Titel: F. Fischer, über einen Verdampfungsversuch.
Autor: Fischer, Ferd.
Fundstelle: 1883, Band 250 (S. 72–79)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj250/ar250029

Ein Verdampfungsversuch; von Ferd. Fischer.

Mit Abbildungen auf Tafel 11.

Im Anschlüsse an die früheren Mittheilungen über Dampfkesselfeuerungen (vgl. 1882 245 357) soll in Nachfolgendem über einen vergleichenden Verdampfungsversuch berichtet werden, bei welchem die HH. Oberingenieure Böcking in Düsseldorf und Vogt in Barmen die eigentliche Verdampfungszahl, d.h. die Menge der verbrannten Kohle und des verdampften Wassers feststellten, während dem Verfasser die Untersuchung der Verbrennungsgase, der Kohlen, Schlacken u.s.w. zufiel.

Der zuerst untersuchte, so genannte „Seitrohrkessel“ von Schultz, Knaudt und Comp. in Essen, dessen nähere Ausführung aus Fig. 1 bis 3 Taf. 11 zu entnehmen ist, besitzt ein sehr weites Flammrohr aus Wellblech (vgl. 1881 239 * 256 und Parker 1883 249 9), welches seitlich excentrisch eingebaut ist, um leichtere Reinigung und lebhafteren Wasserumlauf zu erzielen. Der darauf auf Zeche Hoffnung untersuchte Kessel (Fig. 4 und 5 Taf. 11) ist ein gewöhnlicher Lancashirekessel mit 2 glatten Feuerrohren. Die Heizfläche beträgt bei beiden Kesseln 86qm, die Rostfläche des Zweiflammrohrkessels ist 2qm,8, während der Wellrohrkessel bei den Versuchen vom 5. und 6. Juli nur 1qm,9 Heizfläche besaſs, welche sodann bei den Versuchen vom 3. und 4. August auf 2qm,4 vergröſsert worden war.

Bei dem am 3. August ausgeführten Versuche wurden von Morgens 8 Uhr 45 Min. bis Abends 6 Uhr 45 Min., also in 10 Stunden, wie aus Tabelle 1 zu entnehmen, 2782k Kohlen von der Zeche Sälzer und Neuack verbrannt. 4 kleine Durchschnittsproben von je etwa 50g ergaben:

Wasser 2,90 2,95 2,69 3,17
Asche 8,91 5,01 6,59 4,75.

Die während des ganzen Versuches genommene Durchschnittsprobe gab bei der sogen. Immediatanalyse (vgl. Gruner 1874 213 73):

Wasser 1,09
Asche 6,69
Asche freie Kokes 72,11
Flüchtige Stoffe 20,11
–––––––
100,00.

Die bei 110° im Stickstoffstrome getrocknete Probe bestand aus:

Kohlenstoff 82,09
Wasserstoff 4,21
Stickstoff 1,26
Schwefel, flüchtig 0,91
Sauerstoff 4,56
Asche 6,97
––––––
100,00.

Bei der Entnahme und der Zerkleinerung der groſsen Durchschnittsprobe ist somit erheblich Wasser verdunstet und wird man nach den Einzelproben annehmen dürfen, daſs die Kohle mit 3 Proc. Feuchtigkeit verfeuert ist. Dieselbe hatte dann folgende Zusammensetzung:

|73|
Kohlenstoff 79,63
Wasserstoff 4,08
Stickstoff 1,22
Schwefel 0,88
Sauerstoff 4,43
Wasser 3,00
Asche 6,76
––––––
100,00.

Nach der Dulong'schen Formel entspricht diese einem Brennwerthe von , bezogen auf Wasserdampf von 20° als Verbrennungsproduct.

Die abziehenden Verbrennungsgase wurden alle 10 Minuten, zu Anfang, Mitte und Ende des Versuches aber je 1 Stunde alle 5 Minuten untersucht, zur besseren Beurtheilung der vorkommenden Schwankungen. Die Durchschnittswerthe dieser 6 oder 12 Analysen sind in Tabelle 1 mit den

Tabelle 1.

