Titel: Schinz, Versuche über den Verbrennungsproceß, bezüglich der Rauchverhütung..
Autor: Schinz, C.
Fundstelle: 1866, Band 181, Nr. XXI. (S. 81–94)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj181/ar181021

XXI. Versuche über den Verbrennungsproceß und über den Widerstand welchen die Brennstoffe auf dem Roste dem Luftzutritte entgegensetzen; von C. Schinz.

(Schluß von S. 15 des vorhergehenden Heftes.)

Um auch den Punkt experimentell festzustellen, daß die erforderlichen Geschwindigkeiten der Luft durch die Natur der Brennstoffe modificirt werden, habe ich noch eine Reihe von Versuchen mit Anthracit gemacht, mit Stücken deren mittlerer Durchmesser = 25mm geschätzt wurde, von denen folglich der Kubikmeter 131 Quadratmeter Contactfläche hat.

Die Volume des Herdes bei 62mm Schichthöhe sind: 0,0014967 K. M.
„ „ „ „ 124mm 0,0040494 „ „
„ „ „ „ 186mm 0,0078975 „ „

und folglich die Contactflächen = 0,1960677; 0,5304714 und 1,0345725 Quadratmeter; die Querschnitte des freien Raumes zwischen den Anthracitstücken sind = 0,0051728; 0,007008 und 0,009112 Quadratmeter.

Versuch X. – Anthracit von 25mm Durchmesser. Stündlicher Consum 0,5 Kilogr. Enthaltend Kil. 0,4268 C, Kil. 0,04957 HO und Kil. 0,01029 H = 0,39787 Kub. Met. C.

Die Analyse der Verbrennungsproducte gab:

Volumprocente N 77,276
O 10,981
CO² 9,512 = 4,756 Vol. C
HO 2,231
––––––
100,000

Daher enthalten die Verbrennungsproducte:

Kub. Met. 6,4646 N = 6,4646 N
0,9186 O = 0,9186 O
0,7957 CO² = 0,7957 O
0,1866 HO
––––– –––––––––
Kub. Met. 8,3655 Kub. Met. 8,1689
Verbrennungs-
producte.
atmosphärische
Luft von 0°.

Volumen der atmosphärischen Luft per Secunde = Kub. Met. 0,002269.

|82|

Die Contactfläche der Stücke bei 62mm Schichthöhe ist

= 0,1960677 Quadratmeter.

Querschnitt des freien Raumes zwischen den Stücken = 0,0051728 Quadratmeter.

Geschwindigkeit der Luft in der Schicht = 0,002269/0,0051728

= v = 0,4386 Meter;

und folglich die Geschwindigkeit der Luft per 1 Quadratm. Contactfläche =

0,4386/0,1960677 = 2,237 Meter.

Versuch XI. – Anthracit von 25mm Durchmesser. Stündlicher Consum 0,8 Kilogr. Enthaltend Kil. 0,68288 C, Kil. 0,07932 HO und Kil. 0,01646 H = 0,6366 Kub. Met. C.

Die Analyse der Verbrennungsproducte gab:

Volumprocente N 73,048
O 7,319
CO² 11,783 = 5,8915 Vol. C
CO 0,538 = 0,2690 „ „
–––––
6,1605 Vol. C
H 5,119
HO 2,193
––––––
100,000

Daher enthalten die Verbrennungsproducte:

Kub. Met. 7,5485 N = 7,5485 N
0,7563 O = 0,7563 O
1,2176 CO² = 1,2176 O
0,0555 CO = 0,02775 O
0,5289 H
0,2266 HO
–––––– –––––––––
Kub. Met. 10,3324 Kub. Met. 9,55015
Verbrennungs-
producte.
atmosphärische
Luft von 0°.

Volumen der atmosphärischen Luft per Secunde = Kub. Met. 0,002653.

Die Contactfläche der Stücke bei 124mm Schichthöhe ist = 0,5304714 Quadratmeter.

Querschnitt des freien Raumes zwischen den Stücken = 0,007008 Quadratmeter.

Geschwindigkeit der Luft in der Schicht = 0,002653/0,007008 = v = 0,37857 Meter, |83| daher die Geschwindigkeit der Luft per 1 Quadrm. Contactfläche =

0,37857/0,5304714 = 0,7137 Meter.

