Titel: Hennecart, über den Siemens'schen Gas-Regenerativofen.
Autor: Hennecart,
Fundstelle: 1871, Band 202, Nr. CII. (S. 417–422)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj202/ar202102

CII. Ueber den Siemens'schen Gas-Regenerativofen; von Hennecart.

Nach dem Bulletin de l'industrie minérale, t. XV livr. 2; aus der berg- und hüttenmännischen Zeitung, 1871, Nr. 47.

Die Siemens'schen Gasöfen, Ende 1861 in England zur Glasfabrication angewendet, wurden in Frankreich nach der Londoner Ausstellung eingeführt; 1862 wurden diese Oefen von verschiedenen Glas- und Hüttenwerken errichtet und verbreiteten sich schnell, besonders bei der Glasindustrie.

Doch folgte diesem Aufschwung 1866 eine lebhafte Reaction; in Frankreich, Belgien und Deutschland zeigten sich Mißerfolge, wie sie überall nach zu kurzen Versuchen vorzukommen pflegen. Gleichzeitig wurden angeblich viel einfachere Systeme angepriesen, die weniger kostspielig, leichter zu betreiben seyn und vollständige Gasausnutzung leisten sollten; bei ihnen verwarf man aber den Regenerator, das Hauptelement des Siemens'schen Ofens. Heute besitzt dieser die Oberhand; man hat durch mehrjährige Erfahrungen seinen Werth schätzen gelernt und jene Industriezweige, welche sehr hohe Temperaturentwickelung brauchen, haben ihn besonders günstig aufgenommen.

Der Regeneratorofen bezweckt, zur Temperaturentwickelung des Ofens die durch die Flamme entweichende Hitze zu benutzen. Diese erreicht man durch die Regeneratoren, Kammern von feuerfesten Steinen, durch welche Luft oder Gas, die den Ofen speisen, und die Verbrennungsproducte, |418| welche zur Esse ziehen, abwechselnd in verschiedenen Richtungen strömen. Während die verlorene Flamme durch zwei Kammern eintritt und sich die Hitze bedeutend erniedrigt, gelangen Luft und Gas an dem unteren Theil zweier anderer Kammern an, die vorher erwärmt sind, und erlangen während des Aufsteigens eine zunehmende Hitze. Hat man eine genügende Hitzesteigerung erreicht, so kehrt man die Stromrichtung um; die abgekühlten Regeneratoren erhalten durch den Rauch die verlorene Wärme wieder, während die anderen die Wärme, welche sie angesammelt haben, an Luft und Gas abgeben. Die Verbrennung wird also durch Fluida genährt, welche eine sehr hohe Temperatur besitzen und deren erwärmende Thätigkeit zu einer hohen Stufe gelangt.

Da die Erfahrung zeigte, daß die Erwärmung der Luft allein ungenügende Resultate liefert, wurde Siemens veranlaßt, den Brennstoff in Gas zu verwandeln und dieses mit hoher Temperatur zu verbinden. Indem er das Princip der Gaserzeugung durch unvollständige Verbrennung beibehielt, gab er die Gebläsegeneratoren auf und erfand einen natürlichen Zugofen, welcher bei passend ausgewähltem Brennmaterial leicht zu betreiben und zu unterhalten ist, nach dem Bedarf die Gasproduction ziemlich gut regelt und eine Pressung erzeugt, welche das Gas bequem und ungefährlich bewegt.

