofenwände transmittirt.

Im Ganzen haben die Mülhausener Versuche keine neuen Daten geliefert, als daß die Evacuations-Temperatur gemessen wurde, woraus man aber keine positiven Schlüsse ziehen konnte, weil die specifische Wärme der evacuirten Gase unbekannt war; denn wenn die Evacuations-Temperatur z.B. 280° ist, so ist der Wärmeverlust, wenn

w₁ = 5,3305 2,0485 2,2973 und 2,8214 ist =
1492 573 643 und 790 W. E. per 1 Pfd. Kohle.

Es wären zu bestimmen gewesen:

A der Nutzeffect, die vom Wasser absorbirte Wärmemenge;

B der Verlust durch Evacuation der Gase;

C der Verlust durch Transmission der Ofenwände;

D der Verlust durch unvollkommene Verbrennung.

A + B + C + D = der effectiv producirten Wärmemenge.

Hätte man überdieß bei den Mülhausener Versuchen, anstatt dieselben mit vier sehr ähnlich construirten Kesseln anzustellen, eine Modification eintreten lassen, welche über den Einfluß der Wasserbewegung und des Contactes der Verbrennungsproducte mit der Heizfläche Beobachtungen gestattet hätte, endlich Modificationen welche eine mehr oder minder vollkommene Verbrennung realisiren ließen, so würde man zu Resultaten von wirklich praktischer Anwendbarkeit gelangt seyn.

ad B.

Das zur Bestimmung der Evacuations-Temperatur angewandte Pyrometer von Desbordes 8) scheint mir nicht völlig genügend zu seyn, weil die in den Schornstein einströmenden Gase nie den ganzen Querschnitt desselben ausfüllen, so daß die Temperatur an verschiedenen Punkten des Querschnittes verschieden seyn muß; genaue Beobachtungen würden |37| mit einem Luftpyrometer anzustellen seyn, welches aus mehreren verbundenen Reservoirs bestünde, die sich auf den Querschnitt vertheilen.

ad C.

Die Transmission der Ofenwände wird bei richtiger Construction und geeigneter Wahl des Materials für dieselben von sehr untergeordneter Bedeutung seyn; dennoch wäre eine Untersuchung derselben, namentlich bei verschiedenen Anordnungen und verschiedenem Material keineswegs uninteressant gewesen, da auf diesen Gegenstand gewöhnlich viel zu wenig Aufmerksamkeit verwendet wird.

Eine solche Untersuchung wäre bei Dampfkesseln sehr leicht, weil die Temperatur der äußeren Mauerflächen nie über 100° C. hat oder haben soll. Man könnte dabei das Verfahren anwenden, welches Peclet bei seinen Versuchen über Transmission eingeschlagen und in seinem Traité de la Chaleur, 3me édition, vol. I p. 399, ausführlich beschrieben hat.

ad D.

Sicherlich kann es nicht genügen, die zur Verbrennung verwendete Luftmenge zu messen, um den Verbrennungsproceß zu beurtheilen, denn diese Quantitäten werden je nach der Anordnung des Feuerherdes und der Natur der benutzten Kohlen einen verschiedenen Erfolg haben.

