Titel: Ueber die Kesselfrage bei Elektricitätswerken.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 309 (S. 23–28)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj309/ar309008

Kraftmaschinen.
Ueber die Kesselfrage bei Elektricitätswerken.

Mit Abbildung.

Wie aus einer Zusammenstellung der Stat. Corr. hervorgeht, ist die Verwendung der Dampfkraft für die Zwecke des elektrischen Betriebes sowohl nach Anzahl als nach Grösse der Pferdekraft der Dampfmaschinen in stetig steigendem Wachsthum begriffen. Die Gesammtzahl der Dampfmaschinen, welche in Preussen zur Entwickelung von elektrischer Energie Verwendung finden, ist hiernach in den letzten 6 Jahren auf das Dreifache der Zahl nach, und ihrer Leistungsfähigkeit nach auf das Vierfache gestiegen.

Es ist hieraus ersichtlich, welch bedeutendes Interesse die Elektrotechnik an der Verbesserung und dem Fortschritte der Dampfmotoren hat.

Von der angeführten Thatsache ausgehend, hielt F. Boss über die Kesselfrage der Elektricitätswerke gelegentlich der Jahresversammlung des Verbandes deutscher Elektrotechniker in Eisenach einen klärenden Vortrag (nach Elektrotechn. Zeitschr., 1897 Heft 39; Zeitschrift des Verbandes der Kessel-Ueberwachungs-Vereine vorn 1. Januar 1898). Nachdem er auf die grosse Wichtigkeit der Ersparnisse auf diesem Gebiete aufmerksam gemacht hatte – gibt es doch schon Betriebe, deren jährlicher Kohlenverbrauch den Werth von 100000 M. erreicht –, sprach er die Meinung aus, dass auf dem Gebiete des Dynamobaues eine Steigerung des Nutzeffectes wohl kaum erwartet werden dürfe. Dies sei aber wohl zu hoffen bei den Dampfmaschinen; insbesondere sei der Dampfkessel bisher stiefmütterlich behandelt worden. – Wichtig sei insbesondere die Frage der Trockenheit des Dampfes, aber gerade diese Frage werde gar zu oft oberflächlich behandelt, obwohl sie für den Elektrotechniker von hervorragender Wichtigkeit sei und eine sorgfältige Beachtung verdiene, die der Vortragende anzuregen beabsichtigt. Er führte Folgendes aus, wobei allerdings manches Bekannte berührt werden musste.

Die Verluste im Kessel setzen sich hauptsächlich aus drei Factoren zusammen:

a) Verluste durch unvollkommene Verbrennung,

b) Verluste durch Wärmeabgabe nach aussen,

c) Verluste im Schornsteine.

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Wegen des wechselnden Heizwerthes der Kohle schwankt die zulässige Kohlenmenge für 1 qm Rostfläche und Stunde zwischen 80 und 250 k. Es ist Sache des Heizungstechnikers, die einschlägigen günstigsten Zahlen zu ermitteln und dem Aufsichtsbeamten bezieh. dem Heizer anzugeben. Eine sehr gute Controle des Heizers bilden die jetzt häufig verwendeten Apparate zur stetigen Kohlensäureanalyse der Essengase, die wohl nur durch den Betriebsleiter (nicht durch den Heizer) geschehen sollte. Es sind Fälle bekannt, in welchen durch eine regelmässige Controle mittels des Kohlensäureanzeigers eine erhebliche Ersparniss erzielt wurde.

Der unter b) angeführte Verlust fällt weniger ins Gewicht; er kommt am meisten bei einzeln stehenden Kesseln vor, besonders bei Wasserrohrkesseln, bei denen das Nachdringen von Luft durch das seitliche Mauerwerk schwer zu verhüten ist. Es ist deshalb letzteres möglichst sorgfältig und mit nicht rissig werdenden, die Wärme wenig leitenden Stoffen auszuführen. Bei Elektricitätswerken wird dieser Verlust selten 2 bis 5 Proc. übersteigen.