Ein leicht brennender Stoff, der seinen Zustand auf dem Rost gar nicht oder nur wenig verändert, eignet sich am besten zur Gasbereitung. Die Luft durchstreicht leicht die dicke und gleichförmige Schicht; man braucht keine Esse und hat regelmäßige Verbrennung. Sie verliert dabei allen Sauerstoff und entweicht bei hinreichender Temperatur, fast ganz in Kohlenoxyd umgewandelt. Leichte Kohks oder Cinder eignen sich gut, aber die Großindustrie kann diese Producte nicht anwenden, sie hat mit seltenen Ausnahmen Mineralkohlen adoptirt, welche neben dem Kohlenstoff noch flüchtige Producte enthalten, deren Anwesenheit das durch die Verbrennung gewonnene Gas anreichert. Fast alle Steinkohlen passen, freilich in verschiedenem Grade, zum Vergasen bei natürlichem Zuge, nur die mageren Kleinkohlen sind ganz unbrauchbar; sie verstopfen die Roste und verlassen dieselben ohne die geringste Veränderung erlitten zu haben.

Auch die halbfetten und fetten Kohlen, sofern sie sich in Staubform befinden, geben keine guten Resultate; ein Theil der ersteren entzündet sich nicht und fällt hindurch, während die anderen so compacte Kohksklumpen bilden, daß es immerwährender Arbeit bedarf, dieselben zu zerbrechen und die Oeffnungen zu verstopfen, durch welche die Luft hervorströmt und das gebildete Gas nutzlos verbrennt. Am besten paßt |419| die vom Staub befreite Stückkohle, der Betrieb ist besonders leicht mit halbfetten Kohlen, die wenig backen und gasreich sind, fast ohne Arbeit niedergehen und ein reiches Brenngas von niedriger Temperatur liefern.

Beim Verlassen der Generatoren enthalten die Gase gleichzeitig Verbrennungs- und Destillationsproducte; sie bestehen aus Kohlenoxyd, einfachem und schwerem Kohlenwasserstoff, Kohlensäure, Wasserdampf und Stickstoff. Das Verhältniß jedes dieser Elemente wechselt mit der angewendeten Kohle und den Umständen, unter denen man sie verbrennt.

Aus zahlreichen Analysen, welche unter sehr verschiedenen Verhältnissen ausgeführt wurden, erhellt, daß bei Oefen in gutem Zustande die Umwandlung der Kohlensäure in Oxyd um so vollständiger erfolgt, je höher die Temperatur auf dem Roste ist; das Verhältniß jenes Gases kann auf 4 und 4 1/2 Proc. sinken, dieses dagegen auf 24 und 25 Proc. steigen. Kühlen sich die Herde aber ab, so steigt die Säure auf 8 bis 10 Proc., während das nutzbare Gas auf 15 bis 18 Proc. sinkt. Gleichzeitig bekundet sich eine bedeutende Abnahme in der Gasentwickelung, welche für die Sicherung eines guten Ofenganges zu mangelhaft wird.

Der kalte Gang, eigen den schlechten Brennstoffen, kann sich auch bei besseren Kohlen einfinden, wenn dieselben in zu großen Mengen oder zu naß aufgegeben werden; mäßige und regelmäßige Chargen und gut aufbewahrte Kohlen, zumal Kleinkohlen, tragen ganz außerordentlich zu gutem Gange der Generatoren bei.

Die Einrichtung dieser Apparate wechselt mit der Natur der zu verbrennenden Kohle; fette, in der Hitze zusammenbackende Kohlen können nur auf verticalen oder sehr wenig geneigten Rostflächen angewendet werden; die Schichten müssen dick seyn, 1,20 bis 1,40 Meter ist keine übertriebene Höhe; zahlreiche Oeffnungen müssen das häufige Aufbrechen der Kohks gestatten. Für weniger backende Kohlen muß die Neigung kleiner seyn; 50 bis 55 Grad und eine Schicht Kohle von 0,80 bis 1,00 Meter genügen. Wendet man sehr magere Kohlen oder kleine Kohks an, so gasen dieselben stets sehr leicht und die Rostneigung muß sich 45 Grad nähern.

Die Roste werden durch horizontale Treppen oder circa 30 Grad gegen den Horizont geneigte Stäbe gebildet, jene eignen sich für wenig backende Kohlen, sind leicht zu unterhalten, aber für die Arbeiter ungemein belästigend; diese passen nur für Fettkohlen, welche voluminöse Kohks bilden und beim Reinigen nicht massenhaft niedergehen. Eine Combination beider Arten ist oft vortheilhaft.

