Titel: Die Brutto- und Nettoverdampfung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1901, Band 316 (S. 181–184)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj316/ar316039

Die Brutto- und Nettoverdampfung.

Von A. Dosch, Köln.

Wird in einem Dampfkessel ein bestimmtes Wasserquantum verdampft, so musste hierzu ein bestimmtes – je nach dem Heizwerte desselben grösseres oder kleineres – Brennmaterial quantum aufgewendet werden. Wird das verdampfte Wasser – bezogen auf eine bestimmte Einheit – mit Wq bezeichnet, das verbrauchte Brennmaterialquantum mit B, beides in Kilogramm ausgedrückt, so stellt der Ausdruck

diejenige Anzahl Kilogramm Wasser dar, welche von 1 kg Brennmaterial in Dampf übergeführt wurden, und man bezeichnet diese Zahl zb als Verdampfungsziffer oder als Bruttoverdampfung des Materials.

Nun enthält aber jedes Brennmaterial gewisse, un verbrennbare Rückstände, welche bei der Erzeugung des Dampfes keine Mitwirkung hatten, sondern statt förderlich nur hinderlich waren, und die Verdampfung ist nur durch die wirklich verbrannten Bestandteile des Materials hervorgerufen worden. Es ist daher, jedoch nur in gewisser Hinsicht, gerechtfertigt, wenn in den Verdampfungstabellen auch diese Verdampfung, welche sich nur auf das Verbrennliche in den Kohlen bezieht, mit aufgeführt wird. Dieselbe, welche man als Nettoverdampfung bezeichnet, wird sich durch den Ausdruck

darstellen, wenn mit A das Unverbrennliche der Kohle – ausgedrückt in Prozent, bezogen auf die ursprüngliche Kohle – bezeichnet wird, wobei A, wenn die Beziehung in aller Strenge gelten soll, bei dem Verdampfungsversuch auf dem Rost selbst bestimmt sein muss.

Die Differenz dieser beiden Verdampfungen zn – zb wird nun um so grösser, je mehr unverbrennbare Rückstände das Material – zunächst von derselben Bruttoverdampfung – enthalten wird, wie die Gleichung für zn, welcher Wert mit zunehmendem Aschengehalt steigt, erkennen lässt. Wird diese Differenz mit Δ bezeichnet, so ist dieselbe

Wq durch Bzb ersetzt, gibt

Dieselbe würde also mit zunehmender Verdampfungsziffer (brutto), bei demselben Schlackengehalt, steigen, denn der Ausdruck würde bei konstantem Aschengehalt ebenfalls konstant bleiben und mithin würde die Netto Verdampfung bei gleichem Aschengehalte direkt proportional der Bruttoverdampfung sein.

Vorstehende Gleichung für Δ würde natürlich zunächst nur dann gelten, wenn dieser Prozentsatz Δ an Asche und Schlacke durch Verdampfungsversuch auf dem Roste selbst bestimmt wäre und dieser Wert dürfte nicht mit dem, etwa durch Analyse festgestellten Prozentgehalt an Unverbrennlichem verwechselt werden, denn es werden stets, wenn auch unter Umständen nur geringe Mengen an brennbarer Substanz mit als Asche und Schlacke abgewogen werden, ganz abgesehen davon, dass jedes in der Praxis zur Verwendung gelangende Brennmaterial mehr oder weniger hygroskopisches Wasser enthält, wodurch natürlich die Verdampfungsziffern nicht unwesentlich beeinflusst werden können.

Wenn man die Grosse des bei einem Versuch festgestellten Schlackengehaltes kennt und ausserdem noch eine der beiden Verdampfungsziffern, so würde man von der bekannten auf die noch unbekannte Zahl schliessen können, denn aus der Beziehung Δ = zn – zb erhält man

bezw.

Die aus dem kalorimetrisch ermittelten Heizwerte eines Materials bestimmten Brutto- und Nettoverdampfungen, die, wie bereits aus vorstehend Dargelegtem hervorgeht, nie genau die bei einem Verdampfungs versuche festgestellte Differenz aufweisen können, werden um so mehr differieren, je grösser der Wassergehalt des lufttrockenen Brennmaterials sein wird; es wird daher die kalorimetrische Bestimmung des Heizwertes der wasser- und aschefreien Substanz und mithin der Netto Verdampfung nur unter gewissen Voraussetzungen von Wert sein können, in der Regel jedoch nicht.

Es können nun in der Praxis drei in ihren Endfolgerungen voneinander abweichende Arten von Verdampfungsversuchen zur Ausführung gelangen und zwar:

1. Zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines Dampfkessels bezw. zur Feststellung, ob die von dem Kessellieferanten geleistete Garantie erfüllt ist.