Bei weitem der grösste Verlust ist der unter c) aufgeführte, der nicht vermieden werden kann. Ja eine wesentlich höhere Temperatur der Essengase ist gegenüber der Aussenluft erforderlich, um das zu bewältigende Gasquantum durch den Schornstein emportreiben zu können. Der Schornsteinverlust wird im Allgemeinen natürlich um so geringer sein, je niedriger einerseits die Temperatur der Essengase gehalten, und mit je geringerem Luftüberschuss andererseits gearbeitet wird. Nun sehen wir wohl, dass sogen. Kunstheizer bei Dampfkesselerprobungen unter Umständen mit einem minimalen Luftüberschuss arbeiten. Es besitzt z.B. eine der bekannten Kesselfirmen derartige Heizer, welche es fertig bringen, mit nur 25 Proc. Ueberschuss über das theoretisch erforderliche Luftquantum eine gute Verbrennung zu erzielen. Mit derartigen Leuten kann man aber natürlich in der Praxis nicht rechnen, und wird demnach in der Mehrzahl der Fälle ein Verbrauch des 1 ½- bis 2½fachen der theoretischen Luftmenge angenommen werden müssen. Wie gross unter diesen Umständen der Schornsteinverlust wird, zeigt folgende Tabelle, bei welcher eine gute westfälische Kohle mit etwa 7500 Calorien zu Grunde gelegt wurde.

Temperatur der Essengase.

Luftver-
brauch in
Vielfachen
der theore-
tischen
Menge
200° Verlust 300° Verlust 400° Verlust

in
Calorien
in Proc.
der Ge-
sammt-
wärme

in
Calorien
in Proc.
der Ge-
sammt-
wärme

in
Calorien
in Proc.
der Ge-
sammt-
wärme
1½fach 774 10,3 1161 15,5 1548 20,6
2fach 1088 14,5 1632 21,7 2176 29,0
2½fach 1359 18,1 2038 27,1 2718 37,0

Es geht aus dieser Tabelle hervor, dass der Schornsteinverlust eine ganz erhebliche Grösse hat, und wird solcher in der Praxis in den meisten Fällen 20 Proc. übersteigen. Es soll später gezeigt werden, ob und inwieweit es möglich ist, den Schornsteinverlust zu ermässigen.

Es wird sich jetzt darum handeln, zu untersuchen, in welcher Weise wir die Verbrennungsproducte am vortheilhaftesten im Kessel ausnutzen können; hier müssen wir wieder zwei Hauptgruppen der Ausnutzung unterscheiden, nämlich:

a) durch Strahlung,

b) durch Berührung.

Versuche haben gezeigt, dass die Uebertragung der Wärme durch Strahlung ausserordentlich viel rascher vor sich geht, als durch Berührung. Beispielsweise wird bei einem Temperaturunterschiede von 700° eine gegebene Fläche durch Strahlung etwa 100mal so viel Wärme in der Zeiteinheit aufnehmen, als durch Berührung. Weiter wird im Allgemeinen die Wärmeübertragung um so rascher vor sich gehen, je grösser die auftretenden Temperaturunterschiede sind. Es weist dies darauf hin, dass wir bestrebt sein sollen, eine möglichst hohe Temperatur der Verbrennungsproducte zu erzielen, und dass wir, wenn wir eine möglichst grosse Leistung der Flächeneinheit erreichen wollen, die direct für Strahlung in Frage kommende Heizfläche möglichst gross halten müssen.

Diese Betrachtung führt zu der Schlussfolgerung, dass, wenn es sich um möglichst grosse quantitative Leistungen handelt, eine Vorfeuerung unter allen Umständen hinter der directen Feuerung zurückbleiben muss.

Was die Uebertragung der Wärme durch das Kesselblech in das Kesselwasser anbelangt, so ist im Allgemeinen festzuhalten, dass man praktisch bei in entsprechender Bewegung befindlichen Wassermengen nahezu unbegrenzte Wärmemengen für die Flächeneinheit übertragen kann, während dies bei ruhendem Wasser nicht der Fall ist, und gelangen wir namentlich, wenn an Stelle von Wasser eine Dampfschicht tritt, sehr bald zu einer Grenze der Uebertragungsfähigkeit. Es treten dann die bekannten Erscheinungen des Glühendwerdens der Bleche ein.

Ein lehrreicher Versuch über den Einfluss der Wassergeschwindigkeit auf die Wärmeaufnahmefähigkeit wurde von Hagenbach angestellt. Dieser ermittelte für die Flächeneinheit von 1 qm folgende Werthe:

Temperatur
° C.
Geschwindigkeit
m/Sec.
Uebertragene Wärme-
menge Cal./Min.
50 0,1 460
0,9 2300
1,5 3650
90 0,1 1200
0,9 4300

Aus dieser Tabelle geht hervor, dass, um beispielsweise 2400 Calorien zu übertragen, bei einer Wassergeschwindigkeit von 1 m schon ein Temperaturunterschied von 50° genügt, während bei einer Wassergeschwindigkeit von 0,3 m hierfür ein Temperaturunterschied von 90 Proc. erforderlich ist. Diese Versuche weisen uns gebieterisch darauf hin, dem zu verdampfenden Wasser eine erhebliche Geschwindigkeit zu ertheilen.

