Titel: Schinz, über die Möglichkeit eines Gas-Hohofens.
Autor: Schinz, C.
Fundstelle: 1870, Band 195, Nr. XC. (S. 338–344)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj195/ar195090

XC. Ueber die Möglichkeit eines Gas-Hohofens; von C. Schinz.

Obgleich ich die Ehre hatte, dem Verfasser des in diesem Journal80) „über die Möglichkeit eines Gas-Hohofens“ erschienenen Aufsatzes, Hrn. Fritz Lürmann, vor einiger Zeit brieflich meine Ansichten über diesen Gegenstand mitzutheilen, so ist einerseits letzterer doch interessant genug um hier auf denselben zurückzukommen, und andererseits hatte ich gerade in der letzten Zeit Gelegenheit, das Allgemeine dieser Frage zu studiren, so daß ich hoffen kann, in diesen Betrachtungen dem Leser einige Belehrung darüber zuzuführen, wenn ich zu der Schlußfolgerung komme, daß eigentlich erst das Experiment diese Frage entscheiden könne.

Es ist nicht einzusehen, was eigentlich Hr. Lürmann meint, wenn er bemerkt: „nach angestellter Berechnung würde auf 1 Theil C etwa 1 Theil HO zersetzt werden können,“ da dieser Satz nicht sagt, wie viel C neben dem durch den Sauerstoff der Luft verbrannten, Wärme erzeugen soll. Wollte er damit sagen, daß gleich viel C durch den Sauerstoff der Luft verbrannt, wie durch HO in CO, übergeführt werden soll, so ist seine Berechnung nicht richtig, denn:

1 Kub. Met. Kohlenstoff = Kil. 1,07272 zerlegt sich in 1/4 = 0,26818 C,
die zu CO² verbrannt à 8000 geben

2145 W. E.
dagegen absorbiren dann 0,26818 C die aufgenommen werden um CO
zu bilden, 0,26818 . 2400 =

643 „ „
–––––––––
und die wirklich producirte Wärme ist 1502 W. E.
|339|
Die andere Hälfte des 1 Kub. Met. C = Kil. 0,53636 können
6 : 0,53636 = 9 : x = 0,80454 Wasser zersetzen, wobei 1/9
= 0,08939 H als Gas frei werden, gerade 1 Kub. Met. und
die eben so viel Wärme latent machen als sie durch Verbrennung
erzeugt haben würden, mithin 0,08939 . 34000 = 3039 W. E.
während die 8/9 des zersetzten
HO = O produciren 0,53636 . 2400 = 1287 „
Die Differenz = 1752 W. E.

zeigt also daß der Wärme-Consum bedeutend größer seyn würde als die Production.

Wir müssen folglich den consumirten Kohlenstoff anders zwischen dem O der Luft und dem des HO theilen.

Nehmen wir versuchsweise das Verhältniß 3/4 und 1/4, so haben wir:

3/4 . 1,07272 = 0,80454 C und 0,80454/2 . 8000 geben 3218 W. E.
und 0,80454/2 . 2400 „ 965 W. E.
–––––––––––
durch Verbrennung producirt 2253 W. E.
1/4 . 1,07272 = 0,26818 C zersetzen 0,40227 HO
dadurch werden absorbirt 0,04469 H . 34000 = 1519 W. E.
und producirt 0,26818 C . 2400 = 643 „ 876 W. E.
–––––––––––
nach Abzug der Differenz bleiben 1377 W. E.

Die Producte sind:

1,5 K. M. CO wodurch Verbrennung erzeugt
0,5 „ „ CO durch Zersetzung von HO
= 2 . 0,31024 = 0,62048
0,5 „ „ H „ „ „ = 0,5 . 0,30842 = 0,15421
1,5 CO =
0,75 O =
3 „ „ N = 3 . 0,30661 = 0,91983
––––––––––––––––––––––
specifische Wärme 1,69452
und die resultirende Temperatur ist: 1377/1,69453 = 812° C.

Diese genügt vollkommen, um den Wasserdampf in CO und H zu zerlegen, indeß würde, wenn wir nicht noch eine andere Wärmequelle zur Benutzung hätten, diese Temperatur noch merklich herabgedrückt durch:

  • a) Ofenwand-Transmission;
  • b) freie und latente Wärme der gebildeten und zu schmelzenden Schlacken;
  • c) mit den Gasen evacuirte Wärme, denn der Betrieb würde übermäßig wenig leisten, wenn die Gase mit der Luft-Temperatur evacuirt werden mühten und der Inhalt des Ofens hierbei übermäßig groß seyn;
  • d) freie und latente Wärme des im Brennstoffe enthaltenen Wassers.