Stunde d. Versuches Wasser Abgewogene
Kohle
Rauchgasuntersuchung Zugstärke


Bemerkungen

Menge
Tempera-
tur
Kohlen-
säure
Kohlen-
oxyd
Sauerstoff Tempera-
tur
k k. Proc. Proc. Proc. mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2670,0
2640,3
2329,2
2674,5
2420,1
2257,3
2453,1
2142,6
2535,0
1988,3
18°
18
18
17,7
17,9
18
18
18
18
18
262
310
280
265
310
280
310
255
210
300
15,9
15,6
15,0
14,3
14,9
13,2
13,0
14,8
13,9
14,1
0
0


Spur
Spur
0
0

3,1
3,5
4,2
4,8
4,1
5,9
5,9
4,4
5,0
5,1
395
398
400
401
396
391
398
402
390
404
9
9
10
10
9
9
9
10
7
9



Abgeschlackt.

Abgeschlackt.
Feuer gereinigt.

Abgeschlackt.
Feuer gereinigt.
24110,4 17,96 2782 14,47 4,6 398

stündlich verbrannten Kohlen und verdampften Wassermengen zusammengestellt. Die Temperatur wurde, da das Quecksilberthermometer nicht ausreichte, mit einem vor und nach dem Versuche genau controlirten Graphitpyrometer bestimmt. Der Wärmeverlust durch die höhere Temperatur der Verbrennungsgase beträgt somit bei 23° und 80 Proc. Feuchtigkeit der Verbrennungsluft für je 1k Kohle:

375 × Sp. W. Wärmeverlust
Kohlensäure 1,390cbm 178,1 248c
Sauerstoff 0,442 116,6 52
Stickstoff 7,774 114,7 892
Wasserdampf 0,554k 180,2 99
––––––
1291c.

Die Ruſsbildung war so gering, daſs sie vernachlässigt werden kann. Von Zeit zu Zeit eingeschmolzene und im Laboratorium untersuchte |74| Proben ergaben höchstens Spuren unverbrannter Gase. Von den Kohlen wurden 7k Schiefer mit 35,5 Proc. Kohlenstoff zurückgelegt, vom Roste 101k Asche mit 54,8 Proc. und 133k Schlacke mit 54,0 Proc. Kohlenstoff entfernt, entsprechend 129k Kohlenstoff oder für 1k Kohle 0k,0463 Kohlenstoff mit einem Brennwerthe von 375c. Wasser wurde nicht mit übergerissen, wie die mehrfach ausgeführte Untersuchung des Dampfes mit Silbernitrat ergab.

Der am folgenden Tage von 6 Uhr 5 Min. bis 5 Uhr 50 Min. ausgeführte Versuch ergab die in Tabelle 2 zusammengestellten Resultate.

Tabelle 2.

Stunde des Ver-
suches
Wasser

Kohle
Rauchgasuntersuch. Zugstärke

Bemerkungen

Menge
Tempera-
tur
Kohlen-
säure
Sauerstoff Tempera-
tur
k k Proc. Proc. mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11¾
2135,6
2641,1
2377,0
2673,4
2104,0
2377,6
2056,7
2482,6
2220,4
2436,2
2550,2
2185,7
18,3
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
240
320
285
285
260
260
285
265
260
290
360
180
16,4
15,7
14,9
13,6
14,8
15,3
14,6
14,2
16,1
13,2
15,4
15,5
2,7
3,5
4,2
5,5
4,2
3,7
4,6
5,0
3,0
6,1
3,8
3,6
421
432
429
420
424
429
422
430
432
427
431
429
8
10
9
9
9
8
9
10
9
7
9
8



Abgeschlackt u. gereinigt.



Abgeschlackt.

Feuer gereinigt.


28240,5 18 3290 15,0 4,2 427

Auch hier wurden die Gase stündlich 6mal, in der ersten, sechsten und letzten Stunde aber alle 5 Minuten untersucht, so daſs während des ganzen Versuches in 90 Proben Kohlensäure und Sauerstoff bestimmt wurden. In der ersten Stunde schwankte der Kohlensäuregehalt nur von 14,7 bis 17,3, in der Mitte von 13,4 bis 15,8, in der letzten Stunde von 14,4 bis 17,1; nur während des Abschlackens fiel derselbe auf 8,3 Proc., sonst während des ganzen Versuches nicht unter 13,1 Proc. Bei einem guten Heizer sind daher die Schwankungen in der Zusammensetzung der Rauchgase nicht bedeutend, so daſs man aus den 90 Analysen wohl einen der Wirklichkeit entsprechenden Mittelwerth wird ableiten können.

