Titel: Schinz, über die Verwendung von staubförmigen Brennmaterial.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1872, Band 206, Nr. XXXV. (S. 125–129)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj206/ar206035

XXXV. Pyrotechnische Rundschau; von C. Schinz.

(Fortsetzung von Bd. CCI S. 214.)

XXI. Die Verwendung von staubförmigem Brennmaterial.

Diese, schon vor vielen Jahren in Vorschlag und Anwendung gekommene Methode der Verbrennung ist in neuester Zeit durch die Bemühungen von Crampton in England und von Whelpley und Storer in Amerika, in das Stadium praktischer Benutzung gelangt.

Die Erfolge sind der Art, daß zu erwarten ist, es werde diese Methode für solche pyrotechnische Operationen, welche hohe Temperaturen erfordern, allgemeinere Anwendung finden, aber nicht, wie die Erfinder glauben und darthun möchten, weil die so zu Stande gebrachte Verbrennung eine vollständigere ist, sondern lediglich weil diese Methode gestattet, in der Zeit-Einheit in demselben Raume eine größere Menge Brennstoff zur Verbrennung zu bringen.

Bei den vielen Mitteln und Erfahrungen welche wir jetzt besitzen, irgend eine mechanische Operation auf eine gewisse Regelmäßigkeit zu bringen, ließ sich unzweifelhaft erwarten, daß sich auch Mittel finden lassen würden, um eine mehr oder minder genauere, stöchiometrisch richtige Zuführung von Luft und Brennstoff zu ermöglichen.

Das eine der zur Anwendung gekommenen Mittel ist in einem Aufsatze von W. Maw: „über Crampton's System der Anwendung von Kohlenstaub als Brennmaterial“ in diesem Journal, 1871, Bd. CC S. 358 mitgetheilt worden.

Ein anderes, durch seine Einfachheit ausgezeichnetes und daher vorzüglicheres Mittel haben Whelpley und Storer in Boston (Amerika) zur Anwendung gebracht, über welches Lieutenant C. C. Dutton im Juni- und Juliheft 1871 des Journal of the Franklin Institute (vol. LXI p. 377, vol. LXII p. 17) einen eben so ausführlichen als belehrenden Bericht erstattete.

Whelpley und Storer haben den als Gebläse dienenden Ventilator mit dem Pulverisirapparat in der Weise verbunden, daß jener den sich in letzterem bildenden Staub in dem Maaße ansaugt, wie derselbe entsteht.

Der Pulverisirapparat beruht auf demselben Princip wie Shrapnel's Erz Quetschapparat, welcher im Jahrgang 1853 dieses Journals Bd. CXXVIII S. 410 beschrieben ist und darin besteht, die Erze durch Abschießen aus einer Kanone mit Gewalt gegen eine feste Wand zu |126| schleudern, wodurch dieselben theilweise zu Pulver, theilweise zu kleineren Stücken zerquetscht werden; nur ist bei dem Whelpley-Storer'schen Pulverisirapparat die angewandte Kraft nicht mehr diejenige des Schießpulvers, sondern die Centrifugalkraft eines einem Ventilator ähnlichen Apparates, und das durch eine erste Operation noch nicht zu Pulver reducirte Material wird durch die Schaufeln des Apparates wieder ergriffen und so lange fort geschleudert, bis es durchaus in Pulver verwandelt ist, während bei dem Shrapnel'schen Apparate die gröber gebliebenen Theile wieder in die Kanone verladen werden müssen.

Man stelle sich nun zwei Ventilatoren vor, welche beide auf derselben Rotationsachse sitzen, und zwischen beiden eine Wand, welche siebartig durchlöchert ist. Das Ventilatorgehäuse, welches beide Flügelkränze umschließt, ist auf der Seite offen wo die Zerkleinerung stattfindet, und geschlossen auf der Seite wo sich die eigentlichen Windflügel befinden. Die Luft kann also nur durch die siebartige Zwischenwand angesogen werden, und da sie den mit Kohlenstaub erfüllten Raum passiren muß, wird sie also nothwendig letzteren mit sich reißen, und zwar je nach der Geschwindigkeit und Stärke des Stromes nicht nur mehr oder weniger des gebildeten Pulvers, sondern auch mehr oder weniger feines Pulver. Wenn daher die Aspiration eine zu kräftige ist, so wird auch gröberes Pulver durch die Siebwand hindurch angesaugt, und dadurch würde dann die Erreichung des Endzweckes, nämlich eine schnelle und gleichförmige Verbrennung, gefährdet. Diesem Uebelstande kann aber leicht dadurch abgeholfen werden, daß man durch einen Hahn auf der geschlossenen Seite des Windflügel-Apparates so viel Luft eindringen läßt, daß dadurch die Ansaugung durch die Siebwand hindurch auf das nöthige Maaß vermindert wird.