Der Querschnitt des Luftzutrittes durch den Rost muß möglichst klein seyn, um über den Stäben eine sehr lebhafte Verbrennung zu erzeugen. |420| Bei Fettkohlen schadet eine etwas große Oeffnung wenig, wohl aber bei schwer brennenden Kohlen. Eine freie Oeffnung von 45 bis 50 Quadratmetern auf jede in 24 Stunden verbrannte Tonne scheint gute Resultate zu liefern.

Die Anbringung der Generatoren muß zwei Hauptbedingungen erfüllen: sie müssen stets mehr Gas liefern als nothwendig ist und demselben in den producirenden Theilen und auf dem ganzen zu durchströmenden Wege hinreichenden Druck geben. Die Anzahl der Generatoren muß so groß seyn, daß sie immer gewechselt werden können; unter gewöhnlichen Verhältnissen, d.h. bei Rostflächen von 1,60 bis 1,75 Met. Breite, verwandelt jeder Apparat in 24 Stunden 1800 bis 2200 Kilogrm. Kohlen in Gas. Je nach dem vorhandenen Raum vertheilt man die Generatoren in Gruppen oder Batterien; das Gas vereinigt sich in einem Sammler, welcher für mehrere Oefen gemeinsam seyn kann; jeder dieser letzteren, wie jeder Gaserzeuger muß leicht und vollkommen von den übrigen zu isoliren seyn.

Die Pressung ist erforderlich, um in der Brennstoffmasse einen gleichmäßigen Luftzug zu sichern, um eine natürliche Gascirculation in den langen Canälen zu erzeugen und um den Rücktritt der Luft zu verhindern, wodurch partielle Verbrennung oder Explosionen entstehen würden. 3 Meter Niveauunterschied zwischen dem Generatorenrost und der Ofensohle geben genügenden Auftrieb. Ein so starker Terrainunterschied ist aber selten vorhanden und hilft man sich dann mit abkühlenden Hebevorrichtungen. Der ansteigende Theil besteht aus einer Ziegelesse von 4 bis 5 Meter Höhe, welche auf den Generatoren steht; die Temperatur des Gases entwickelt eine ansteigende Kraft, die dasselbe in die horizontalen Arme und in die aus Blech bestehenden niedersteigenden stößt. Hierbei kühlt sich das Gas ab und wenn die Querschnitte richtig gewählt sind, so erhält es eine doppelte oder dreisache Dichtigkeit, wie die ursprüngliche; dieß erzeugt die Gasbewegung. Der Querschnitt der Leitungsröhren und deren Oberfläche können in ziemlich weiten Grenzen variiren. Kohlen, welche ein reichliches, gutes Gas von wenig hoher Temperatur liefern, brauchen nur 10 Quadratdecimeter Querschnitt und 6 bis 8 Quadratmeter Oberfläche auf jede in 24 Stunden verbrannte Tonne (20 Ctr.) Kohlen. Bei Fettkohlen thut man besser, mit Rücksicht auf den starken Ruß und die hohe Gastemperatur gegen 12 Quadratdecimeter Querschnitt nur 15 bis 16 Quadratmeter Oberfläche pro Tonne zu geben. Unter diesen Umständen können die Gase eine horizontale Entfernung von über 80 Meter geradlinig oder mehrfach gekrümmt durchströmen und am Canalende doch noch einige Pressung besitzen. Hier |421| kommen sie fast erkaltet und stark condensirt an, d.h. vollständig geeignet, die Vertheilungsklappe und das Umsteuerungsventil frei zu durchstreichen. Aus Gußeisen hergestellt und mit einem Querschnitt zwischen 1/4 und 1/3 desjenigen des unteren Leitungsarmes halten solche Ventile gut. Sie widerstehen mehrere Jahre, ohne bedeutende Veränderungen zu erleiden.