Aber darin liegt eben der Vortheil des Lürmann'schen Vorschlages, daß die von der hohen Brennstoffsäule absorbirte Wärme sich |340| derjenigen beifügt welche durch Verbrennung entwickelt wird, und dadurch wird es möglich werden, diese Temperatur von 812° beizubehalten trotz dem Aufwande, welchen die eben erwähnten Quellen des Verlustes noch veranlassen.

Da von der Verwerthung geringerer Sorten Brennstoff die Rede ist, so wollen wir annehmen daß die Kil. 1,07272 Kohlenstoff = 1 Kub. Met. an Kohks-Abfällen geben: 1,20683 Kil. enthaltend 20 Proc. fremde Bestandtheile. Diese = 0,13409 sollen zerfallen in 3 Proc.

Wassergehalt des Kohks, somit 0,03620
und Asche 0,09789
mit dieser Flußmittel gleich viel 0,09789
somit Schlacken 0,19578.
Nun verlangen 0,03620 Kil. Wasser an latenter Wärme
= 0,0362 . 536

=

19,4

W. E.
und freie Wärme, wenn wir annehmen daß die Gase mit
100° evacuirt werden: 0,0362 . 0,475 . 100

=

1,7

„ „
–––––––––––
21 W. E.
––––––––––––
Die Kil. 0,19578 Schlacken verlangen an latenter Wärme:
0,19578. 60
= 11,7 W. E.
an freier Wärme, um auf den Schmelzpunkt = 1300°
und wenigstens noch 100° Ueberschuß über diesen zu
gelangen, specif. Wärme der Schlacken bei 1400°
= 0,309 = 0,19578 . 0,309. 1400°



=



84,7



„ „
––––––––––––
96,4 W. E.
––––––––––––
Die evacuirte Wärme wird betragen: 1,69452 = specif.
Wärme der Gase = 1,69452 . 100

=

169,4

W. E.

Die Ofenwand Transmission kann, wie ich in diesem Journal, Jahrgang 1866, Bd. CLXXXII S. 101 gezeigt habe, sehr verschieden groß ausfallen je nach der Dicke und Leitungsfähigkeit der Wände, hauptsächlich aber je nach dem Verhältnisse der Fläche zum Inhalt und endlich nach der im Ofen herrschenden Temperatur. Dieser letztere Factor wird in diesem speciellen Falle ausnahmsweise günstig seyn, so daß wir für einen Ofen von 300 Kub. Met. Capacität ein Minimum von 25 W. E. annehmen können (der Ofen nicht höher als 12 Met., aber von entsprechendem Querschnitt), während ein Ofen herkömmlicher Construction von nur 100 Kub. Met. Capacität ein Maximum von 293 W. G. hervorbringen könnte.

Nehmen wir das Mittel, so würde die Transmission

betragen (25 + 293)/2 = 159 W. E.
|341|
und die gesammten Wärme-Verluste wären dann:
21 + 96,4 + 169,4 + 159

=

446

W. E.
so daß also von ursprünglich erzeugten 1377 W. E. nur
noch 1377 – 446

=

931

„ „
zur Erwärmung der Kohks übrig bleiben. Diese sind nach Abzug von
0,09789 Asche plus 0,03620 HO = Kil. 1,07274 und brauchen um
sich auf 812° zu erwärmen nur 812 . 1,07274 . 0,236


=


205


W. E.
Es fügen sich also der producirten Wärme = 1377
hinzu 205 und wir haben

1162

„ „
davon gehen ab für die aufgezählten Verwendungen 446 „ „
––––––––––––
und es bleiben 716 W. E.

welche noch die Temperatur = 716/1,69452 = 423° C. zulassen, was offenbar nicht mehr genügen würde, um den Wasserdampf in CO und H umzusetzen.

Stellen wir die Bedingung, daß das Minimum der Transmission verwirklicht werde, so haben wir

Textabbildung Bd. 195, S. 341

Auch diese Temperatur ist noch zu niedrig und wir müssen also einen noch größeren Antheil des verzehrten Kohlenstoffes als Wärme producirend wirksam machen.