Versuch XII. – Anthracit von 25mm Durchmesser. Stündlicher Consum 0,8 Kilogr. Enthaltend Kil. 0,68288 C, Kil. 0,07932 HO und Kil. 0,01646 H = 0,6366 Kub. Met. C.

Die Analyse der Verbrennungsproducte gab:

Volumprocente N 76,679
O 12,529
CO² 7,392 = 3,696 Vol. C.
CO 0,068 = 0,034 „ „
–––––
3,730 Vol. C.
H 2,837
HO 0,495
––––––
100,000

Daher enthalten die Verbrennungsproducte:

Kub. Met. 13,087 N = 13,087 N
2,1383 O = 2,1383 O
1,2616 CO² = 1,2616 O
0,0116 CO = 0,0058 O
0,4842 H
0,0845 HO
–––––– –––––––––
Kub. Met. 17,0672 Kub. Met. 16,4927
Verbrennungs-
producte.
atmosphärische
Luft von 0°.

Volumen der atmosphärischen Luft per Secunde = Kub. Met. 0,004581.

Die Contactfläche der Stücke bei 186mm Schichthöhe ist = 1,0345725 Quadratmeter.

Querschnitt des freien Raumes zwischen den Stücken = 0,009112 Quadratmeter.

Geschwindigkeit der Luft in der Schicht = 0,004581/0,009112 = v = 0,5027 Meter;

folglich die Geschwindigkeit der Luft per 1 Quadratmet. Contactfläche =

0,5027/1,0345725 = 0,4859 Meter.

Von diesen Versuchen stimmt der dritte nicht mehr, wahrscheinlich weil nach vier Stunden andauernder Feuerung der Herd verhältnißmäßig mehr Schlacken als Anthracit enthielt, die eben bei diesem kleinen Herde und seiner Construction nicht mehr entfernt werden konnten.

|84|
Die Versuche X und XI
Geschwindigkeit der Luft per 1 Q. M. Contactfläche 2,237 0,7137
Luftüberschuß, Proc. 52,4 34,9
brennbare Gase, Proc. CO
H
0
0
0,538
5,119

zeigen aber, daß Anthracit eine kleinere Geschwindigkeit der Luft erfordert als Kohks, um ähnliche Verbrennungsproducte zu liefern; sie vergleichen sich mit

VII und V
Geschwindigkeit der Luft per 1 Q. M. Contactfläche 1,916 0,767
Luftüberschuß, Proc. 43,9 24,9
brennbare Gase, Proc. 0 0

Endlich wurde auch noch ein Versuch mit fetter Steinkohle aus dem Saarbecken gemacht, der aber insofern mißlang, als die Verbrennung in Folge zu schneller Schlackenbildung eine ganz unregelmäßige war. Indessen ist dieser Versuch dadurch interessant, wenn auch nicht positiv benutzbar, daß der Consum sehr groß war und die Verbrennungsproducte, obgleich aus dem Herde beständig eine rußende Flamme aufstieg, bei großem Luftüberschuß doch nur wenig brennbare Gase enthielten (1,1 Proc. CO und 0,4 Proc. H).

Dieses Auftreten brennbarer Gase neben großem Luftüberschuß ist oft selbst bei den größten Feuerungsanlagen beobachtet worden und in der Regel wird sogar dieser Fall öfter vorkommen als der, daß die Verbrennungsproducte frei von brennbaren Gasen sind. Die Beimischung brennbarer Gase bei Luftüberschuß wird besonders dann leicht vorkommen, wenn die Brennstoffstücke von sehr verschiedener Größe sind, sowie bei sehr bituminösen Kohlen. Selbst kleinere Kohlenstücke werden diesen Fall eher veranlassen als größere, wie dieß meine Versuche mit Kohks zeigen. Bei größeren Feuerungsanlagen ist es dann die Aufgabe, diese Gase mittelst des vorhandenen Luftüberschusses zu verbrennen, ehe sie ihre Wärme an den Wärme aufnehmenden Körper abgeben.

Um nun aber diese Gesetze der Verbrennung praktisch nutzbar zu machen, ist es noch nothwendig den Widerstand zu kennen, welchen die im Herde aufgeschichteten Brennstoffstücke dem Luftstrom entgegensetzen, weil wir sonst nicht mit Sicherheit den erforderlichen Luftstrom herstellen können.