Die Regeneratoren, deren Zweck wir oben kennen lernten, sind zu je vieren in zwei Gruppen vertheilt. Die eine Gruppe steht an dem unteren Theil mit der Gaszuleitung in Verbindung, die andere mit der Luft; beide Fluida sind sonach während ihrer Erhitzung getrennt und vereinigen sich erst an dem Ofenpunkt wo die Verbrennung beginnen soll.

Die Regeneratoren werden tiefer gestellt als die Oefen, gewöhnlich befinden sie sich direct unter diesen und dienen als deren Träger. Bei dieser Anordnung treten Gas und Luft, durch ihre Erwärmung stark gepreßt, mit Druck in den Ofen, wo die Verbrennung ohne Luftzutritt erfolgt und unabhängig von der Essenwirkung. Der Zug erfordert nicht viel über 15 Meter Höhe und an der Essenspitze 6 bis 8 Quadratdecimeter auf jede in 24 Stunden verbrannte Tonne Kohlen. Auf den Werken, welche der Vegetation schädliche Dämpfe erzeugen, besonders auf Glashütten welche schwefelsaures Natron zerlegen, muß man eine genügende Höhe geben, um die stark condensirten sauren Gase vom Erdboden abzuhalten, deren Einwirkung besonders in der feuchten Jahreszeit außerordentlich heftig ist. Blecherne Essen sind für die Siemens'schen Oefen nicht vortheilhaft. Die Abkühlung des Rauches und die Erwärmung von Gas und Luft verlangen, um vollkommen zu seyn, feuerfeste Steine, deren Größe und Gewicht mit der erzeugten Temperatur und der Brennstoffmenge im Verhältniß stehen. Sehr große und hohe Regeneratoren sind die besten; man darf sich vor Uebertreibung der Dimension nicht scheuen. Die Steine bilden geradlinige Canäle, deren Reinigung leicht seyn muß; dieser Umstand ist für Glashütten wichtig, wo die in Gasform fortgetragenen Glasstoffe sich in den unteren Ziegelreihen condensiren und schnell Verstopfungen bewirken.

Die ersten Siemens'schen Regeneratoren waren sehr beschränkt und ungenügend; der Rauch entwich mit einer Temperatur von 600 bis 700°C. Die Kammerdimensionen wurden allmählich erhöht und erhält jede Gruppe einen Fassungsraum von 2 bis 3 Kubikmeter auf je eine in 24 Stunden verbrannte Tonne Kohlen. Die Regeneratoren für die Luft sind 5 Mal so groß als die für das Gas; an allen aber ist der durch die Steine gebildete Raum genau gleich.

Die durch Anwendung der Regeneratorenöfen erzielte Ersparniß an |422| Brennmaterial war beträchtlich, aber sehr wechselnd nach den Umständen, unter denen man sie anwendete.

Dieser neue Apparat hat auf den meisten Werken gestattet, die alten Ofendimensionen bei gleicher Arbeitsdauer bedeutend zu erhöhen, oder die Anzahl der Schmelzungen unter Beibehaltung der primitiven Anordnungen zu vergrößern. Der Brennstoffaufwand, sehr oft auch die Arbeit, änderten sich dabei gegen früher nicht und die Ersparniß war außerordentlich groß.

In anderen Industriezweigen, wo verschiedene zwingende Umstände die Beibehaltung der alten Oefen bedingten und wo die Arbeitsdauer durch die Ruhezeiten der Arbeiter begrenzt war, war der Effect weniger auffällig; eine gewisse Kohlenersparniß wurde dennoch erzielt und außerdem erhielt man einen Apparat von großer Productionsfähigkeit und Anwendbarkeit, dessen Vorzüge um so mehr hervortreten, je besser man ihn in der Praxis kennen lernt.

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