Nehmen wir dazu anstatt 3/4 = 7/8, so erhalten wir höhere Temperaturen als wir sie nöthig haben.

Machen wir die Vertheilung 13/16 und 3/16, so erhalten wir:

(13/16 . 1,07272)/2. 8000 = 3846 W. E.
( 3/16 . 1,07272)/2. 2400 = 1046 W. E. = 2440 W. E.
3/16 . 1,07272 = 0,2011 C welche zersetzen:

0,3017 NO, davon 1/9 = 0,0335 H . 34000 = 1139 W. E.

3/16 . 1,07272 = 0,2011 C. 2400 = 482 W. E., Differenz 657, daher Production 1783 W. E.

Volumen und specifische Wärme der Gase sind:

Kub. Met. 1,625 CO durch Verbrennung
„ „ 0,375 CO durch Zersetzung von HO
Kub. Met. 2 . 0,31024 = 0,62048
„ „ 0,375 H „ „ „ „ „ 0,375 . 0,30842 = 0,11566
„ „ 3,25 N aus eingeblasener Luft „ „ 3,25 . 0,30661 = 0,99648
–––––––––
1,73262

Daher die Temperatur = 1783 W. E./1,73262 = 1029° C.

|342|

Die Transmission wird dadurch im Minimum 32 W. E., im Maximum 371 W. E. und im Mittel 201 W. E.; durch die Kohks können aufgenommen werden

1,07274. 0,340. 1029 = 375 W. E.

Daher wird die Temperatur für die mittlere Transmission

Textabbildung Bd. 195, S. 342

und für das mögliche Minimum

Textabbildung Bd. 195, S. 342

Auch diese Temperaturen sind allerdings noch etwas über dem Nothwendigen; aber wenn man an die Umstände denkt, welche störend einwirken können und unter welche besonders die Schwierigkeit gehört die Dampfmenge richtig abzumessen, so wird es jedenfalls besser seyn, eher einen Ueberschuß als eine genügende Temperatur walten zu lassen.

Die Zusammensetzung und Wärme-Production der so erhaltenen Gase ist nun:

Textabbildung Bd. 195, S. 342

Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte ist:

CO² Vol. 35,3 . 0,42557 = 15,011
HO 60,2 . 0,38225 = 23,011
N – 57,3 + aus 17,65 O = 70,6 N 127,9 . 0,30661 = 39,215
–––––––
77,237

und die daraus resultirende Temperatur = 100123/77,237 = 1296°.

Um also diese Gase zu Operationen zu verwenden, welche eine höhere Temperatur erfordern, müßten dieselben vorerst wieder erwärmt werden; aber wenn dieß auch durch die vom Ofen abgehende Wärme in einem gewissen Grade erzielt werden kann, so würden sie doch niemals zur Erreichung solcher Temperaturen dienen können wie z.B. die sind um Stahl zu schmelzen, weil bei so großem Wassergehalt in den Verbrennungsproducten die Volum-Einheit derselben zu wenig W. E. enthält.

Auch zu sehr kleinen Feuerungen wie die eines Küchenherdes oder eines Zimmerofens würden sich solche Gase wenig eignen, weil sie nicht so leicht von selbst fortbrennen wenn der Herd, in welchen sie strömen, nicht alsbald eine höhere Temperatur annimmt, welche die Fortdauer der Verbrennung sichert.

|343|

Nun kommt aber noch ein weiteres Bedenken. Ich habe zwar selbst bisher den geringen Wasserstoffgehalt welchen z.B. Holz und Steinkohlen in die Gase bringen, als Wärme producirend in Rechnung gebracht; dieser Gehalt ist aber zu klein, um beobachten zu können, ob auch dieser Wasserstoff wirklich verbrennt und dadurch Wärme erzeugt. Dagegen sind nun andere Beobachtungen und Erfahrungen gemacht worden, welche zu dem Schlusse führen, daß der Wasserstoff nicht zur Verbrennung komme, wenn er dem Volumen nach nur wenige Procente ausmacht.