Abgesehen von der durch Hagenbach ermittelten rascheren Wärmeübertragung, erreichen wir damit weiter, dass das Anhaften von Dampfblasen am Kesselblech vermieden wird, und damit zugleich die mangelhafte Wärmeübertragung an den Dampf.

Aus den Versuchen von Hagenbach geht hervor, dass unter der Voraussetzung einer genügenden Wassergeschwindigkeit wir einen Grenzwerth für die Wärmeübertragungsfähigkeit nicht erreichen. Wir könnten danach schon bei einem Temperaturunterschiede von nur 50° theoretisch eine Wärmemenge für 1 qm Heizfläche übertragen, welche einer Erzeugung von über 300 k Dampf für die Stunde entspricht.

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Es ergibt sich aber auch aus dem Vorhergehenden, dass für die beliebte Erfahrungsrechnung, wonach, um eine entsprechende Abkühlung der Verbrennungsgase zu erzielen, für 1 qm Rostfläche das 40- oder 50fache an Heizfläche vorhanden sein muss, keine theoretische Begründung vorliegt. Je mehr Wärme wir direct über den Rost durch Strahlung abgeben, je gleichmässiger und mit um so grösserer Geschwindigkeit sich das Wasser längs den von den Heizgasen berührten Flächen bewegt, um so kleiner kann der Weg sein, den die Verbrennungsproducte bis zur Erreichung einer angemessenen Endtemperatur zurückzulegen brauchen.

Hier muss noch bemerkt werden, dass bei sinkender Differenz zwischen der Temperatur der Heizgase und jener des Kesselwassers die Wärmeübertragung durch das Blech rascher abnimmt, als der Temperaturunterschied. Wollen wir somit im Kessel selbst die Essengase auf eine sehr niedrige Temperatur bringen, so brauchen wir sehr grosso Heizflächen, die theuer zu stehen kommen, und naturgemäss eine geringe quantitative Leistung, bezogen auf die Gesammtheizfläche des Kessels, ergeben.

Als Grenzwerth der zweckmässigen Ausnutzung der Verbrennungsproducte im Kessel selbst dürften wir wohl einen Temperaturunterschied von etwa 90° bezeichnen. Hiernach ergibt sich bei einem Kessel von 10 at Druck eine Temperatur der Essengase von 270 bis 280°, oder, entsprechend der angeführten Tabelle, bei einem Luftverbrauche von etwa dem 2fachen der theoretischen Luftmenge ein Schornsteinverlust von etwa 20 Proc.

Wir sehen hieraus, dass wir auch schon aus diesem Grunde bei einer zweckentsprechenden Ausnutzung der Gase im Kessel einen erheblichen Schornsteinverlust mit in den Kauf nehmen müssen.

Wir wollen jetzt untersuchen, inwieweit bei den in Frage kommenden Kesselsystemen die vorstehend niedergelegten Bedingungen erfüllt sind.

Es können hierbei im Wesentlichen nur drei Systeme in Frage kommen und zwar: die reinen Flammrohrkessel, die combinirten Flammrohrröhrenkessel (Tischbein-Kessel) und die Wasserrohrkessel.

Aus dem Vorhergesagten geht hervor, dass, was die Wärmeübertragung durch Strahlung anbelangt, die Flammrohrkessel den ersten Rang einnehmen müssen, da hier der Rost ganz von mit Wasser bespültem Blech umgeben ist, und es mit Rücksicht auf die Art der Zugführung möglich ist, den Rost möglichst nahe an das Kesselblech zu bringen. Thatsächlich wird auch bei derartigen Kesseln etwa 70 Proc. der gesammten Dampfmenge direct oberhalb des Rostes am Flammrohr erzeugt.

Wasserrohrkessel sind bezüglich der Ausnutzung der strahlenden Wärme nicht so günstig, weil wir es ja immer mit nicht Wasser führenden Seitenwänden zu thun haben, weiter aber auch, weil wir bei den gewöhnlichen Wasserrohrkesseln, wenn wir nicht eine unvollkommene Verbrennung haben wollen, mit dem Rost nicht zu nahe an die untere Rohrreihe herankommen dürfen. Auch bezüglich der Ausnutzung der Gase durch Berührung ist der Flammrohrkessel an und für sich günstiger, weil bei diesem die Bewegung der Gase naturgemäss längs der Kesselbleche erfolgt, während wir bei unseren Wasserrohrkesseln meistens die Gase senkrecht zu den Heizflächen führen.

