Titel: Ehrhardt, über die Dampfproduction bei stationären Kesselanlagen.
Autor: Ehrhardt, L.
Fundstelle: 1876, Band 220 (S. 555–560)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj220/ar220134

 Ueber die Dampfproduction bei stationären Kesselanlagen; von L. Ehrhardt.

An eine gute Kesselanlage sind folgende Anforderungen zu stellen: I) die Anlage muß zweckentsprechend und dauerhaft sein; II) dieselbe muß möglichst viel trockenen Dampf mit dem geringsten Aufwande von Brennmaterial, Bedienungsarbeit und Kapitalanlage liefern.

Um den Anforderungen des Satzes I nachzukommen, muß die Anlage in allen Theilen der Oertlichkeit und den speciellen Verhältnissen, unter denen sie functioniren soll, angepaßt sein. Es müssen die Eigenschaften des Speisewassers und des Brennmaterials berücksichtigt, die Höhe der Dampfspannung, die Größe der Kesselanlage und die einzelnen Dimensionen der Kessel richtig gewählt sein.

Die Eigenschaften des Speisewassers und des Brennmaterials bestimmen hauptsächlich die Wahl des Kesselsystems. Reines Bachwasser, welches wenig oder gar keinen Kesselstein absetzt, läßt manche Constructionen ganz zweckmäßig erscheinen, welche bei kesselsteinhaltigem Wasser absolut unzulässig sind. In diesem letztern Falle muß hauptsächlich darauf gesehen werden, daß das Innere des Kessels leicht zugänglich ist und überall vom Kesselstein gereinigt werden kann. Die Eigenschaften des Brennmaterials bestimmen in erster Linie die Form und Größe des Rostes und des Feuerherdes. Hiervon hängt aber mehr oder weniger die Form und Construction des ganzen Kessels ab. Je geringer z. B. die Heizkraft des Brennmaterials im Vergleich mit dem Volum desselben ist, um so weniger eignet es sich für Kessel mit innerer Feuerung, während für gute Steinkohlen derartige Kessel unbedingt den Vorzug verdienen. Bei der Bestimmung der Höhe des Dampfdruckes, für welchen der Kessel gebaut werden soll, ist die zulässige Dampfspannung möglichst hoch anzunehmen.

Um die Größe der Kesselanlagen richtig bestimmen zu können, soll der stündliche Wasserverbrauch, welcher nothwendig ist, um die vom Kessel verlangte Leistung |556| zu erzielen, bekannt sein. In zweifelhaften Fällen macht man natürl ch die Anlagen besser zu groß als zu klein. Wo es thunlich ist, soll man auch nicht den ganzen Geschäftsbetrieb von einem einzigen Kessel abhängig machen. Sobald der stündliche Kohlenverbrauch 60k und der Wasserverbrauch 400l überschreitet, oder sobald die Heizfläche mehr als 32qm beträgt, ist es unbedingt anzurathen, zwei gleich große selbständige Kessel anzulegen, von denen jeder etwas mehr als die halbe Leistungsfähigkeit hat. Man kann dann den einen putzen und repariren, während der andere im Betriebe ist, hat also nicht leicht einen vollständigen Stillstand des Geschäftsbetriebes zu fürchten.

Die einzelnen Kesseldimensionen müssen so gewählt werden, daß der Kessel in allen Theilen von innen gut befahren und gereinigt werden kann. Ebenso sollen die umhüllenden Zugcanäle gut zu reinigen sein und, wenn auch nicht befahrbar, doch so eingerichtet werden, daß man mittels eines durch die Putzöffnung eingeschobenen Lichtes diese Canäle, sowie die darin liegenden Kesseloberflächen überall besichtigen kann. Diesen Anforderungen entsprechen im Allgemeinen kurze und weite Kessel viel besser als solche mit langgestreckten und engen Formen. Kein Siederohr oder Vorwärmer soll weniger als 450mm Durchmesser haben. Längere Vorwärmer sollen wenigstens einen Durchmesser von 550mm erhalten, wo möglich an beiden Enden durch die Einmauerung vorstehen und dort mit Mannlöchern versehen sein. Bei Kesseln mit innerer Feuerung ist sehr darauf zu sehen, daß der Hohlraum zwischen Feuerrohr und Außenkessel gut befahrbar ist und überall gereinigt werden kann. Es verlangt dies zwar sehr große Durchmesser der Außenkessel, und die Kessel werden schwerer und theurer als solche mit engem Zwischenraum; dafür sind die weiten Kessel aber auch leichter solid auszuführen, die Wirkungen der verschiedenen Ausdehnungen sind weniger nachtheilig, und die Kessel sind dauerhafter und leichter zu repariren. Ein Kessel, der allen Anforderungen entsprechen soll, kann in der Anschaffung unmöglich der wohlfeilste sein; es muß eben bei der Anschaffung mehr auf die Qualität des Kessels als auf niedrigen Preis gesehen werden. Der Mindestfordernde wird wohl selten Vorzügliches liefern, und wenn irgendwo, so gilt es hier, daß schlechte Waare um jeden Preis zu theuer ist.