Eine solche Maschine wird in ihrer Wirkung bei gegebenem Brennstoffe durch folgende drei Bedingungen modificirt:

1) durch die Geschwindigkeit der Rotationsachse,

2) durch die eingeführte Brennstoffmenge, und

3) durch das eingeführte Luftvolumen.

Was die erste dieser Bedingungen betrifft, so hat die Erfahrung gezeigt, daß, welches auch der Durchmesser der Flügel sey, eine Peripheriegeschwindigkeit von ca. 10000 Fuß = 3048 Meter die dienlichste ist, so daß bei einem Durchmesser von 18 Zoll = 0,407 Met. die Rotationsgeschwindigkeit ungefähr 2100 bis 2200 Umdrehungen ist. Wird diese Geschwindigkeit vermindert, so wird die Kohle weniger vollkommen gepulvert; wird sie hingegen größer, so erlangt das Pulver eine noch größere Feinheit, aber man braucht mehr Kraft. Bei der adoptirten |127| Geschwindigkeit und bei 18 Zoll Durchmesser der Flügel ist das Product per Stunde 100 Kilogrm. Anthracitpulver oder 150 Kil. Pulver aus weichen Steinkohlen, und der Kraftaufwand circa 3 1/2 Pferdestärken. Macht man die Flügel von 42 Zoll Durchmesser, so ist der Kraftaufwand 15 Pferdestärken und das Product: 500 bis 600 Kil. Anthracitpulver, 1000 Kil. Steinkohlenpulver, 1250 bis 1500 Kil. Quarzpulver, 1000 bis 1250 Kil. Schlackenpulver, 1750 bis 2000 Kil. Kalksteinpulver, 450 Kil. Knochenpulver und 50 Bushels = 27 1/2 Hektoliter = 2100 Kil. Weizenmehl. Mit noch größerem Kraftaufwande haben wir, sagt Dutton, in einer Minute 1 Bushel Weizen zu Mehl reducirt, welches feiner war als zwischen Mühlsteinen gemahlenes, und in derselben Zeit 3000 Kil. kalkhaltiges Kupfererz pulverisirt.

Dutton hat durch das Mikroskop den Grad der Zertheilung des so gelieferten Kohlenpulvers untersucht, und 19/20 desselben kleiner als 1/500 Zoll = 0,05 Millimeter gefunden, und kein einziges Stäubchen hatte mehr als 1/150 Zoll = 0,30 Millimet. Durchmesser.

Der Brennstoff wird in kleineren Stücken an der offenen Seite des Pulverisirapparates aufgegeben und dessen richtige Menge experimentell bestimmt. Zu diesem Zweck werden folgende Kriterien angegeben. Eine unzureichende Menge Brennstoff wird leicht dadurch erkannt, daß der Ofen nicht heiß genug geht. Ist hingegen die Menge desselben zu groß, so wird entweder das Pulver in zu grobem Zustande durch die Siebwand gehen, was im Ofen leicht bemerkbar ist, oder es wird der Apparat mehr Kraft beanspruchen und wenn solche nicht vorhanden, einen langsameren Gang annehmen.

Die durch die Pulverisirflügel mit dem Brennstoff hindurchgehende Luftmenge darf nur so groß seyn, daß bloß das feine Pulver angesogen wird, wie wir schon bemerkt haben, und was im Ofen leicht erkennbar ist. Dafür hat man den Vortheil, daß derjenige Luftantheil welchen man direct zum eigentlichen Ventilator treten läßt, vorgewärmt werden kann, wozu die aus dem Ofen in Menge abgehende Wärme alle Gelegenheit bietet und wodurch die schnelle Entzündung und die Verbrennung des Kohlenstaubes sehr befördert wird.

Um die Verbrennung des Kohlenstaubes einzuleiten, ist zwischen dem Ofen und dem Ventilator ein kleiner Gasgenerator angebracht, welcher stündlich 29 Pfund Anthracit verzehrt, und dessen Gase hinlänglich Wärme erzeugen um den Kohlenstaub sogleich zu entzünden, noch ehe er in den Ofen eintritt.

Es wird behauptet, daß bituminöse Kohle, als Staub verbrannt, bessere Resultate liefere als Anthracitstaub. Wahr ist, daß der dichtere |128| Anthracitstaub nothwendigerweise weniger schnell verbrennt als der Staub von bituminösen Kohlen; aber es ist sehr zu bezweifeln, daß ein sonst unter allen Umständen mehr Wärme producirendes Brennmaterial in diesem Falle eine wirkliche Ausnahme machen sollte. Ist zur Verbrennung des Anthracitstaubes mehr Zeit nothwendig, so besteht das einfache Mittel, diesem Uebelstande abzuhelfen, darin, daß man den Ofen länger und weniger breit macht, und dann durch einen stärkeren Zug im Kamin die Flamme mehr in die Länge streckt. Weitere Versuche und Erfahrungen werden in dieser Hinsicht wohl zum Ziele führen.