Was die Möglichkeit einer Steigerung der Leistung der Kessel anbelangt, so ist es einleuchtend, dass diesbezüglich bei Flammrohrkesseln enge Grenzen gezogen sind. Der geringe zulässige Durchmesser des Flammrohres und die mit Rücksicht auf die Bedienung ebenfalls etwas geringere Länge des Rostes, endlich der über der Feuerbrücke zur Verfügung stehende beschränkte Raum für die Verbrennungsproducte gestatten uns nur die Verbrennung einer verhältnissmässig geringen Menge Kohle.

Bei combinirten Kesseln liegen bezüglich einer grossen quantitativen Leistung die Verhältnisse noch ungünstiger. Der Oberkessel dient hier im Wesentlichen zur Vorwärmung des Wassers, da etwa 80 Proc. der gesammten Dampfproduction auf den Unterkessel entfallen, und gestatten die geringen Querschnitte der Rohre im Oberkessel auch nicht die Bewegung der bei gesteigertem Betriebe erzeugten grossen Gasmengen. Es muss somit die quantitative Leistung derartiger Kessel immer in verhältnissmässig kleinen Grenzen sich bewegen.

Bezüglich der Bewegung des Wassers ist bei einem Flammrohrkessel eine Veranlassung zur Circulation unterhalb des Rostes nicht vorhanden. Die Fortpflanzung der Wärme an diese ruhende Schicht wird nur durch die geringe Bewegung, welche das zugeführte Speisewasser in der grossen Wassermasse hervorruft, und durch Berührung ermöglicht. Da nun das Wasser die Wärme schlecht leitet, so treten bei derartigen Kesseln ganz erhebliche Temperaturdifferenzen zwischen dem Wasser oberhalb des Flammrohres und unterhalb desselben auf.

Sehr eingehende Versuche sind diesbezüglich von Fletcher angestellt; derselbe fand, dass bei einem Flammrohrkessel, der mit Wasser von 25° gefüllt war, 100 Minuten nach dem Anfeuern die Temperatur des Wassers oberhalb des Flammrohres 145°, unterhalb desselben 47° betrug. Bei Cornwall- und Galloway-Kesseln verstreichen 3 bis 4 Stunden nach dem Anheizen, bevor die Temperatur des Speisewassers unter dem Flammrohre 100° erreicht. Derartige Temperaturdifferenzen führen natürlich zu ganz ausserordentlichen Materialspannungen, und ist es, um diese zu vermeiden, nothwendig, Flammrohrkessel sehr vorsichtig anzuheizen; auch dann noch treten, wie häufig beobachtet, beim Anheizen leicht Undichtigkeiten auf.

Es ist einleuchtend, dass dieser Umstand die Verwendung von Flammrohrkesseln bei stark schwankenden Betrieben, wie solche bei Elektricitätswerken vorkommen, ausschliesst. Es empfiehlt sich die Anwendung nur dort, wo es möglich ist, die Kessel dauernd in Betrieb zu erhalten. Dies gilt auch in gleichem Umfange für die Tischbein-Kessel.

Bei den Wasserrohrkesseln wird seitens der Constructeure die auftretende starke Bewegung als ein Hauptvorzug dieser Systeme bezeichnet. Man stützt sich dabei auf eine von Babcock aufgestellte Theorie, wonach, wenn man in einem -Rohr den einen aufsteigenden Zweig erwärmt, sich in diesem ein Gemenge von Wasser und Dampf bilden soll, welches leichter ist als das Wasser, womit der andere Zweig der -Röhre gefüllt ist, und durch die Gewichtsdifferenz eine entsprechende lebhafte Bewegung des Wassers hervorgebracht wird. Die sämmtlichen Wasserrohrkessel beruhen im Wesentlichen auf der Form einer verlängerten -Röhre.