Die Untersuchung der kleineren Kohlenproben ergab:

Wasser 2,84 3,08 3,01 3,08
Asche 2,62 8,90 4,51 8,06.

Die in den ersten und letzten 6 Stunden genommenen gröſseren Durchschnittsproben ergaben:

|75|
I II
Wasser 1,28 1,13
Asche freie Kokes 72,12 72,24
Asche 5,65 6,10
Flüchtige Stoffe 20,95 20,53
–––––– ––––––
100,00 100,00.

Die Kohle, berechnet auf 3 Proc. Wassergehalt, hatte folgende Zusammensetzung:

I II Mittel
Kohlenstoff 79,95 78,94 79,45
Wasserstoff 4,34 4,46 4,40
Stickstoff 0,91 1,09 1,00
Schwefel, flüchtig. 0,56 0,88 0,72
Sauerstoff 5,82 5,18 5,50
Wasser 3,00 3,00 3,00
Asche 5,42 6,45 5,93
–––––– –––––– ––––––
100,00 100,00 100,00

entsprechend einem Brennwerthe von 7504c. Die Luft im Kesselhause hatte im Durchschnitte 22° und 85 Proc. Feuchtigkeitsgehalt. Die Rauchgase enthielten trotz des hohen Kohlensäuregehaltes höchstens Spuren von Kohlenoxyd, ein Umstand, welcher auſser der Geschicklichkeit des Heizers und der guten Kohle wesentlich dem weiten Flammrohre zu verdanken ist, in welchem sich die Gase vollständiger mischen und vereinigen können als in den engen Rohren eines gewöhnlichen Zweiflammrohrkessels. Der Wärmeverlust durch die Rauchgase beträgt somit:

1k Kohle gibt 405 × Sp. W. Wärmeverlust
Kohlensäure 1,363cbm 124 265c
Sauerstoff 0,381 126 48
Stickstoff 7,342 124 910
Wasserdampf 0,570 194 110
–––––––
1333c.

Als Rückstände ergaben sich 10k Schiefer mit 20,1 Proc., 170k Asche mit 58,04 Proc. und 168k Schlacke mit 55,5 Proc. Kohlenstoff oder für je 1k Kohle 0k,0595, entsprechend 482c.

Ein am 5. Juli auf gleiche Weise und mit demselben Kessel, nur unter Anwendung eines kleineren Rostes (vgl. die punktirte Lage der Feuerbrücke in Fig. 1 Taf. 11) durchgeführter Versuch lieferte in 10 Stunden 20 Minuten und ein gleicher am folgenden Tage in 11 Stunden 55 Minuten die in Tabelle 4 mit den übrigen zusammengestellten Resultate. Die Einzelproben der verwendeten Kohlen ergaben:

5. Juli 6. Juli
Wasser 3,81 3,32 3,21 2,74 3,19 3,10
Asche 9,91 4,35 5,97 7,56 6,98 8,11.

Die Hauptproben lieferten bei der Immediatanalyse:

V VI
Wasser 1,42 1,50
Asche 6,38 6,00
Asche freie Kokes 72,30 71,52
Flüchtige Stoffe 19,90 20,98
–––––– ––––––
100,00 100,00.
|76|

Tabelle 3.

Stunde des Ver-
suches
Wasser

Kohle
Rauchgasuntersuch. Zugstärke

Bemerkungen

Menge
Tempera-
tur
Kohlen-
säure
Sauerstoff Tempera-
tur
k k Proc. Proc. mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2316,3
2196,7
2264,7
2446,5
2098,4
1089,8
2200,5
2000,9
2670,1
2268,2
1660,3
1801,9
47,5
48,6
38,8
23,8
20,25
19,66
21,9
36,75
43,75
46,2
47,2
47,5
175
220
205
250
250
300
240
260
300
250
250
200
14,4
13,9
13,2
9,8
12,1
11,2
10,0
12,1
14,2
13,0
9,1
11,3
4,6
5,2
6,0
10,0
7,2
8,0
9,5
7,2
5,1
6,6
10,9
8,2
396
392
400
410
422
410
390
401
402
390
384
400
10
9
10
10
10
9
9
8
8
7
6
9



Abgeschlackt.