Obwohl alle bisher besprochenen Punkte von größter Wichtigkeit sind, so wird doch außerordentlich häufig dagegen verstoßen. In den meisten Fällen weiß und prüft der Besteller nicht genug, was er wirklich braucht. Er verlangt vom Kesselfabrikanten Auskunft über Sachen, die er eigentlich dem Fabrikanten als Anhaltspunkt geben müßte; und schließlich kümmern sich beide Theile mehr oder weniger nur um die Anforderungen des II Satzes: Großer absoluter und ökonomischer Effect bei geringem Aufwande an Brennmaterial, Bedienungsarbeiten und Kapitalanlage.

Um diesen Anforderungen entsprechend eine möglichst hohe Nutzleistung zu erzielen, muß 1) aus dem Brennmaterial möglichst viel Wärme entwickelt, und 2) diese Wärme vom Kessel möglichst vollständig aufgenommen und zur Dampfbildung verwendet werden.

Die Entwicklung der größten Wärmemenge aus einem gegebenen Quantum Brennmaterial ist offenbar das Erste und Wichtigste. Nur wenn viel Wärme entwickelt wird, kann der Kessel viel Wärme aufnehmen; wenn die Wärmeproduction mangelhaft war, muß auch die Dampfbildung mangelhaft sein. Darauf wird aber merkwürdigerweise allgemein so wenig geachtet, daß ein Kessel nur nach der Größe und Form seiner Heizfläche taxirt und verkauft wird.

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Um dieser ersten Bedingung nachzukommen, müssen der Verbrennungsraum und der Rost der Natur des Brennmaterials angepaßt und das Feuer richtig bedient werden.

Wie nun Verbrennungsraum und Rost beschaffen sein und wie das Feuer bedient werden muß, soll zunächst durch eine Untersuchung theoretischer Natur erläutert werden.

Es werden entwickelt bei der Verbrennung von 1k Kohlenstoff zu Kohlenoxyd 2473c, zu Kohlensäure 8080c. Ist die Kohlenschicht auf einem Roste zu hoch, so bildet die zuströmende Luft unten Kohlensäure. Indem dieses Gas durch die höher lagernden glühenden Kohlen aufsteigt, wird es zu Kohlenoxyd reducirt, und dabei werden 5607c von den zuvor erzeugten 8080c wieder gebunden. Für die Erzielung des höchsten calorischen Effectes ist demnach die Entstehung von Kohlenoxyd zu vermeiden. Reducirt man die Höhe der Brennmaterialschicht auf dem Roste bis auf 3 bis 5cm Höhe, so genügt bei einem feinstabigen Roste schon mäßiger Zug, um eine vollständige Verbrennung zu bewirken.

Das Maximum der Temperatur werden die Verbrennungsproducte erreichen, wenn gerade so viel Luft zuströmt, als erforderlich ist, um nur Kohlensäure und Stickstoff in den abziehenden Gasen zu haben.

Strömt zu viel Luft zu, so wird allerdings eine vollständige Verbrennung stattfinden, aber es wird viel überschüssige Luft mit erwärmt, daher die Gesammtwärme auf ein viel größeres Gasquantum vertheilt, und so die Temperatur desselben erniedrigt. Ein größeres Gasquantum von niedriger Temperatur verlangt aber eine viel größere Heizfläche zur Ausnützung seiner Wärme als ein geringeres mit derselben absoluten Wärmemenge.