Ehe ich auf diesen zweiten Abschnitt meiner Versuche übergehe, muß ich darauf aufmerksam machen, daß ich bei der ganzen Erörterung die Verwendung des Brennstoffes in möglichst gleichförmigen Stücken voraussetze; diese Forderung wird allerdings von vielen Technikern als eine ganz unzulässige betrachtet werden.

Mit Sicherheit kann ich nicht behaupten, daß eine solche Sortirung |85| und Façonnirung der Brennstoffe in allen Fällen ökonomisch lohnend seyn werde, gewiß aber ist, daß sie es in sehr vielen Fällen seyn würde.

Um sehr hohe Temperaturen in Wind- und Flammöfen hervorzubringen, ist die Gleichförmigkeit der Brennstoff-Stücke fast unerläßlich, wie Jeder weiß, der einmal den Versuch gemacht hat, und selbst für die unbedeutendsten Feuerungsanlagen wirkt diese Vorsichtsmaßregel günstig, weil nur in diesem Falle die Luftströmung eine regelmäßige ist und seyn kann, und weil dadurch von vornherein der Mischung von brennbaren Gasen mit Luftüberschuß in den Verbrennungsproducten gesteuert wird, denn diese Erscheinung ist wohl diejenige, welche der Brennstoff-Oekonomie am meisten entgegentritt.

In Amerika werden alle Anthracitkohlen gut sortirt in sehr gleichförmigen Stücken in den Handel gebracht, und es ist doch gewiß anzunehmen, daß die Amerikaner eine solche Sortirung nicht vornehmen würden, wenn ihnen die Erfahrung nicht dargethan hätte, daß sie vortheilhaft ist.

Allerdings sind manche Steinkohlensorten so brüchig und geneigt zu Pulver zu zerfallen, daß eine Sortirung derselben unausführbar erscheint; wenn man aber den Vortheil der Gleichförmigkeit der Brennstoff-Stücke einmal erkannt haben wird, so werden sich gewiß auch für letzteren Fall Mittel finden lassen, sey es durch Darstellung von Conglomeraten, durch Pressen oder auf andere Weise.

Der Widerstand, welchen die Brennstoff-Stücke im Herde der zuströmenden Luft entgegensetzen, besteht einerseits in der Reibung der Luft in den engen Canälen zwischen den Stücken, durch welche sie sich hindurchdrängt, und andererseits in den vielfachen Biegungen welche die Luft um die Brennstoff-Stücke herum zu machen genöthigt ist.

Es wird also dieser Widerstand um so größer werden, je kleiner die Brennstoff-Stücke sind, durch welche die Luft sich hindurcharbeiten muß, weil bei gleichbleibendem Volumen der Schicht die Reibungsflächen sich unverhältnißmäßig vermehren und weil die Umbiegungen der Luft mit der Anzahl der über einander liegenden Brennstoff-Stücke sich viel öfter wiederholen.

Daher ist ein allgemeiner Widerstands-Coefficient für den Herd ein Unding, das zu großen Irrthümern Anlaß geben könnte.

Die Reibung berechnet sich nach der bekannten Formel P = (kLU/4S) . p, worin k den Reibungs-Coefficienten 0,024, L die Länge der Canäle und U den Umfang derselben, p die der Geschwindigkeit |86| entsprechende Druckhöhe, S den Gesammt-Querschnitt der Canäle bezeichnet.

Die Werthe von LU sind offenbar gleich den Contactflächen, wie solche oben angegeben sind; ebenso sind die Werthe von S gleich den oben angegebenen Querschnitten des freien Raumes zwischen den Brennstoff-Stücken.

Für die Versuche I II III IV V
ist LU = 0,1347 0,36444 0,71077 0,15715 0,42519
und S = 0,0051725 0,007008 0,009112 0,0051725 0,007008
Für die Versuche VI VII VIII IX
ist LU = 0,82924 0,23498 0,63576 1,2399
und S = 0,009112 0,0051725 0,007008 0,009112

Die Werthe von p hingegen müssen aus der Analyse der Verbrennungsproducte berechnet werden.