Feuer gereinigt.



Feuer gereinigt.
25014,3 37,4 2900 12,0 7,4 400

Tabelle 4.

Wellrohrkessel Zweiflammrohr-
kessel
5. Juli 6. Juli 3. August 4. August 19. Juli 20. Juli
Dauer des Ver-
suches Min.

620

715

600

705

600

720
Wasser ver-
dampft k

23174

25902

24110

28241

19945

25014
Mittl. Tempera-
tur desselben

18,1

18,8

18,0

18,0

32,1

37,4
Mittlerer Dampf-
druck at

3,5

3,18

3,02

3,18

2,84

2,87
Wasser auf 1qm
Heizfläche k

27,6

26,6

29,5

29,5

23,9

24,7
Kohle auf 1qm
Rost

127,5

123,8

116,0

116,6

87,5

86,3
Kohlenverbrauch 2548 2804 2782 3290 2450 2900
1k Kohle verd.
Wasser v. 600c

9,604

9,724

9,13

9,054

8,384

8,806
Asche, Schlacke
und Schiefer

163

174

241

348

367

357
Theoret. Brenn-
werth d. Kohle c

7505

7364

7471

7504


7235
Davon durch d.
Wasser aufge-
nommen c


5762


5834


5478


5432


5030


5284
Verlust durch
Rauchgase c

1660

1310

1291

1333


1492
Verlust durch
Herdrückst c

146

162

375

482

408

279

Auf den Wassergehalt der Einzelproben berechnet, hatten die Durchschnittsproben folgende Zusammensetzung:

|77|
V VI
Kohlenstoff 80,01 78,29
Wasserstoff 4,16 4,24
Stickstoff 4,02 0,94
Sauerstoff 4,62 5,92
Schwefel, flüchtig 0,59 1,32
Wasser 3,44 3,01
Asche 6,16 6,28
–––––– ––––––
100,00 100,00.

Die Untersuchung der Rauchgase ergab am ersten Tage im Durchschnitte 11,1 Proc. Kohlensäure und 8,5 Proc. Sauerstoff bei 399°, am zweiten 13,8 Proc. Kohlensäure und 5,5 Proc. Sauerstoff bei 396°. Die Zugstärke entsprach am ersten Tage 13 bis 19mm bei 0qm,19 freier Schieberöffnung, am zweiten 14 bis 16mm Wassersäule bei 0qm,16 freier Schieberöffnung. Die Temperatur am Ende des Flammrohres, mittels Calorimeters gemessen, betrug 629 bis 635°. Die abgefahrenen Schlacken und Aschen enthielten für je 1k Kohlen nur 0,018 bezieh. 0k,020 Kohlenstoff, entsprechend 146 bezieh. 162c Wärmeverlust.

Bei der Untersuchung eines Zweiflammrohrkessels auf der Zeche Hoffnung in Essen am 20. Juli von 5 Uhr 45 Min. Morgens bis dahin Abends ergab die in Tabelle 3 zusammengestellten Resultate. Die Einzelproben der Kohlen enthielten:

Wasser 3,41 3,02 3,11 2,98
Asche 13,12 11,09 8,91 7,09.

Berechnet auf den durchschnittlichen Wassergehalt von 3,13 Proc., bestand die groſse Durchschnittsprobe aus:

Kohlenstoff 76,01
Wasserstoff 4,26
Stickstoff 1,01
Sauerstoff 4,42
Schwefel 1,21
Wasser 3,13
Asche 9,96
––––––
100,00

entsprechend einem Brennwerthe von 7235c. Die Immediatanalyse ergab:

Wasser 1,67
Asche 10,00
Asche freie Kokes 69,63
Flüchtige Stoffe 18,70.

Die entfernten 5k Schiefer, 206k Asche und 146k Schlacke enthielten zusammen 100k,1 Kohlenstoff, für je 1k verwendete Kohle somit 0k,0345, entsprechend 279c.