2. Um den Unterschied zwischen zwei verschiedenen Feuerungskonstruktionen festzustellen.

3. Um den Unterschied im Brennwert und in der Oekonomie zweier Brennstoffe zu ermitteln.

1. Fall.

Was die Bestimmung des Wirkungsgrades eines Kessels bezw. die Feststellung einer für denselben geleisteten Garantie betrifft, so würde es natürlich in erster Linie von der Fassung dieser Garantie abhängen, in welcher Weise der vorzunehmende Verdampfungsversuch auszuführen sei.

Es ist nun nicht immer, man kann sogar sagen selten, der Fall, dass ein Gesamtwirkungsgrad des Kessels oder |182| ein entsprechender Wert, welcher auf diesen Wirkungsgrad mit Sicherheit schliessen lässt – was doch jedenfalls das einzig Richtige ist –, garantiert wird, sondern in der Garantie liest man sehr oft von einer bestimmten Netto-verdampfung und zwar – wie dies allerdings bei jeder anderen Garantie auch zu geschehen hat – mit der Beschränkung, dass die zu verwendende Kohle einen bestimmten Heizwert aufweisen muss, und dass der Kessel über eine entsprechende Normalleistung nicht angestrengt werden darf.

Um zu prüfen, ob eine derartige, auf eine der beiden Verdampfungsziffern basierende Garantie zulässig ist, sei zunächst darauf aufmerksam gemacht, dass in der Fassung der Garantie ein bestimmter Heizwert des Materials vorgesehen ist, so dass also, wenn beispielsweise die Kohle einen grossen Feuchtigkeitsgrad besitzt, dies sich in dem kalorisch bestimmten Heizwert zeigen muss, indem derselbe einen niedrigeren Wert annimmt; in gleicher Weise wird sich der Gehalt des Materials an Schlacke geltend machen.

Diese Einflüsse, welche sich bei der Bestimmung des Heizwertes der Brennstoffe Geltung verschaffen, werden nun, da natürlich der Heizwert des Materials, wie es zur Verheizung gelangt, im Kalorimeter bestimmt werden muss1), in erster Linie auf die Brutto Verdampfung zurückwirken, d.h. an der Bruttoverdampfung muss man in erster Linie erkennen können, ob das Heizmaterial in entsprechend günstiger Weise ausgenutzt wird. Es wird ja selbstverständlich der Gehalt des Materials an Wasser und Unverbrennlichem auch auf die Nettoverdampfung einen gewissen Einfluss ausüben, es ist aber durchaus nicht ohne weiteres gesagt, dass dies in derselben Weise geschieht; wie dies bei der Brutto Verdampfung der Fall ist.

Wie nämlich aus einer Betrachtung des Wertes für die Differenz der Verdampfungsziffern hervorgeht, wird dieser Wert mit steigendem Aschengehalt, bei derselben Bruttoverdampfung, grösser, denn derselbe drückte sich aus durch die Gleichung

wobei Δ wiederum, wenn diese Beziehung genau gelten soll, auf dem Roste bestimmt sein muss.

Damit ist aber schon gesagt, dass die Nettoverdampfung niemals einen sicheren Wert zur Beurteilung des Wirkungsgrades und eines Verdampfungsversuches abgeben kann, bezw. dass eine auf diese Verdampfung basierende Garantie für die Praxis nicht massgebend sein kann2). Es hiesse damit bei einem Verdampfungsversuch äussersten Wert auf die Bestimmung des Unverbrennlichen in der Kohle legen. Jedoch abgesehen davon, dass diese Bestimmung bei grosser Sorgfalt mit äusserster Genauigkeit durchgeführt werden könnte, braucht es doch bei weitem noch nicht der Fall zu sein, dass an zwei verschiedenen Kesselsystemen, bei gleicher Beanspruchung der Heizfläche und bei Verheizung derselben Kohle, gleicher Aschen- und Schlackengehalt entstehen müsste, denn es können sich hierfür die verschiedensten Rücksichten und Umstände Geltung verschaffen.

In erster Linie übt der Heizer bezw. die Bedienungsart desselben einen wesentlichen Einfluss auf die Grosse dieses Aschen- und Schlackengehaltes, denn es können dadurch, dass er zu viel im Feuer schürt, noch unverbrannte oder noch nicht vollständig ausgebrannte Brennmaterialteile durch die Fugen des Rostes fallen, welche dann als Asche mit gewogen werden, oder es wird durch das viele Schüren hervorgebracht, dass derartige Brennstoffteile von der Schlacke eingehüllt und mit dieser entfernt werden. Wenn andererseits das Feuer nicht entsprechend dem Aschen- und Schlackengehalt oder der sonstigen Beschaffenheit des Materials oft genug gereinigt wird, kann die Schlacke die Rostfugen nahezu verdeckenund den Zutritt zum Brennmaterial verhindern, welcher Uebelstand vor allem bei etwas schwer brennbarem Material zum Ausdruck kommen wird.