Für alle Versuche hier diese Rechnungen auszuführen, wäre zu weitläuftig; ein Beispiel und die Angabe der Resultate mögen genügen.

Wir wählen als Beispiel den Versuch VI, weil dabei alle möglichen Fälle vorkommen.

Die in Kubikmetern gefundenen Volume werden in Kilogramme umgerechnet, und diese Gewichte der einzelnen Bestandtheile mit der ihnen zukommenden specifischen Wärme multiplicirt. Die Summe dieser Producte gibt dann die Wärmemenge, welche die Verbrennungsproducte für jeden Grad des (Celsius'schen) Thermometers aufnehmen.

Kub. Met. 5,0626 N = Kil. 6,3614 × 0,244 = 1,5522
0,068891 O = 0,089863 × 0,2182 = 0,019608
1,256700 CO² = 2,471400 × 0,2164 = 0,534800
0,033477 CO = 0,041896 × 0,2479 = 0,010385
0,0095647 H = 0,0008571 × 3,4046 = 0,002918
0,0314080 HO = 0,0252760 × 0,475 = 0,012006
––––––––– –––––––––
6,4626407 2,131917

Es sind Kil. 0,674 Kohlenstoff zu Kohlensäure verbrannt worden,

welche à 8000 erzeugt haben 5392 Wärme-Einheiten
von dieser producirten Wärme kommt in Abzug
die latente Wärme von 0,016 Kil. HO à 540 8
––––
5384 W. E.

Und nun ergibt sich die Temperatur dieser Verbrennungsproducte in dem Momente wo sie die Schicht im Herde verlassen, durch Division der Wärmecapacität in die producirte Wärme:

5384/2,1319 = Temperatur 2525° C.

|87|

Wir nehmen einstweilen an, daß die Verbrennungsproducte mit dieser Temperatur durch die Brennstoff-Schicht streichen und daß sie folglich ein dieser Temperatur entsprechendes Volumen einnehmen.

Das Volumen dieser Verbrennungsproducte, die in einer Stunde durchgehen, ist 6,4626 Kub. Met. bei 0°, daher bei 2525° = 66,267 Kub. Met., was per Secunde 0,018408 Kub. Met. ausmacht.

Da der Querschnitt des freien Raumes zwischen den Brennstoff-Stücken 0,009112 Quadratmeter ist, so ist die Geschwindigkeit womit die Gase durchströmen = 0,018408/0,009112 = 2,022 Met. = v.

Dieser Geschwindigkeit entspricht aber die Druckhöhe p = v²/2g = 0,20849 Meter, als Säule von Verbrennungsproducten gemessen.

Somit können wir jetzt alle Werthe in die Formel einsetzen und haben:

(0,024 . 0,82924)/(4 . 0,009112) . 0,20849 = p' = 0,11384.

Nun sind die Temperaturen der Verbrennungsproducte bei den verschiedenen Versuchen und die daraus berechneten Druckhöhen folgende:

I II III IV V
Temperatur 1047° 1758° 2709° 1501° 2048°
p = 0,5341 0,6536 0,4825 0,4810 0,3985
VI VII VIII IX
Temperatur 2525° 1398° 2706° 879°
p = 0,2085 0,4113 0,29467 0,015954

Diese Werthe von p dienen uns ferner zur Berechnung des Widerstandes welcher durch die Umbiegungen der strömenden Luft veranlaßt wird. Wir nehmen an, daß eben so viele Umbiegungen im rechten Winkel stattfinden, als Brennstoff-Stücke in der Schicht auf einander gelagert sind.

Wenn also z.B. die Stücke 20mm Durchmesser haben und die Schichthöhe 186mm ist, so sind 186/20 = 9,3 Stücke auf einander gelagert und wir haben einfach 9,3 . p = p'' als Widerstand für diese Umbiegungen.