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Nach der Theorie von Babcock würde die Bewegung in einer derartigen Röhre dann ein Maximum erreichen, wenn in dem einen aufsteigenden Zweige ein Gemenge von gleichen Theilen Wasser und Dampf enthalten ist. Diese Theorie ist falsch, wie in The Engineer nachgewiesen ist. Wenn in einer derartig erwärmten Röhre sich in einem Zweige Dampfblasen bilden, so ist der Druck, welchen die Säule C auf den Boden der Röhre o ausübt, genau so gross wie der Druck der Säule D. Es ist somit kein Grund vorhanden, dass irgend eine Circulation eintritt. Anders ist es, wenn der eine Zweig der Röhre vollständig durch die aufsteigenden Dampfblasen gefüllt wird. In diesem Falle ist das Gewicht der Säule C ein kleineres als das der Wassersäule D und wird die gewünschte Circulation eintreten. Diese Erscheinung tritt jedoch nur in Röhren von genügend engem Querschnitt auf.

Es folgt daraus, dass man die bei Wasserrohrkesseln angestrebte Circulation nur dann erreichen wird, wenn man die Wasserkammern oder Verbindungsrohre bei Babcock- und anderen Kesseln genügend eng hält. Nur in diesem Falle wird der Dampf den ganzen Raum ausfüllen und eine Circulation in dem gewünschten Sinne eintreten. In allen anderen Fällen wird neben den aufsteigenden Dampfblasen die Wassersäule auf beiden Seiten der Röhre niedersinken und ebenso auch der Dampf an beiden Enden entweichen. Es ist einleuchtend, dass man, um auf diese Weise eine Circulation zu erreichen, zu fehlerhaften Constructionen kommt. Hält man die Querschnitte der Wasserkammern so eng, dass das gewünschte Resultat eintritt, so erreicht man eine Form der Circulation, wo naturgemäss erhebliche Mengen Wasser durch den Dampf mitgerissen werden müssen. Bei etwas stärkerer Beanspruchung der Kessel erfolgt auch eine Entleerung des Wassers, namentlich aus der untersten Rohrreihe, und kann man diese bei lebhafter Anfachung des Feuers direct durch das Steigen des Wassers im Wasserstandsglase sehen. Man bemerkt auch, dass beim Oeffnen der Feuerthüren der Wasserstand sinkt, indem das Wasser wieder in die Röhren zurückströmt; ebenso bemerkt man ein Sinken des Wasserstandes aus demselben Grunde bei der Speisung des Kessels. Dass bei dem Auftreten derartiger Erscheinungen nicht häufiger ein Krümmen und Reissen der unteren Rohrreihe auftritt, ist dem Umstande zuzuschreiben, dass die verwendeten Röhren auch noch beim Rothglühen stark genug sind, um den Kesseldruck auszuhalten.

Die Angaben der Fabrikanten von Wasserrohrkesseln sind in der letzten Zeit immer gestiegen, und es werden 20 und mehr Kilogramm Dampfproduction für 1 qm und Stunde genannt. Dass derartige Angaben bisher nicht auf Widerspruch gestossen sind, ist dem Umstande zuzuschreiben, dass der Frage der Dampftrockenheit lange nicht jene Aufmerksamkeit geschenkt wird, welche dieselbe verdient. Würde bei einer Uebernahme ohne Berücksichtigung der Nässe ein Nutzeffect von 70 Proc. nachgewiesen, so wäre bei 10 Proc. Wassergehalt der Nutzeffect nur 64,8 Proc. da man zur Erwärmung des Speisewassers bei 8 at Druck nur 170 Calorien braucht, während man zur Gewinnung von 1 k Dampf 658 Calorien aufwenden muss.

Es ist nun nicht leicht, die Dampfnässe zu bestimmen. Die chemische Methode, durch Hinzufügen von Salzen in das Speisewasser und Analyse des condensirten Dampfes, lässt in den meisten Fällen im Stich. Man begnügt sich in der Regel damit, nach dem Aussehen des Dampfes die Qualität desselben zu beurtheilen. Einwandfreie Resultate erhält man nur in der Weise, dass man eine Maschine gleichmässig belastet und den erforderlichen Dampf einmal weniger beanspruchten, das andere Mal stärker beanspruchten Kesseln entnimmt und in beiden Fällen die ganze zugeführte Speisewassermenge abwiegt. Bei einer Anzahl diesbezüglich ausgeführter Versuche zeigte sich, dass bei Grosswasserraumkesseln die stärkere Beanspruchung die Qualität des Dampfes nicht in erheblichem Maasse beeinflusst. Ganz anders liegen die Verhältnisse beim Wasserrohrkessel; hier wird bei etwas stärkerer Beanspruchung der Dampf sofort feucht, und steigt dann der Dampfverbrauch, bezogen auf die geleistete Arbeit, ganz erheblich. Gelegentlich der Untersuchung einer grösseren Kesselanlage eines Elektricitätswerkes wurde folgendes Verfahren eingeschlagen. Es wurde 4mal 24 Stunden stündlich das dem Kessel zugeführte Speisewasser gemessen, ebenso die geleistete Arbeit. Aus den erhaltenen Zahlen wurden die Werthe herausgenommen, bei welchen die gleiche Anzahl Dynamo- und Hilfsmaschinen in Betrieb war. Trägt man für jede einzelne Beobachtung den wirklichen Speisewasser verbrauch für die Kilo-Watt-Stunde als eine Function der Beanspruchung der Kessel auf, so ist einleuchtend, dass eine derartige Untersuchung nicht absolut richtige Werthe ergeben kann, doch sicher vergleichbare Zahlen, und ein Blick auf das Diagramm zeigt, dass je einer stärkeren Beanspruchung der Kessel ein bedeutend grösserer Dampf verbrauch folgt.