Eine verhältnißmäßig kleine Luftmenge hat den Nachtheil, daß in dem Gemisch von brennbaren Gasen, Sauerstoff und Stickstoff, die sich verbindenden Elemente weniger schnell zusammentreffen können, während bei Ueberschuß von Sauerstoff dieser schneller und leichter die Verbrennung der Gase bewirkt. In letzterem Falle wird aber durch die größere Luftmenge, wie wir gesehen haben, die Anfangstemperatur des Gemisches sehr bedeutend deprimirt und wenn dann noch diese Temperatur durch Transmission an den Kessel nach wenigen Fußen Kesselfläche unter 550° sinkt, so ist jede weitere Verbrennung aufgehoben; andererseits wird ein solches Gemisch durch sein größeres Volumen in raschere Bewegung kommen und in demselben Raume mehr zusammengedrückt werden, wodurch der Contact zwischen Sauerstoff und brennbaren Gasen inniger wird, welche auch trotz der abkühlenden Ursachen auf einem längeren Wege mit einander in Berührung bleiben, weil der Strom eine gewisse Geschwindigkeit erlangen wird. Es müßte daher, um vergleichbare Resultate zu erhalten, bei kleinerem Luftquantum der Querschnitt, durch welchen die gasförmige Mischung bis zur Vollendung der Verbrennung zu dringen hat, kleiner seyn als in dem Falle wo ein Ueberschuß von Luft angewendet werden soll; die absolut richtige Größe dieser Querschnitte ist |38| aber erst noch zu bestimmen und diese Bestimmung ist nur dadurch möglich, daß man die unter verschiedenen Verhältnissen entstehenden Verbrennungsproducte analysirt.

Trotz dem ganzen Heer sogenannter rauchverzehrenden Apparate, deren Erfinder durch besondere Vorrichtungen den Rauch zu verbrennen beabsichtigen, ist man in diesem Problem nicht weiter gekommen, weil man es stets übersehen hat, die nothwendigen Bedingungen der Rauchverbrennung: genügende Temperatur, genügende Luftmenge und genügenden innigen Contact der gasförmigen Elemente, zu erfüllen.

Tredgold hat schon im Jahre 1825 dem Roste eine nach dem Kessel hin fallende Richtung gegeben und in eben derselben Richtung vor den Rost hin einen Canal gebaut, welcher stets mit frischer Kohle angefüllt blieb, wobei die nach dem Roste liegenden Theile dieser Kohlen durch die strahlende Wärme des ersteren abdestillirt wurden, so daß während der ganzen Zeit, aber allmählich und gleichförmig, diese Destillationsproducte zur Verbrennung kamen und bei der neuen Beschickung des Rostes nur glühende oder wenigstens angewärmte, zum Theil in Kohks verwandelte Kohlenstücke auf denselben gelangten.

Rationeller als diese Vorrichtung von Tredgold können höchstens diejenigen von Duméry und Langen angesehen werden, welche die frischen Kohlen unter die bereits glühenden bringen; wenn aber dabei die genannten nothwendigen Bedingungen der Rauchverbrennung nicht gehörig beachtet werden, so werden diese Vorrichtungen noch schlechtere Resultate geben als diejenige von Tredgold, welche die Destillation der Kohlen allmählicher und gleichförmiger erzielt.

Man kann die Bestrebungen der Erfinder rauchverzehrender Apparate mit dem Einschalten eines stärkeren Ringes in eine Kette vergleichen, welche dennoch brechen wird, wenn man sie mit einem Gewichte belastet, welches die übrigen Ringe nicht zu tragen vermögen; so wie, um der Kette ein größeres Gewicht anhängen zu können, allen Gliedern derselben das gleiche entsprechende Tragvermögen verliehen werden muß, eben so kann ein besserer Effect mit einem rauchverzehrenden Apparate nur dadurch erzielt werden, daß man bei demselben alle Factoren in Uebereinstimmung bringt.

So haben neuerlich die französischen Ingenieure Burnat und Lebleu 9) die Mittel zur Rauchverbrennung der Reihe nach discutirt und dann dem Palazot'schen Apparate den Vorrang zuerkannt.

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Dieser Apparat sorgt dafür, daß die Mischung brennbarer Gase mit Luft auf einer kurzen Strecke zusammengedrückt werde, wie dieß eigentlich durch jede Feuerbrücke stattfindet; der Unterschied besteht nur darin, daß seine Feuerbrücke oben und unten aus feuerfesten Steinen besteht, so daß in derselben keine Depression der Temperatur stattfinden kann; da dieselbe aber in der Richtung der Kesselachse nur 20, höchstens 40 Centimeter Länge hat, also nicht mehr als eine gewöhnliche Feuerbrücke, so ist dadurch (nach obigem Gleichniß) das eingeschaltete Glied der Kette nur um so viel stärker geworden, als die Verhütung des Temperaturverlustes auf dieser geringen Strecke beträgt.