Es wären noch die Contraction beim Eintritt in die Brennstoff-Schicht und die Expansion beim Austritt aus derselben in Rechnung zu bringen; da dieß aber nur sehr kleine Werthe ergibt und überhaupt die ganze Berechnung der Widerstände nur Annäherungsresultate geben kann, so lassen wir alle Complicationen bei Seite.

|88|

Um nun die so berechneten Widerstände mit dem Versuche vergleichbar zu machen, ist die Temperatur der in den Kamin tretenden Verbrennungsproducte pyrometrisch genau gemessen worden; sie war

I II III IV V VI VII VIII IX
173° 308° 318° 193° 255° 240° 132° 227° 339°

Da ferner die Volume der Verbrennungsproducte bei 0° durch die Analyse bekannt sind, so erübrigt nur noch, diese Volume auf obige Temperaturen und per Secunde zu berechnen, und das erhaltene Resultat durch den Querschnitt des Kamines (= 0,00465 Quadratmeter) zu dividiren, um die Geschwindigkeit zu erhalten, womit diese Gase einströmen.

Aus dieser Geschwindigkeit ist die entsprechende Druckhöhe nach v²/2g zu berechnen; diese Druckhöhe dient uns dann um den Widerstand im Kamine selbst = p''' zu berechnen.

Die Summe der consumirten Druckhöhen p' + p'' + p''' = P muß gleich seyn derjenigen Druckhöhe, welche der Kamin vermöge seiner Höhe und der Temperatur in demselben hervorzubringen vermag.

Diese Druckhöhe ist = P = hhsy, worin h die Höhe des Kamines bezeichnet, s die Dichte der Verbrennungsproducte, welche ihrer Temperatur entspricht und y die Dichte, welche ihrer Zusammensetzung zukommt.

Die Werthe von y lassen sich aus den früheren Berechnungen leicht ableiten; dividirt man das Volumen der Verbrennungsproducte in deren Gewicht, so erfährt man das Gewicht von 1 Kubikmeter derselben und man hat, wenn x dieses Gewicht ist, y : 1 = x : 1,29366.

Folgende Werthe für s und y sind die den verschiedenen Versuchen zukommenden:

I II III IV
s = 0,61198 0,46974 0,46180 0,58571
y = 1,0245 1,0492 1,0862 1,0383
bei 10 Meter
Kaminhöhe daraus
P = 3,7304 5,0711 4,9839 3,9188
V VI VI VIII IX
s = 0,51690 0,53202 0,67395 0,54586 0,44594
y = 1,0612 1,0754 1,0378 1,0581 1,0067
P = 4,5147 4,2785 3,0057 4,2241 5,5108

Da der Kamin die Gase durch vier volle Biegungen im rechten Winkel führt, so ist der Widerstand in demselben 4mal die berechnete Druckhöhe + 1mal die Druckhöhe für die effective Ausflußgeschwindigkeit. |89| Letztere ist wohl etwas kleiner, als sie so berechnet ausfällt, weil die Temperatur abnimmt, bevor die Verbrennungsproducte in die Luft treten; da wir aber diese Temperatur nicht kennen, so unterbleibt die Correction, wogegen als Compensation für Reibung im Kamine nichts berechnet ist.

I II III IV
Die producirten
Druckhöhen sind

P

=

3,7304

5,0711

4,9839

3,9188
––––––– ––––––– ––––––– –––––––
Widerstand der
Reibung

p'

=

0,08315

0,20393

0,02582

0,08768
Widerstand der
Umbiegungen

p''

=

0,94609

3,06250

2,56410

0,99401
Widerstand im
Kamine

p'''

=

2,67050

3,26790

2,41250

2,40500
––––––– ––––––– ––––––– –––––––
3,70004 6,53433 5,20242 3,48669
Differenzen gegen P 0,03036 + 1,46129 + 0,21852 0,4321

V

VI

VII

VIII

IX
P = 4,5147 4,2783 3,0057 4,2241 5,5108
––––––– ––––––– ––––––– ––––––– –––––––
p' = 0,14507 0,11385 0,11211 0,10639 0,000130
p'' = 2,17830 1,29270 1,25700 1,97970 0,470010
p''' = 1,99240 1,05640 2,05650 1,59650 2,526900
––––––– ––––––– ––––––– ––––––– –––––––
4,31577 2,46295 3,42561 3,73659 3,997040
Differenzen
gegen P 0,19893 1,81535 + 0,41991 0,48751 2,513760

Wie man sieht, geben von neun Versuchen sechs, nämlich I, III, IV, V, VII und VIII sehr annähernde Resultate, und zwar in höherem Grade als sich erwarten ließ, wenn man bedenkt wie viele Nebenumstände die Resultate modificiren können. Die größte Differenz zeigt der Versuch IX, der Fall, wo mehr CO als CO² in den Verbrennungsproducten austrat. Die Ursache dieser großen Differenz liegt theilweise darin, daß im unteren Theile der Schicht sich zuerst Kohlensäure bildet, wodurch dort die Temperatur viel höher, folglich auch die Geschwindigkeit und daher der Widerstand größer wird. Aehnliches kommt bei Versuch VI vor.