Obgleich der Heizer das Feuer jedenfalls sehr gut bediente (es war der Lehr-Heizer des Rheinischen Vereins) sind die Schwankungen in der Zusammensetzung der Gase von Stunde zu Stunde doch viel gröſser als bei dem weiten Rohre aus Wellblech, ein Umstand, der doch wohl wesentlich auf die verschiedene Weite der Feuerrohre zurückzuführen ist. Bei 20° Lufttemperatur und 75 Proc. Feuchtigkeit beträgt der Verlust durch die Rauchgase:

|78|
380 × Spec. W. Wärmeverlust
Kohlensäure 1,345cbm 180 243c
Sauerstoff 0,829 118 98
Stickstoff 9,033 116 1048
Wasserdampf 0,565 183 103
––––––
1492c.

Die am Tage vorher verwendete Kohle enthielt im Durchschnitte nur 8,12 Proc. Asche, war also etwas besser als am zweiten Tage und doch gingen nur 5030c in das Wasser über. Das Resultat würde wahrscheinlich noch weniger günstig ausgefallen sein, wenn eine minder leicht zu behandelnde Kohle als die zu sämmtlichen Versuchen verwendete der Zeche Sälzer und Neuack gewählt wäre. Da die Untersuchung der Rauchgase an diesem Tage nicht vollständig durchgeführt werden konnte, so ist der durch dieselben bedingte Verlust nicht festzustellen.

Obgleich somit sich bei den Versuchen am 5. und 6. Juli der starke Zug in der Zusammensetzung der Rauchgase, am 3. und 4. August die gröſseren Rostspalten in der Zusammensetzung der Herdrückstände bemerkbar machen, so ist doch die Ausnutzung der verfügbaren Wärme in Rücksicht auf die groſse Leistung für 1qm Heiz- bezieh. Rostfläche als recht befriedigend zu bezeichnen. Lieferte doch bei den bekannten Düsseldorfer Versuchen1) 1k der verschiedenen Kohlen, wie Tabelle 5

Tabelle 5.




Name der Zeche
Zusammensetzung der Kohlen Wasser ver-
dampft
1k = 600c
Rost
Wasser Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff
und
Stickstoff
Schwefel Asche Vergasbarer
Theil
Kokes
eng weit
% % % % % % % % k k
Rhein Elbe n. Alma 1,52 81,38 5,03 4,38 2,08 5,61 32,68 67,32 7,50 7,66
Bonifacius 1,79 80,88 5,51 4,53 1,37 5,92 30,52 69,48 8,32 8,00
Kohlscheid, Briquets 2,58 84,94 3,99 2,89 0,80 4,80 16,61 83,39 8,08 7,96
„ Flammkohle 1,20 87,86 5,21 0,95 0,74 4,04 13,00 87,00 9,15 9,60
Königsgrube 5,27 72,21 4,83 8,91 1,38 7,40 37,16 62,84 7,08 7,19
Zollverein 4,08 76,92 4,69 6,51 1,54 6,26 31,80 68,20 7,60 8,36
Holland 1,97 81,61 4,56 7,11 1,25 3,50 28,96 71,04 7,68 7,38
Pluto 1,52 83,84 4,78 6,63 1,15 2,08 25,20 74,80 8,79 8,31
Germania 1,52 80,83 4,42 5,90 1,12 6,21 28,11 71,89 9,02 8,44
Königin Elisabeth. 1,26 85,62 5,30 3,00 1,10 3,72 19,40 80,60 7,44 bis 10,06

zeigt, in je 2 Versuchen nur 7,08 bis 9k,6 Dampf von 600c Erzeugungswärme; ja als die letzte Kohle unter verschiedenen Kesseln verbrannt wurde ergab 1k derselben in 12 Versuchen 7,445 bis 10k,059 Dampf. Leider wurden die Verbrennungsgase so unvollkommen untersucht., daſs |79| an eine einigermaſsen zutreffende Berechnung der durch dieselben bewirkten Verluste nicht zu denken ist.

Zu bemerken ist noch, daſs vorliegende Versuche als Stütze für die Richtigkeit der Dulong'schen Formel nicht zu bezeichnen sind.

|78|

Die Untersuchungen an Dampfmaschinen und Dampfkesseln und an einigen rheinischen und westfälischen Kohlensorten auf der Gewerbeausstellung in Düsseldorf 1880.

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