Eine geringe Gasmenge mit möglichst hoher Anfangstemperatur und eine möglichst vollständige Verbrennung wird man in der Praxis durch große Rostflächen mit dünner Beschickung und einem mäßigen Luftzuge erreichen. Die Heizfläche braucht dann nur klein zu sein, und doch wird eine vollständige Ausnützung der Wärme stattfinden.

Es wird diese Verbrennung zwar nicht rauchfrei sein, sie ist aber doch vortheilhafter, als wenn man zur Erzielung rauchfreier Verbrennung hastigen Zug, also übergroßen Luftzutritt anwendet.

Noch irrationeller sind kleine Roste mit dicker Beschickung. Man sieht häufig Dampfkesselfeuerungen mit 15 bis 20cm hoher Beschickung. Hierbei wird allerdings stets scharfer Zug angewendet, weil nur dadurch eine einigermaßen günstige Wirkung erzielt werden kann. Die reichliche Bildung von Kohlenoxyd ist unvermeidlich und also auch hier die Menge der Verbrennungsgase groß und ihre Anfangstemperatur niedrig. Ein solches Feuer wird auch stets mehr rauchen als ein Feuer mit mäßigem Zuge, großer Rostfläche und dünner Beschickung, weil viel mehr kleine Kohlenpartikel Mechanisch durch den heftigen Zug fortgeführt werden. Bei Steinkohlenbrand vermindert dieser Rauch den Werth der Heizfläche durch Berußung ganz außerordentlich.

Nach ältern in England ausgeführten Versuchen sind zur richtigen Verbrennung von 100 Pfd. guter englischer Dampfkesselkohle pro Stunde 0qm,9 Rostfläche nöthig. Vorgewärmtes Speisewasser von 80 bis 90° vorausgesetzt, genügen bei richtiger Anordnung des Kessels 20 × 0,9 = 18qm Heizfläche vollständig, um die durch den Kessel auszunützende Wärme aufzunehmen.

Zur Speisung des eigentlichen Dampfkessels soll nur auf mindestens 80° vorgewärmtes Wasser verwendet werden. Wo dieses Vorwärmen durch abziehende Dämpfe |558| bewerkstelligt wird, ist dafür zu sorgen, daß nicht eine directe Berührung zwische Dampf und Speisewasser stattfindet und das im Dampfe enthaltene Oel das Speisewasser verunreinigt.

Sind keine abziehenden Dämpfe verfügbar, so müssen die vom Kessel abziehenden Verbrennungsgase zum Vorwärmen benützt werden; aber der Vorwärmer muß möglichst selbstständig und vom Kessel durch Speiseventile getrennt sein.

An Vorwärmfläche genügt das Fünffache der Rostfläche in den meisten Fällen vollständig, um das Speisewasser genügend vorzubereiten und den abziehenden Verbrennungsgasen die noch ausnützbare Wärme zu entziehen.

Da ich den Vorwärmer nicht als Kesseltheil betrachte, so rechne ich die Vorwärmfläche nie zur Heizfläche des Kessels. Mit einer Heizfläche von 18qm hat man durch die eine Stunde dauernde Verbrennung von 100 Pfd. bester englischer Dampfkesselkohle auf einer Rostfläche von 0qm,9 eine Dampfproduction von 850 Pfd., also pro Quadratmeter Heizfläche 47,2 Pfd.

Nach meinen eigenen Erfahrungen beträgt die Dampfproduction durch die einstündige Verbrennung von 100 Pfd. Saarkohlen auf 1qm Rostfläche mit einer Heizfläche von 22qm 700 Pfd., d. h. 31,8 Pfd. Dampf pro Stunde und pro Quadratmeter Heizfläche.

Für staubförmige Kohle oder Gemenge von Sägemehl mit Grieskohle oder für Braunkohle hat man zur einstündigen Verbrennung von 100 Pfd. eine Rostfläche von 1qm,40 nöthig und producirt unter Anwendung einer Heizfläche von 39qm,2 400 Pfd. Dampf, also 10,2 Pfd. pro Quadratmeter und Stunde.

Die mitgetheilten Zahlenwerthe zeigen, wie verschiedenartig je nach der Wahl des Brennmaterials eine Kesselanlage ausfallen muß, und wie Qualität des Brennmaterials und Kapitalanlage sich gegenüber stehen. Gutes Brennmaterial — geringe Kapitalanlage, schlechtes Brennmaterial — hohe Kapitalanlage.