Trotz dieser Anomalien läßt sich erkennen, daß der Widerstand des Brennstoffes in der angegebenen Weise sehr annähernd bestimmt werden kann.

Das Verhalten anderer Brennstoffe als Kohks müßte durch Versuche mit einem größeren Verbrennungsapparate ermittelt werden, bei |90| dem der Zug leicht regulirt werden kann und welcher den Rost von Schlacken frei zu halten gestattet.

Indessen ist sehr zu befürchten, daß bei größeren Dimensionen und einigermaßen größerem Consum solche Versuche wenig Erfolg gewähren würden, denn wenn wir die für Kohks gewonnenen Resultate auf größere Apparate anzuwenden versuchen (wie im Folgenden auseinandergesetzt wird), so ergibt sich, daß dann den zu stellenden Forderungen wenigstens für die Feuerungen stationärer Dampfkessel nicht entsprochen werden kann, und daraus erklärt es sich, daß selbst bei den besten Anlagen dieser Art mit 1 Kil. Steinkohle höchstens 7 Kil. Dampf erhalten werden, während man wenigstens 10 Kil. erhalten sollte.

Nehmen wir an, wir hätten per Stunde 100 Kil. Kohks zu verbrennen und verwenden dazu einen Rost von 2 Quadratmeter, so wird der Querschnitt des freien Raumes zwischen den Kohksstücken = 2. 0,2146 = 0,4292 Quadratmeter seyn.

Das Luftvolumen, welches zur vollkommenen Verbrennung von 100 Kil. Kohks ohne Luftüberschuß erforderlich ist, beträgt 769,4 Kubikmeter von 0°, also per Secunde 0,2137 Kubikmeter.

Die Geschwindigkeit der Luft in der Kohksschicht ist daher =

Volumen der Luft/Querschnitt zwischen den Kohks = 0,2137/0,4292 = v = 0,4979 Meter.

Da nun in Versuch III bei der absolut vollkommenen Verbrennung die Geschwindigkeit per 1 Quadratmeter Contactfläche = 0,39605 Met. ist, so wird die nöthige Contactfläche für die Geschwindigkeit 0,4979 Met. =

0,39605 : 0,4979 = 1 : x = 1,2445 Quadratmeter seyn.

Nehmen wir an, die Kohksstücke haben einen Durchmesser von 20 Millimeter, so bietet ein Kubikmeter derselben 157 Quadratmeter Contactfläche; folglich würde das Volumen der Kohksschicht im Herde nicht mehr als 1,2445/157 = 0,007927 Kubikmeter betragen dürfen, und die Schichthöhe nur 0,007927 Kub. Met./2 Quadratmeter = 0,0039635 Met. werden.

Diese Forderung kann aber in Wirklichkeit nicht erfüllt werden, da einerseits Kohksstücke von 20 Millimet. Durchmesser unmöglich eine Schicht von 3,9 Millimet. bilden können und andererseits, wenn auch die Kohks die Größe von Rapsaat (circa 1 Millimet. Durchmesser) hätten, kein Heizer dieselben auf dem Roste gleichförmig auf 3,9 Millimet. Höhe auszubreiten vermöchte.