Für die nöthige Luftmenge sorgt Palazot dadurch, daß er es dem Urtheile des Arbeiters anheimstellt, nach jedem frischen Aufgeben von Kohle eine größere Luftmenge zuzulassen.

Offenbar ist diese Fürsorge, wie bei allen anderen Rauchverzehrungsapparaten, welche periodisch die Luftmenge vermehren, ganz ungenügend, was schon daraus hervorgeht, daß die Periode des Rauchens des Schornsteins nur abgekürzt, nicht beseitigt wird.

Es ist daher dieser Apparat in der einen Richtung auf dem halben Wege stehen geblieben, während er in der anderen Richtung hinter dem zurückgeblieben ist, was Tredgold schon vor 39 Jahren geleistet hat.

R. Vogl bemerkt in seiner kürzlich in diesem Journal (Bd. CLXXII S. 262 und 339) erschienenen Kritik der rauchverzehrenden Feuerungsanlagen, indem er die Bedingungen der Rauchverbrennung bespricht, daß die Verdünnung worin sich die zu verbindenden Elemente in dem Gemisch von Gasen und Luft befinden, die Ursache sey, weßhalb die Verbrennung nie vollständig erfolge. Er vergleicht dieses Verhalten des gasförmigen Gemisches mit dem Eintropfen einer verdünnten Lösung schwefelsauren Salzes in eine Chlorbaryumlösung, welche letztere, wenn sie während dem Acte des Eintröpfelns zum plötzlichen Gefrieren gebracht würde, unzersetztes schwefelsaures Salz enthalten müßte. Da dieses aber nur dann stattfinden kann, wenn die Lösung während dem Acte gefriert und nicht stattfindet, wenn man der Reaction Zeit läßt oder durch Umrühren der Mischung die verschiedenen Salze in Contact bringt, so ist nicht einzusehen, warum dasselbe Mittel nicht auch anwendbar seyn soll um die Verbindung der brennbaren Gase mit dem Sauerstoffe der Luft zu bewerkstelligen. Dieses Mittel haben wir oben als genügenden innigen Contact der gasförmigen Elemente bezeichnet.

Vogl behauptet ferner, daß selbst heiße Luft von 2000° nicht genügen würde, um kalte brennbare Gase zu entzünden, und glaubt |40| dennoch, daß die chemische Verwandtschaft der in Rede stehenden gasförmigen Stoffe mit der Temperatur zunehme.

Nachdem er die verschiedenen Mittel zur Rauchverbrennung durchgegangen hat, bespricht er den von ihm erfundenen Schüttel-Pultrost, welchen er als den besten rauchverzehrenden Apparat erklärt.10)

Es kann zugegeben werden, daß dieser Schüttel-Pultrost, welcher auf demselben Principe wie die Einrichtung von Tredgold beruht, eine Verbesserung der letzteren ist, weil die Vertheilung der Kohle durch die mechanische Erschütterung der Roststäbe stattfindet und nicht die Geschicklichkeit des Heizers beansprucht; dagegen ist die Zuthat eines Luftventiles zur periodischen Vermehrung der Luft, wie oben schon bemerkt wurde, von sehr zweifelhaftem Erfolg. Ueberhaupt behauptet Vogl, es müsse die Zuleitung eines kleinen Luftüberschusses durch ein besonderes Ventil bei allen Arten von Rösten stattfinden, mit Ausnahme des Treppenrostes; warum dieser eine Ausnahme machen soll, ist von ihm nicht überzeugend nachgewiesen worden und es ist auch nicht einzusehen, warum die nothwendige Luftmenge nicht eben so gut, ja noch besser, durch die Brennstoffschichte auf dem Rost hindurchgeführt wird, denn gerade dadurch ist eine innige Mischung von brennbaren Gasen und Luft wenigstens erreichbar.