So z.B. haben wir in den Gichtgasen der Hohöfen stets beträchtliche Mengen von H und sogar Sumpfgas, die an dem sich reducirenden Erze hinstreichen, ohne sich mit dem O in denselben zu verbinden. So hat ferner Scheurer 81) bei seinen zahlreichen Analysen von gewöhnlichen Verbrennungsproducten bei Dampf-Generatoren stets nicht unbeträchtliche Mengen von der Verbrennung entgangenem H erhalten, obgleich solche immer Ueberschuß an O enthielten. Ebenso erhielt ich selbst bei den Versuchen über Contactflächen (man s. dieses Journal 1866, Bd. CLXXXI S. 1) sogar bei Kohks merkliche und bei Anthracit sehr bedeutende Wasserstoffmengen die nicht verbrannt waren.

Wenn daher die 6,6 Volum-Procente H, welche wir in diesen Gasen des Gas-Hohofens gefunden haben, wirklich der Verbrennung entgehen, so würde es dann sicher vortheilhafter seyn, die Einführung von Wasserdampf ganz zu unterlassen. Dabei ist nicht, wie Hr. Lürmann glaubt, zu befürchten daß der Hohofen-Schacht allzu heiß werde, denn:

1,07272/2. 8000 = 4291 W. E.
1,07272/2. 2400 = 1287 = 3004 W. E.
Producte: Kub.
Met.
2 CO
4 N
=
=
specif.
Wärme
„ 4 . 0,30661
=
=
0,62048
1,22644
1,84692
daher Temperatur = 3004/1,84692 = 1626° C.

Und bringt nun auch die Vorwärmung der Kohks 1626 . 1,07274 . 0,455 = 794 W. E. hinzu, so kann in solchem Falle das Maximum der Transmission veranlaßt werden und wieder 759 W. E. auf die negative Seite bringen, während latente und freie Wärme für HO und Schlacken und Evacuation mit 278 W. E. auf derselben Seite bleiben. Wir haben |344| dann: W. E. (3004 + 791) – (759 + 278) = 2761 W. E. und die Evacuations-Temperatur wird 2761/1,8641 = 1481°, indem wir die specif. Wärme der Gase wegen Wassergehalt um 0,01719 vermehren, und auch diese Temperatur könnte sehr leicht weiter herunter gebracht werden, ja man könnte sogar den Gas-Hohofen noch anderweitig nutzbringend machen, wenn man leichte Gichten von Fe²O³ + SiO³ aufgäbe, welche zwar ein schlechtes Roheisen liefern, aber keine CO² in die Gase bringen würden.

Solche ohne Dampfzuführung erzeugte Gase werden dann zusammengesetzt seyn und produciren:

CO Kub. Met. 2 = 33,3 Proc. und 33,3 . 2400 = 79920 W. E.
N 4 = 66,7 Proc.

Die Verbrennungsproducte und deren specif. Wärme wären:

Kub.
Met.
33,3 CO²
133,4 N
=
=
14,171
40,901
55,072

daher die resultirende Temperatur = 79920/55,072 = 1451° C.

Diese wäre also um 1451 – 1296 = 155° höher als die oben gefundene und würden die Producte in der Volum-Einheit viel mehr Wärme enthalten.

Könnte ein solcher Gas-Hohofen im Centrum einer größeren Zahl von metallurgischen oder anderen Oefen hoher Temperatur aufgestellt werden, so würde es auch nicht unmöglich seyn, den Gasen ihre Temperatur großentheils zu erhalten, statt ihnen solche absichtlich zu entziehen, und man würde den Vortheil haben, mit schlechtem Brennstoffe dasselbe zu leisten was jetzt mit weniger schlechtem geleistet wird.

Die Gas-Production eines solchen Ofens ohne Wasserdämpfe könnte sogar ohne große Capacität wohl auf 2000 Kil. Kohks oder 10000 Kub. Met. Gas per Stunde gebracht werden, weil wir ja der von der Brennstoffsäule aufgenommenen Wärme nicht mehr bedürfen.

Daran kann kein Zweifel seyn, daß ein solcher Gas-Hohofen mit nicht backenden Steinkohlen, mit Kohks und Anthracit, alle in nicht allzu kleinen Stücken, ohne Anstand functioniren würde, auch mit Holz und Torf in nicht allzu großen Stücken. Wenn aber der Brennstoff sich der Pulverform nähert oder zum Theil Pulver enthält, so ist es fraglich, ob der Betrieb ohne Anstand wäre; wie weit man darin gehen dürfte und könnte, müßte eben erst durch Versuche ermittelt werden.

|338|

Im vorhergehenden Heft S. 254.

|343|

Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse von 1868 und 1869, t. XXXVIII p. 195, 311; t. XXXIX p. 385.

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