Natürlich wird die Schichthöhe um so größer werden, je mehr der Querschnitt des Rostes abnimmt.

|91|

Machen wir nun dieselbe Berechnung für Rostflächen von

1 Q. M.; 0,75 Q. M.; 0,5 Q. M. und 0,25 Q. M.,

so werden die durch 0,2146 Q. M. (den Raum zwischen den Kohksstücken) reducirten Querschnitte =

0,2146 Q. M.; 0,16095 Q. M.; 0,1073 Q. M. und 0,05365 Q. M.;

daraus ergibt sich die Geschwindigkeit des die Kohks durchziehenden Luftstromes V/S = v =

1,01258 Met.; 1,3333 Met.; 2,0000 Met. und 4,0000 Met.,

dann die für diese Geschwindigkeiten erforderlichen Contactflächen = 0,39605 : v = 1 : x =

2,5567 Q. M.; 3,3665 Q. M.; 5,0499 Q. M. und 10,0998 Q. M.,

daraus das Volumen der Schichten = Contactfläche/157 =

0,016285 K. M.; 0,021443 K. M.; 0,032159 K. M. und 0,06433 K. M.

und daraus endlich die Schichthöhen = Volumen/Rostfläche =

0,016285 Met.; 0,0286 Met.; 0,06432 Met. und 0,25732 Meter.

Man sieht auf den ersten Blick, daß nur die zwei letzteren Kohksschichten eine genügende Höhe geben, um dieselbe wirklich einhalten zu können.

Aber die Schicht-Volume 0,032159 K. M. und 0,06433 K. M.
geben à 400 Kil. per 1 Kub. Met. 12,86 Kil. 25,732 Kil.

und um daher diese Schichten zu unterhalten, müßte der Heizer so zu sagen jeden Augenblick Brennstoff aufgeben, da von diesen Gewichten das eine in einer Stunde 100/12,86 = 7 bis 8mal und das andere 4mal consumirt wird; um folglich die Schicht auf richtiger Höhe zu erhalten, müßten wenigstens alle 2 Minuten 3,33 Kil. und alle 3 Minuten 5 Kil. aufgegeben werden, was in der Praxis so lästig wäre, daß es kaum bewerkstelligt werden könnte.

Untersuchen wir aber nun noch, welchen Widerstand diese kleinen Schichthöhen dem Luftstrome darbieten würden.

Das Volumen der Verbrennungsproducte von 100 Kil. Kohks ist bei 0° = 769,4 Kubikmeter, bei deren Anfangstemperatur von 2709° aber = 8408,3 Kub. Met. und per Secunde = 2,3357 Kub. Met.

Daher sind die Geschwindigkeiten bei den Querschnitten zwischen den Kohksstücken von 0,1073 Q. M. und 0,05365 Q. M.

v = 2,3357/0,1073 = 21,768 Met. und 2,3357/0,05365 = 43,536 Meter;

die diesen Geschwindigkeiten entsprechenden Druckhöhen aber sind:

|92|

24,164 Met. und 96,654 Met.

Daher wurden die Widerstände gegen den Strom seyn:

für Reibung (0,024 . 5,0449)/(4 . 0,1073) . 24,164 = 6,817 und 109,150
für Umbiegungen 64/20 . 24,164 = 77,326 und 1242,000
–––––––––––––––––––––––
in Summa 84,143 Met. und 1351,150 Met.

in Säulen von Verbrennungsproducten ausgedrückt = P.

Selbst bei der ungünstigen Annahme, daß die Verbrennungsproducte mit 300° Temperatur durch den Kamin evacuirt werden, würde die Ueberwindung dieser Widerstände Kaminhöhen erfordern von:

h = P/(1 – sy) = 84,143/(1 – 0,4763 . 1,0862) = 174,34 Meter und

1351,15/(1 – 0,4763 . 1,0862) = 2799,4 Met.

In letzterer Formel bezeichnet P die Druckhöhe, s das specifische Gewicht der Gase, welches ihrer Temperatur zukommt und y das ihrer Zusammensetzung zukommende.

Praktiker würden, um 100 Kil. Kohks per Stunde zu verbrennen, dem Roste 1 Quadratmeter geben, welcher zwischen den Stücken 0,2146 Q. M. Raum läßt; daher wäre die Geschwindigkeit der Verbrennungsproducte = 2,3357/0,2146 = 1,09 = v

und die entsprechende Druckhöhe 0,06058 Met., und darnach der Widerstand

der Reibung (0,024 . 15,7)/(4 . 0,2146) . 0,06058 = 0,02659
der Umbiegungen 100/20 . 0,06058 = 0,3029
––––––
in Summa 0,5688 Met.

Die dazu erforderliche Kaminhöhe wäre nur:

0,5688/(1 – 0,4763 . 1,0862) = 1,178 Meter.