Wie durch den Schüttel-Pultrost und das Luftventil die von Vogl selbst geforderte hinlängliche Temperatur zur Verbrennung erhalten werden soll, ist weder abzusehen noch von ihm angegeben.

Daß bei solchen Discussionen die Disputanten sich in Widersprüche verwickeln, beweist am besten, daß die Frage von ihnen nur mangelhaft und einseitig aufgefaßt wird.

Jede Unregelmäßigkeit in der allmählich stattfindenden Zersetzung (trockenen Destillation) der Kohlen veranlaßt einen periodischen Ueberschuß von Destillationsproducten, welche unverbrannt Rauch bilden; die, wie bei Duméry's und Langens Vorrichtungen, nicht als Rauch sichtbaren unverbrannten Gase derselben sind als nicht wahrnehmbar für die Oekonomie des Brennstoffes noch gefährlicher. Es müßte also die Zuführung der Luft mit dem wechselnden Bedürfnisse Schritt halten können; dieß ist aber in der Praxis nicht realisirbar und es ist daher zweckmäßiger, |41| constant eine große Luftmenge durch die Brennstoffschichte hindurchzuziehen, wobei wenigstens der Verlust kleiner wird, als wenn unverbrannte Gase entweichen, vorausgesetzt daß man für eine hinlängliche Heizfläche sorgt. Da man jedoch bei jedem periodischen Aufgeben von Brennstoff auch einen periodisch wechselnden Nutzeffect erhalten wird, so ist und bleibt das einzig rationelle Mittel die continuirliche regelmäßige Beschickung.

Nun haben die Apparate von Collier, Taillefer etc. sich als unpraktisch erwiesen, weil sie zu complicirt sind und theilweise zu viel Kraft erfordern; aber schon im Jahre 1838 hat Bischof ein anderes Mittel angegeben, welches die continuirliche, allmähliche und regelmäßige Zersetzung des Brennstoffes ermöglicht und allen Anforderungen entsprechen wird, sobald man nebst dieser Bedingung auch die anderen zur vollkommenen Verbrennung erforderlichen zur richtigen Anwendung bringt. Diese Methode, die sogenannte Gasfeuerung, besteht in der an getrenntem Orte stattfindenden Umwandlung der Brennstoffe in brennbare Gase und sie allein verdient als rationelle Verbrennung bezeichnet zu werden.

Wenn Beaufumé und Andere mit derselben ihren Zweck nicht erreichten, so rührt dieß einfach daher, daß sie die übrigen Bedingungen zur vollkommenen Verbrennung nicht oder nicht richtig erfüllt haben; aber diese Methode ist der einzige Weg, auf welchem eine in jedem Moment gleich vollkommene Verbrennung und folglich auch ein möglichst ökonomischer Betrieb zu erzielen ist.

Was nun die Verwendung der aus dem Brennstoff im Maximum erzeugten Wärme anbetrifft, so kann dieselbe bei hinlänglicher Heizfläche auch ausgenutzt werden, nur wird der Verlust durch die Ofenwände um so größer werden, als durch Vermehrung der Heizflächen den Verbrennungsproducten ein entsprechend längerer Weg im Ofen angewiesen wird.

Es ist daher, abgesehen von den größeren Anschaffungskosten größerer Heizflächen, von einiger Wichtigkeit, dieselben so weit zu beschränken, als die absolute Nothwendigkeit es gestattet.

Dazu dienen, wie wir oben gesehen haben, zwei Mittel: die Bewegung des Wärme aufnehmenden Wassers und der sichere innige Contact der Heizflächen mit den Verbrennungsproducten.

Es soll sogar versucht worden seyn, die Bewegung des Wassers durch äußerliche, mechanische Kraft beanspruchende Mittel zu bewerkstelligen; mit welchem Erfolge, ist nicht bekannt geworden, es ist aber kaum anzunehmen, daß der Kraftaufwand mit dem Vortheile in richtigem |42| Verhältnisse steht und es bleibt daher zu untersuchen, wie die Bewegung des Wassers auf andere Weise befördert werden kann.