Bei Elektricitätswerken, welche über grössere Accumulatorenbatterien verfügen, lassen sich solche Versuche in einfacher Weise anstellen, und es ist sehr wünschenswerth, dass solche von möglichst vielen Seiten vorgenommen werden.

Bei einem Versuche zwischen einem Grosswasserraumkessel und einem Wasserrohrkessel, wobei letzterer nur mit 8 k beansprucht war, wurde ein und dieselbe Dampfmaschine mit gleichmässiger Belastung getrieben und ergab sich dabei ein Mehrverbrauch an Speisewasser zu Ungunsten des Wasserrohrkessels von 10 Proc.

Das angestrebte Ziel, trockenen Dampf zu erhalten, wird nur dann zu erreichen sein, wenn man bei den hauptsächlich in Frage kommenden Wasserrohrkesseln an Stelle der unzuverlässigen natürlichen Circulation eine zwanglose Wasserbewegung einleitet; dies lässt sich mit der Dubiau'schen Rohrpumpe erreichen. Es sind bereits mehrere Anlagen mit dieser Pumpe ausgeführt, welche die gute Wirkung derselben bestätigen.

Es war nun von Wichtigkeit, nachzuweisen, ob bei mit Dubiau-Circulation ausgeführten Kesseln bei stärkerer Beanspruchung der Dampf nicht ebenfalls schlechter wird. Um dies nachzuweisen, wurden bei der Société d'Éclairage Électrique de Bordeaux Versuche in folgender Weise angestellt. Eine elektrisch constant belastete Dampfmaschine wurde einmal von einem, das andere Mal von zwei Dampfkesseln betrieben, welche beide mit Rohrpumpen versehen waren. Im ersten Falle war die Beanspruchung der Kessel für 1 qm Heizfläche und Stunde 27,3 k, im zweiten Falle 14,2 k, während die verbrauchte Speisewassermenge für 1 Kilo-Watt im ersten Falle 26 k, im zweiten Falle |27| 27,5 k betrug. Es war somit sogar bei dem stark beanspruchten Kessel der Wasserverbrauch in Folge eines etwas höheren Dampfdruckes und eines besseren Vacuums etwas geringer als im zweiten Falle. Jedenfalls zeigt der Versuch, dass eine Verschlechterung der Qualität des Dampfes auch bei stärkerem Betriebe nicht eingetreten ist.

Bei den Dubiau-Grosswasserraumkesseln hat die zwangsweise Wasserbewegung den wesentlichen Vortheil, dass der Temperaturausgleich zwischen dem Wasser unterhalb des Rostes und oberhalb desselben in kürzester Zeit erfolgt. Es ist somit möglich, nach Einbau des Circulationsapparates derartige Kessel viel rascher anzuheizen, und damit die diesem Systeme, wie oben ausgeführt, für die Verwendung in Elektricitätswerken anhaftenden Uebelstände zu vermeiden.

Wir wollen jetzt versuchen, zu ermitteln, wie eigentlich eine ideale Kesselanlage für ein Elektricitätswerk mit stark schwankender Belastung aussehen muss. Hierbei wird zunächst die Platzfrage eine erhebliche Rolle spielen.

Unter der Voraussetzung einer guten westfälischen Kohle können wir bei Kesseln mit Innenfeuerung auf keine grössere normale Leistung als etwa 600 k Dampf für 1 m Kesselbreite rechnen, während sich bei Kesseln mit Unterfeuerung diese Zahl auf rund 1200 k erhöht.