Die in Boston und in Woolwich erhaltenen Resultate kann ich nicht mit einander vergleichen, da in Boston der in Rede stehende Ofen nicht bloß zum Schweißen von fertigem Eisen verwendet wird, sondern 1/3 Gußeisen mit verpuddelt wird, was natürlich eine längere Zeit in Anspruch nimmt, als wenn das Eisen einfach auf Schweißhitze zu bringen ist.

Immerhin geben aber die Kohlenstaub-Oefen in Boston und Woolwich ökonomischere Resultate, als man sonst bei gewöhnlicher Feuerung selbst mit Hülfe von Gebläse erhält. Dutton gibt sich viele Mühe darzuthun, daß eine auch nur etwas höhere Ofentemperatur die Operation beschleunige und daher ökonomisch sey. Dagegen ist nichts einzuwenden, im Gegentheil ist es nur lobenswerth, die Techniker recht eindringlich auf dieses Verhalten und dieses bedeutende Mittel der Brennstoff-Ersparniß aufmerksam zu machen; ob aber diese höhere Temperatur des Ofens wirklich einer vollkommeneren Verbrennung zuzuschreiben sey, ist eine andere Frage, welche wir entschieden mit Nein beantworten müssen.

Trotz der angeführten Kriterien in Bezug auf richtige Brennstoff- und Luftmenge, ist doch keines derselben von der Art, daß sie eine vollkommene Verbrennung verbürgen. Zudem hat schon im Jahre 1844 Ebelmen gezeigt, daß die Verbrennungsproducte eines gewöhnlichen Schweißofens nur wenig unverbranntes Kohlenoxyd neben ebensowenig unverbrannter Luft enthalten, so daß also in diesem Falle die bessere Verbrennung nicht die erhaltene Oekonomie erklären kann, selbst dann nicht, wenn sie wirklich vollkommener wäre als in den alten gebräuchlichen Apparaten dieser Art, was aber kaum der Fall seyn wird.

Eine Brennstoff-Ersparniß die wohl auf 50 Procent zu schätzen ist, kann, wie Dutton richtig bemerkt, nur von einer erhöhten Ofentemperatur herrühren; aber diese höhere Temperatur wird dadurch verwirklicht, daß in der Zeit-Einheit eine größere Menge von Brennstoff verbrannt wird.

Die in der Zeit-Einheit verbrannte Brennstoffmenge hängt einerseits von der Kraft ab, welche zur Zuführung der Luft und zur Evacuation |129| der Verbrennungsproducte verwendbar ist, andererseits von den Widerständen welche diese Kraft zu überwinden hat.

Die Anwendung eines Ventilators, welcher einen Manometerdruck von 1/2 bis 1 1/2 Zoll Wassersäule gibt, ist schon an und für sich eine Kraft, welche unter den gegebenen Umständen einem Kamin von 47 bis 140 Fuß Höhe gleich kommt, denn bei einer Evacuationstemperatur von 1250° C. ist das specifische Gewicht der Gase = 0,17917 = s, die Druckhöhen in Luftsäulen sind = 39 und 115 Fuß = P, daher ist dann die entsprechende Kaminhöhe = h = P/(1 – s)

Wenn wir nun auch bei gewöhnlicher Feuerung eine solche Windpressung anwenden können, so wird der Erfolg dennoch nicht derselbe seyn, weil dann der Widerstand im Herde in einem quadratischen Verhältnisse größer wird, wodurch also ein Theil der Wirkung wieder aufgehoben wird.

In einem früheren Aufsatze im Jahrgang 1866 dieses Journals, Bd. CLXXXI S. 81, haben wir gezeigt, daß selbst ohne Gebläse der Widerstand welchen die Brennstoffschicht im Herde darbietet, je nach der Höhe derselben und der Größe der Brennstoffstücke, zwischen 30 und 50 Procent der disponiblen Kraft schwankt; würde nun ein Gebläse angewandt, so müßte nicht nur die Brennstoffschicht entsprechend höher werden, sondern es würde auch die Temperatur der Verbrennungsproducte so gesteigert, daß der Widerstand sehr bedeutend erhöht würde, daher das Gebläse nur einen unerheblichen Mehrconsum in derselben Zeit-Einheit zu Stande bringen könnte.

Wird hingegen der Widerstand des Herdes durch die Verbrennung von Staubkohle beseitigt, so würde selbst ohne Gebläse, wenn dieß möglich wäre, der Consum bei gleicher Zugkraft des Kamines sich bedeutend steigern müssen.

Durch Vermehrung des Consums in der Zeit-Einheit wird zwar allerdings der Widerstand im Ofen selbst erhöht; diese Erhöhung kann aber kaum in Betracht kommen, weil sie verschwindend klein ist gegenüber der Ersparniß an Widerstand im wegfallenden Herde und dem Zuwachse an disponibler Kraft durch das Gebläse.

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