Ich habe gezeigt, daß große Rostflächen mit dünner Beschickung bessere Resultate geben als kleine Kostflächen mit starker Beschickung. Die gleichmäßige Beschickung einer großen Rostfläche in dünner Schicht verlangt aber einen geschickten und geübten Heizer, wenn das Feuer nicht stellenweise erlöschen und durch nnbedeckte Roststellen kalte Luft einströmen soll. Dadurch erklärt sich, daß bei den großen öffentlichen Versuchen, bei denen die verschiedenen Heizer unter sich, und die einzelnen Kesselsysteme in Concurrenz standen, sehr geübte Heizer mit einfachen und wohlfeilen, aber in richtigen Verhältnissen angelegten Kesseln, mit gleichem Brennmaterial mehr oder mindestens ebenso viel Dampf producirten, als weniger geübte Heizer mit den vollkommensten Kesseln fertig zu bringen im Stande waren. Nicht Jeder, der Feuer machen kann, ist deshalb schon ein Kesselwärter. Einem ungeübten Tagelöhner gegenüber kann ein geschulter Heizer ganz gut 25 Proc. Brennmaterial sparen.

Aber darauf wird gewöhnlich so gut wie gar nicht gesehen. Ja, viele Industrielle verwerfen sogar jedes Kesselsystem, welches verständige Wartung verlangt, also nicht von jedem Taglöhner bedient werden kann.

Die Größe der Rostfläche ist nur dadurch begrenzt, daß der Heizer schließlich nicht mehr im Stande ist, mit dem Quantum Kohlen, welches verbrannt werden darf, den Rost vollständig bedeckt zu erhalten; denn würde er mehr Kohlen aufwerfen, so würde zu viel Dampf produciren und die Sicherheitsventile würden abblasen.

Die Rostfläche eines Feuerherdes darf nie so groß genommen werden, daß der Rost unbequem zu bedienen ist; es ist in solchem Falle besser, die nöthige Rostfläche auf zwei Roste in zwei Verbrennungsräumen zu vertheilen.

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Eine weitere Bedingung zur Erzielung ökonomischer Resultate ist eine häufige und sorgfältige Reinigung der Kesseloberfläche und der Züge von Ruß und Flugasche und des Kesselinnern vom Kesselstein.

In seinem bekannten Buche behauptet v. Reiche S. 38, daß Bleche, welche stärker als 12mm sind, die Wärme sehr schlecht leiten, während solche von 10mm Dicke und darunter gute Dienste leisten. Hieraus folgert er die Regel: Die Blechdicke der Kessel (soweit sie die Heizfläche bilden) soll unter keinen Umständen größer als 12 bis 13mm, nur in Ausnahmfällen größer als 10mm für normale Verhältnisse stets kleiner sein.

Diese Vorstellung vom Einflusse der Stärke der Kesselwand stützt sich nicht auf Thatsachen, sondern auf die bekannten Formeln Redtenbacher's. Gerade aus dessen Abhandlungen aber läßt sich zeigen, daß den Widerständen gegenüber, welche die Kesseloberflächen der Wärme bei ihrem Eintritt und Austritt schaffen, die Widerstände, welche größere oder geringere Wandstärken der einmal in das Metall eingedrungenen Wärme bieten, vollständig verschwinden. Mit andern Worten: Das Wärmetransmissionsvermögen der Kesselwände hängt lediglich von der Beschaffenheit der Oberfläche, nicht aber von der Dicke der Wand ab. Die Stärke der Kesselwände hat nur Einfluß auf die Dauer des Anheizens. Wenn einmal die Wärme durch die berußte Oberfläche von den Verbrennungsgasen in das Blech eingedrungen ist, wird sie nicht durch eine größere oder geringere Metallstärke zurückgehalten, sondern durch die Incrustation auf der Innenseite des Kessels. Eine Kesselsteinschicht von 10mm Dicke leistet der Wärme viel mehr Widerstand als eine Blechwand von 10cm Dicke. Eine ganz rein metallische Kesselwand wird auf ihren beiden Oberflächen stets dieselbe Temperatur zeigen, gleichviel, ob sie 10 oder 50mm dick ist.