Sind wir nun in der Längsrichtung des Kesselhauses im Raum beschränkt, so müssen wir, wenn es sich um die Unterbringung einer gegebenen maschinellen Leistung handelt, in manchen Fällen von vornherein auf die Verwendung von Kesseln mit Innenfeuerung verzichten. Wir müssen weiter anstreben, dass die verwendeten Kessel eine Forcirung der Leistung zulassen, auch wenn dabei der Nutzeffect sinken sollte, vorausgesetzt natürlich, dass bei derartig forcirtem Betriebe die Qualität des Dampfes nicht leidet.

Um uns darüber Rechenschaft zu geben, inwieweit der Nutzeffect der Kesselanlage bei forcirtem Betriebe sinken kann, ohne das gesammte Betriebsergebniss zu beeinflussen, müssen wir uns zunächst ein Jahresdiagramm des in Frage kommenden Elektricitätswerkes herstellen. Ein solches Jahresdiagramm erhält man, wenn beispielsweise aus jedem Monat drei mittlere Betriebsdiagramme genommen und die für die verschiedene Belastung der Anlage sich danach ergebenden Werthe, in diesem Falle z.B. mit 10, multiplicirt werden. Wir finden dann, wie sich die ganze Jahresleistung proportional auf die verschiedenen Phasen der Belastung vertheilt. Ein solches Diagramm ist in nebenstehender Figur dargestellt, welches die Jahresleistung eines grossen Elektricitätswerkes darstellt. Wir finden dabei, dass die oberhalb der punktirten Linie ab liegende Fläche in unserem Falle nur etwa 5 Proc. der Jahresleistung entspricht, während andererseits, bezogen auf die maximale Leistung der Anlage, das absolute Maximum um 33 ½ Proc. höher liegt, wie die Linie ab.

Wir können nun für deutsche Verhältnisse annehmen, dass eine Kesselanlage für 1000 k Dampf in der Stunde incl. Einmauerung, Rohrleitungen, dem erforderlichen Bauplatz und den baulichen Herstellungen rund 9000 M. kostet. Wird, wie üblich, bei der Kesselanlage mit einer 10procentigen Abschreibung und 4 Proc. Zinsen gerechnet, so entfallen hiernach für 1000 k Dampf. 1260 M. auf 1 Jahr für Verzinsung und Amortisation. In dem Falle, welchen das Diagramm wiedergibt, war nun die Anlage überhaupt nur an 780 Stunden im Jahr über 1800 Kilo-Watt belastet. Wird diese Zahl zu Grunde gelegt, so entfallen hiernach für Verzinsung und Amortisation der Kesselanlage, welche für diesen Theil des Betriebes erforderlich ist, in der Stunde 1,60 M., andererseits würden zur Herstellung von 1000 k Dampf bei mittleren Verhältnissen 125 k Kohle nothwendig sein, welche zum mässigen Preise von 15 M. für 1 t 1,87 M. kosten würden. Es geht hieraus hervor, dass bei derartig kurzer Betriebsdauer die Amortisationsquote gegenüber dem Aufwand an Kohlen eine ganz erhebliche Rolle spielt. Wären wir somit in der Lage, in unseren Elektricitätswerken Kessel anzuwenden, welche für eine kurze Zeit, von 2 bis 3 Stunden, eine ganz erhebliche Steigerung der Leistung zulassen, so würde für diese Zeit die Frage des Nutzeffectes gar keine Rolle spielen, und könnte derselbe um 10 bis 20 Proc. sinken, ohne dass dies von irgend erheblichem Einflusse auf die Betriebsergebnisse wäre. Wir können hiernach als Grundsatz aufstellen, dass für unsere Zwecke jener Kessel der beste ist, welcher eine derartige Forcirung gestattet.

Textabbildung Bd. 309, S. 27

Eine ähnliche Rechnung müssen wir anstellen, wenn wir ermitteln wollen, inwieweit wir den früher nachgewiesenen Schornsteinverlust verringern können. Dies kann geschehen, wenn wir einen Economizer einbauen, welcher es uns ermöglicht, das Speisewasser auf etwa 100° zu erwärmen. Gegenüber jener Temperatur, mit welcher wir das Speisewasser vom Condensator erhalten, d.h. 35 bis 40°, würde eine derartige Erwärmung eine Ersparniss von rund 10 Proc. des Kohlenconsums ergeben.