Sowohl bei denjenigen Heizflächen, welche von Verbrennungsproducten bestrichen werden, die noch heiß genug sind um Dampf zu bilden, als bei denen, welche das Wasser nur vorwärmen, wird die Wirkung um so vortheilhafter seyn, je mehr sie sich der verticalen Richtung nähern, weil dann der Dampf sowohl als das an der Heizfläche wärmer gewordene Wasser sich mit dem geringsten Widerstande nach oben bewegen. Es wird daher Aufgabe, die Dampfgeneratoren nach diesem Principe zu bauen. (Man s. den Artikel meiner „pyrotechnischen Rundschau“ in diesem Journal Bd. CLXVI S. 51.)

Diesem Principe widerstreitet der Contact der Verbrennungsproducte mit den Heizflächen, wenn erstere von unten nach oben strömen; nehmen dieselben hingegen ihren Weg von oben nach unten mit hinlänglich kleiner Geschwindigkeit um den Querschnitt ganz auszufüllen, so wird das System theoretisch vollkommen. Es wird dadurch aber nur theoretisch vollkommen, denn die Verbrennungsproducte werden bei diesem gleichförmigen Niedergehen auch viel mehr Wärme an die Ofenmauern transmittiren, wodurch ein Verlust entstehen kann, welcher größer als der beabsichtigte Vortheil ist. Diese Anordnung erheischt daher noch die Modification, daß die abwärts ziehenden Verbrennungsproducte allseitig mit Wasserschichten umgeben werden, welche deren Wärme nützlich aufzunehmen vermögen.

Prof. Zeuner hat vor einiger Zeit die Anwendung der Ventilatoren als Zugmittel bei Dampfkesselfeuerungen empfohlen, um die Ausnutzung der Wärme der Verbrennungsproducte zu ermöglichen.11) Wir haben oben gesehen, daß 4 bis 5 Quadratfuß Heizfläche genügen, um die Verbrennungsproducte auf die Temperatur des Kessels von circa 120° zu bringen; das Gebläse würde also bloß den Wärmegehalt der letzteren noch zur Verwendung bringen, und dieser ist 7509 – 7161 = 348 W. E. per 1 Pfd. Kohle = 348/640 = 0,54 Pfd. Dampf. Und verbrennen wir per Stunde 100 Pfd. Kohle, was per Secunde im Maximum 0,198 Pfd. Luft gibt, so wird die erforderliche Kraft in Fußpfunden erhalten, wenn wir die zur Ueberwindung aller Widerstände nöthige Druckhöhe, in Luft ausgedrückt, mit dieser Zahl multipliciren. Da diese Druckhöhe doch wenigstens zu 20' angenommen werden muß, so wird der erforderliche Kraftaufwand = 0,198 . 20 = 3,96 oder 4 Fußpfund. Diese |43| Kraft wäre allerdings aus 100 . 0,54 = 54 Pfd. Dampf per Stunde wohl erhältlich, es fragt sich aber dennoch, ob der dadurch gewonnene Vortheil die Kosten der Anschaffung, Instandhaltung, Beaufsichtigung und Oelung des Gebläses und der Betriebsmaschine lohnen würde. Ich glaube, daß sich die Anwendung dieses Verfahren nur in speciellen Fällen lohnen würde, z.B. bei Marine-Dampfkesseln, wo dem Kamin nicht leicht eine hinreichende Höhe gegeben werden kann.

Indessen könnte die Anwendung eines Gebläses gerade in Beziehung auf constanten Contact der Verbrennungsproducte mit den Heizflächen von vortheilhaftem Einflusse seyn und dadurch ein Factor mehr zu Gunsten desselben auftreten; denn die in die Transmissionscanäle eingeblasenen Verbrennungsproducte verhalten sich anders als wenn dieselben aspirirt werden, indem sie, besonders bei einiger Verengung der Austrittsöffnung, stets den Querschnitt auszufüllen streben, durch welchen sie getrieben werden, vorausgesetzt daß dieser nicht zu groß ist.