Berußte oder mit Flugasche bedeckte Kesselwände nehmen sehr viel weniger Wärme auf als reine Wandungen. Liegt die Flugasche 10 bis 15cm hoch auf, so hört überhaupt alle Wärmeübertragung auf die Kesselwand auf.

Bei stationären, fortwährend im Betriebe befindlichen Kesseln spielt die Wandstärke in Bezug auf die Wärmeübertragung keine Rolle.

Der Dampfraum soll so groß und so angeordnet sein, daß der abziehende Dampf kein Wasser mitreißt; denn alle Wärme, welche nothwendig war, um das fortgerissene Wasser auf die Dampftemperatur zu bringen, ist beinahe vollständig verloren. Zudem ist dieses mitgerissene Wasser bei der Verwendung des Dampfes sehr häufig die Ursache großer Unannehmlichkeiten.

Aus dem Vorhergehenden folgt, daß es kein absolut bestes Kesselsystem geben kann. Jede wirklich gute Kesselanlage ist nur unter den Umständen, unter welchen sie functionirt, gut.

Um dies an einem bestimmten Kessel zu erörtern, wähle ich ein Object der Wiener Ausstellung, den Röhrenkessel von Paucksch und Freund.

In ihrer Broschüre, auf welche wir hier verweisen müssen, stellen die Genannten folgende zwei Sätze auf:

„1) Je mehr ein Kessel Fläche besitzt, die vom Feuer berührt wird, bevor dasselbe in den Schornstein geht, desto mehr wird das Feuer, mithin das verwendete Brennmaterial, ausgenützt.

2) Je dünner die Kesselwände sind, auf welche das Feuer einwirkt, um so schneller geht die Dampfentwicklung vor sich, was abermals eine Brennmaterialersparniß bedingt.“

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Es fragt sich, ob die Brennmaterialersparniß so viel beträgt, als die zur übermäßigen Vergrößerung der Heizfläche aufzuwendende Kapitalanlage für die Verzinsung beansprucht. Schneller wird die Dampfentwicklung allerdings erfolgen; ob dies aber bei continuirlichem Betriebe eine Brennmaterialersparniß zur Folge hat, ist doch sehr fraglich.

Die genannte Firma behauptet ferner, daß ihre Construction ein Drittel weniger Brennmaterial verbraucht als alle bis heut bekannt gewordenen Constructionen stationärer Dampfkessel.

Diese Behauptung befremdet, wenn man weiß, daß das Maximum des ökonomischen Effectes bei jedem Kessel nur mit einem bestimmten Brennmaterial erreichbar ist. Mit 1 Pfd. Waldenburger Kleinkohle werden 8,15 Pfd., mit 1 Pfd. Stückkohle 9,7 Pfd. Wasser aus dem Kessel entfernt. Daß dieses Resultat wirklich ein so günstiges ist, muß ich verneinen. Die Experimentatoren wollen ein Mitreißen von Wasser nicht annehmen, haben aber keine Thatsache zur Stütze ihrer Meinung anzuführen. Nur dann ist das Verhältniß 1 : 8,15 und 1 : 9,7 erklärbar, wenn man daran denkt, daß der Dampf sehr naß gewesen sein muß.

Die Kesselconstruction von Paucksch und Freund ist eine ganz vorzügliche für das geeignete Brennmaterial, z. B. für erdige Braunkohlen. Man erhält unter diesen Umständen große Mengen Heizgas von niedriger Temperatur, welche wenig Ruß absetzen, und denen die Wärme durch die sehr große Heizfläche (die Heizfläche verhält sich zur Rostfläche wie 1355 : 25) aufs Beste entzogen wird. Bei genügend reinem Wasser und häufiger Reinigung der Röhren wird der Nutzeffect ein vorzüglicher sein.

Jedenfalls ist der Dampf aber naß, und er wird immer nässer, je besseres Brennmaterial man anwendet. Denkt man sich z. B. den Rost mit englischer Steinkohle beschickt, so ist die Wirkung der strahlenden Wärme sehr groß und die Heizgase haben eine hohe Temperatur. In Folge der übergroßen Heizfläche des Wassers im Kessel bewirkt die starke Dampfentwicklung ein andauerndes heftiges Aufwallen der Flüssigkeit und somit die Bildung eines sehr nassen Dampfes. (Nach der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1875 S. 248.)

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