Es zeigt uns aber die Rechnung, dass wir gar kein Interesse daran haben, einen Economizer für den Maximalbetrieb ausreichend herzustellen, sondern die Grösse des Economizers der mittleren Leistung des Werkes anpassen müssen. Dabei kommen wir nun auf die Schwierigkeit, dass unter Umständen, wenn wir nicht abnorme Schornsteinverhältnisse wählen wollen, der Zug für die auf etwa 150° abgekühlten Essengase nicht mehr ausreicht. In |28| solchem Falle können wir vortheilhaft hinter dem Economizer einen saugenden Ventilator einbauen, der die erforderliche Druckdifferenz herstellt. Die Rechnung ergibt, dass für den Betrieb eines derartigen Ventilators nur ein geringer Procentsatz des sonst durch die hohe Temperatur der Essengase bedingten Schornsteinverlustes erforderlich ist. Gestattet die örtliche Lage des Elektricitätswerkes dies und handelt es sich um einen einigermaassen regelmässigen Betrieb, wie z.B. bei Strassenbahnen, so können wir unter Umständen auf den Schornsteinzug ganz verzichten und solchen nur durch den Ventilator hervorrufen. Derartige Anlagen sind schon verschiedentlich mit dem besten ökonomischen Resultat ausgeführt.

Es führen uns aber unsere Betrachtungen auch dazu, in Erwägung zu ziehen, ob und inwieweit wir etwa ein Interesse daran haben, zur Unterstützung während der Zeit des Maximalbetriebes Wärmereservoire anzulegen. Wie gezeigt, wäre es unökonomisch, für die Zeit des starken Betriebes Speisewasservorwärmer aufzustellen; wir müssen also damit rechnen, dass wir es dann wieder mit Speisewasser von nur etwa 40° zu thun haben. Würden wir aber die für die Zeit des Maximalbetriebes erforderliche Wassermenge in einem, jedem Kessel beizugebenden Reservoir aufspeichern, und dieselbe vor Eintritt der Zeit des starken Betriebes mit directem Dampf auf die Temperatur des Kesselwassers bringen, so würden wir während der Zeit des Maximum dann Speisewasser von etwa 170° zur Verfügung haben, was einer Entlastung unserer Kessel um etwa 20 Proc. entspricht, d.h. ein derartiger Kessel könnte während dieser Zeit ohne weiteres uns um etwa 20 Proc. mehr Dampf liefern. Führen wir die Rechnung wieder für 1000 k Dampf durch, so müssten wir, da der Maximalbetrieb etwa 2 ½ Stunden dauert, für einen Wasservorrath von 2500 bis 3000 k sorgen. Ein hierfür ausreichendes Reservoir wird uns im montirten Zustande etwa 700 M. kosten, während die Ersparniss an Kesselheizfläche 20 Proc. von 9000 M., d.h. 1800 M. betragen würde. Es zeigt somit diese Rechnung, dass wir thatsächlich unter gewissen Voraussetzungen ein Interesse daran haben, derartige Wärmereservoire an unseren Kesseln anzubringen, und es gilt dies namentlich von jenen Fällen, wo die verfügbare Fläche für die Kesselanlage gering ist, d.h. bei unseren Centralen im Inneren der Städte. Wir müssen dabei weiter berücksichtigen, dass wir durch die Anbringung von Wärmereservoiren auch unser Personal erheblich entlasten, da wir ja dann thatsächlich während der Zeit des Maximalbetriebes auch um etwa 20 Proc. weniger Kohle zu feuern haben.

Unter Berücksichtigung aller einzelnen, für den elektrischen Betrieb maassgebenden Factoren gelangt Ross zu folgenden Schlussfolgerungen:

Wo es die Raumverhältnisse gestatten, sowie bei möglichst constanter Belastung, ist der Innenfeuerungskessel dem Unterfeuerungskessel vorzuziehen.

Alle Kessel sollen so gebaut sein, dass das Wasser sich namentlich oberhalb des Rostes mit genügender Geschwindigkeit bewegt.

Das Kesselsystem muss eine womöglich 50procentige Forcirung zulassen, wobei der Nutzeffect erheblich sinken darf.

Unter allen Umständen, auch bei stärkster Beanspruchung der Kessel, müssen dieselben absolut trockenen Dampf liefern.

Die Verwendung von Economizern empfiehlt sich nur in jenem Umfange, welcher der mittleren Belastung der Anlage entspricht.

Bei stark schwankenden Betrieben und namentlich hohem Terrainwerth gestattet die Verwendung von Wärmereservoiren für die Zeit des Maximalbetriebes eine erhebliche Ersparniss an Kesselheizfläche.

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