Es gibt aber noch ein rationelleres Mittel als das Gebläse, um das Vordrängen der Verbrennungsproducte zu bewirken; dasselbe besteht darin, den Herd so tief unter der Heizfläche anzubringen, daß die Verbrennungsproducte durch ihr Aufsteigen die erforderliche Kraft erzeugen. Die nöthige Druckhöhe um die Gase durch den Apparat durchzuführen = P = 20' angenommen, wird erzeugt, wenn die Verbrennungsproducte

deren Anfangstemperaturen:
1409° 1916°
2276° 2661°
deren specifische Gewichte = s . y =
0,16223 . 1,0251 0,12465 . 0,97269 =
0,1663 0,12124
0,10704 . 1,0048 0,093 . 1,0492 =
0,10755 0,097576
P/(1 – sy) = h
h = 20/(1 – 0,1663) = 24' 20/(1 – 0,12124) = 23'
20/(1 – 0,10755) = 22' 20/(1 – 0,97576) = 21'

hoch zu steigen haben.12)

|44|

Nun ist es allerdings nicht überall thunlich, die Feuerung 24' unter dem Kessel anzubringen; es kann aber Fälle geben, wo eine solche Anordnung, welche den Schornstein ganz entbehrlich macht, mit Nutzen anzuwenden seyn wird. Durch einen so langen Steigcanal würde auch den Bedingungen der vollkommenen Verbrennung wirksamst entsprochen, und diese müßen wir vor Allem anstreben, um den für die Industrie so wichtigen Wasserdampf so wohlfeil als möglich erzeugen zu können.

|27|

Mitgetheilt im Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, Februarheft 1860 und flgden.; daraus im Civilingenieur Bd. VI S. 475.

|28|

Im Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, Juliheft 1863 und flgden., daraus im Civilingenieur Bd. IX S. 471 und Bd. X S. 109. Im Auszug im polytechn. Journal Bd. CLXXII S. 204.

|33|

Man s. die Zusammenstellung der Ergebnisse der Versuche welche in Mülhausen mit den mit Vorwärmern versehenen Dampfkesseln angestellt wurden, im polytechn. Journal Bd. CLXXII S. 112.

|36|

Polytechn. Journal Bd. CLVII S. 279 und Bd. CLX S. 112.

|38|

Siehe die Abhandlung des Hrn. v. Burg in diesem Journal Bd. CLXXII S. 207.

|40|

In einem Nachtrage zu seiner Abhandlung, im polytechn. Journal Bd. CLXXII S. 427, hat R. Vogl die Frage, ob sein Schüttel-Pultrost oder der Langen'sche Etagenrost den Vorzug verdient, als noch unentschieden erklärt, nachdem er Gelegenheit hatte sich zu überzeugen, daß die Beschickung des Langen'schen Rostes mit Kohlen nicht so schwierig ist wie er es sich früher vorstellte.

A. d. Red.

|42|

Polytechn. Journal Bd. CL S. 322.

|43|

Der Verfasser hat diese Rechnung zuerst in seinem Werke: „Die Heizung und Ventilation in Fabrikgebäuden, Stuttgart 1861, Verlag von Carl Mäcken (in der Vorrede S. IV) angegeben. Es ist bequemer, statt der gewöhnlichen Formel |44| v = √(2ghat/(1 + at)) zu setzen: v = √(2ghhsy), worin s das specifische Gewicht der Verbrennungsproducte, welches sie durch die Temperatur erlangen (Tabelle XIX in demselben Buche) und y das specifische Gewicht, welches ihrer Zusammensetzung zukommt (in den Tabellen XXVIII bis XXXI dieses Buches für mehrere Fälle angegeben).

Es sind dann: 2 ghat = P = hhsy

h = P/(1 – sy) sy = 1 – P/h.

Nun ist für extensive Feuerung die Anfangstemperatur = 1409°, daher s = 0,16223, y = 1,0251 und

Textabbildung Bd. 173, S. 43

A. d. Red.

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