Da man aber meistens sehr hohe Kamine baut, so wird die von uns berechnete Geschwindigkeit weit überschritten; dieß ist aber auch nothwendig, denn sonst würden die Verbrennungsproducte nur brennbare Gase enthalten, da bei der Contactfläche von 15,7 Quadratmeter per 1 Q. M. die Geschwindigkeit der Luft nur 1,01258/15,7 = 0,06449 Met., folglich niedriger als in Versuch IX seyn würde.

Man erhält im günstigsten Falle ein Resultat, wie das des Versuches |93| VII, welcher eine Anfangstemperatur von höchstens 1400° ausweist; oder wie in Versuch VIII, wo eine Quantität Kohlenstoff bloß zu Kohlenoxyd verbrannt wurde und daher ein Theil der Wärmemenge verloren gieng, welche der Brennstoff sonst zu geben vermöchte.

Bessere Resultate erhält man allerdings bei Locomotiven, wo die Ansaugung der Luft durch Dampf-Injection in den Kamin stattfindet; ferner bei Schweiß- und Puddelöfen, wo die Temperatur im Kamin sehr hoch ist, so daß bedeutende Widerstände überwunden werden können.

Aus diesen Verhältnissen ergibt sich bezüglich der Frage der Rauchverhütung unmittelbar, daß, da das Auftreten von Rauch nicht beseitigt werden kann, ohne die hierzu nothwendige Luftmenge zuzuführen, diese Aufgabe an derselben Klippe scheitert, wie die vollkommene Verbrennung des festen Kohlenstoffes, nämlich daran, daß es an der Kraft fehlt, den Widerstand zu überwinden, der bei richtiger Bemessung der Contactfläche immer sehr groß wird.

Um bei Steinkohle die zur Verbrennung der auftretenden Kohlenwasserstoffe erforderliche Luftmenge zuzuführen, wird diese Kraft noch bedeutend größer, da Steinkohle mittlerer Qualität über 3 1/2 Procent freien Wasserstoff enthält, der 21 Proc. Kohlenstoff in CH überführt, welcher Kohlenwasserstoff etwas mehr als halb so viel Luft zu seiner Verwandlung in CO² und HO erheischt als der übrigbleibende feste Kohlenstoff. Durch diese Vermehrung der Luftmenge wird natürlich die Geschwindigkeit zwischen den Brennstoff Stücken noch größer und dadurch wächst der Widerstand in quadratischem Verhältnisse.

Noch mehr steigert sich die Schwierigkeit dadurch, daß der feste Kohlenstoff in Form von Kohks, wie er bei Steinkohlenfeuerung auf dem Roste zurückbleibt, nachdem die Kohlenwasserstoffe abdestillirt sind, viel poröser ist als die in Kohksöfen dargestellten Kohks, daß daher derselbe bei gleichem Volumen eine größere Geschwindigkeit der durchströmenden Luft erfordert.

Aus Allem diesem geht hervor, daß nur eine continuirliche Speisung des Herdes den Rauch beseitigen kann, ohne zugleich Luftüberschuß in die Verbrennungsproducte zu bringen; daß ferner, um in letzteren weder Luftüberschuß noch brennbare Gase auftreten zu lassen, der Herd einen sehr kleinen Querschnitt haben muß, wobei aber eine Zugkraft verfügbar seyn muß, welche einer Säule von Verbrennungsproducten von 25 bis 100 Meter Höhe entspricht.

Nur unter solchen Bedingungen wird es möglich seyn, bei directer Verbrennung der Brennstoffe den theoretischen Nutzeffect derselben zu erreichen; die Aufgabe, welche man sich hierbei stellt, ist aber auf |94| anderem Wege schon längst gelöst, denn wenn man (wie bei der sogenannten Gasheizung) die Brennstoffe zuerst in brennbare Gase verwandelt und dann diese durch Zuführung der nöthigen Luftmenge verbrennt, so wird nicht nur das Auftreten von Rauch sicher vermieden, sondern es gelingt auch bei richtiger Befolgung der geltenden Gesetze, allen Kohlenstoff in Kohlensäure und allen Wasserstoff in Wasser überzuführen, ohne daß dieselben mit unverbrannter Luft gemischt wären.

Straßburg, den 20. Mai 1866.

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