Ausser durch den Heizer kann nun durch die Konstruktion des Kessels selbst, auf die Grosse des Gehaltes an Verbrennungsrückständen ein Einfluss ausgeübt werden. Es können z.B. bei Bemessung der Zugquerschnitte Fehler3) unterlaufen, welche bewirken, dass die Zugstärke geringer ausfällt, als sie für normale Verhältnisse sein sollte. Die Folge davon wäre, dass die Kohle schlechter durchbrennt, da die Luft nicht an alle Teile des Brennmaterials gelangen kann, es würde mehr Schlacke entstehen, als für normale, richtig gewählte Verhältnisse entstehen dürfte.

Ganz ähnlich würde der Fall liegen, wenn der Kessel bezw. dessen Züge mit Flugasche teilweise angefüllt wären. Durch die angesammelte Flugasche wird es – allerdings je nach Anordnung und Lage der Züge mehr oder weniger – nicht ausbleiben, dass die Zugstärke verringert wird, infolgedessen bei normaler Beanstrengung des Kessels und Rostes genau wie im vorstehenden Falle die Kohle schlechter durchbrennt, als bei normalem Zug. Dies würde schon bei gasreichem Brennmaterial der Fall sein und noch mehr würde dies zur Geltung kommen bei Verwendung eines Materials von magerer Beschaffenheit.

Für die richtige Ausnutzung eines Materials auf dem Roste kann natürlich nicht allein in Betracht kommen, dass überhaupt genug Luft zugeführt wird – denn dies kann unter Umständen noch ganz gut der Fall sein, ohne dass deshalb eine rationelle Verbrennung stattfindet –, sondern vielmehr, dass die Luft noch mit einem gewissen Druck an das Brennmaterial trifft, welcher eben hervorrufen soll, dass jedes einzelne Brennmaterialteilchen in innige Berührung mit der entsprechenden Luftmenge kommt. Es kann sogar der Fall eintreten, dass der Kohlensäuregehalt der Abgase in einer Grosse ermittelt wird, welche auf eine rationelle Ausnutzung der Kohle schliessen lässt, ohne dass dies, aus vorerwähntem Grunde, wirklich der Fall ist. Einen wesentlichen Einfluss auf diese Ausnutzung wird vor allem auch der Anstrengungsgrad des Kessels ausüben und wird dieser Unterschied in der entstehenden Menge von Rückständen mit zunehmender Anstrengung im Verhältnis grösser werden.

Obwohl nun die Brutto Verdampfung, welche in dem Bruttogewicht der Kohle bezahlt wird, infolge schlechterer Ausnutzung des Materials gegen normale Verhältnisse zurückgegangen sein wird, so kann doch infolge des jetzt grösseren Aschen- und Schlackengehaltes die Nettoverdampfung so ausgefallen sein, wie sie unter richtig gewählten Verhältnissen eingetreten wäre, so dass also aus der Nettoverdampfung allein gar kein Schaden, bezw. kein schlechterer Wirkungsgrad nachzuweisen wäre, obwohl ein normal und richtig konstruierter oder in Ordnung befindlicher Kessel weniger Kohlen verbrauchen und dementsprechend auch weniger Geld im Betriebe kosten würde, als der untersuchte. Die Verhältnisse können sich sogar derartig stellen, dass die Nettoverdampfung grösser wird, als in einem normalen Falle und mithin durch Vergleich der Nettoverdampfungen unter Umständen eine Mehrleistung nachgewiesen wäre, obwohl in Wirklichkeit mehr Kohlen zur Erzeugung einer gewissen Dampfmenge gebraucht worden sind, als in einem Falle, in welchem normale Verhältnisse herrschen.

Gegenüber der Nettoverdampfung bietet die Bruttoverdampfung einen direkten Massstab für die Ausnutzung der Wärme im Kessel, auch dann noch bis zu einem gewissen Grade, wenn der Heizwert des fraglichen Brennstoffes (Kohle) nicht genau bekannt ist, sondern wenn man nur den Schlacken- und Aschengehalt desselben kennt4), wobei jedoch wiederum vorausgesetzt ist, dass die Kohle nicht zu feucht ist. Im Kalorimeter jedoch wird der Heizwert der Kohle so bestimmt, wie dieselbe thatsächlich zur Verwendung gelangt, so dass also bei dieser Bestimmung sowohl |183| dem Wasser als auch dem Aschengehalt Rechnung getragen ist.

Die Bruttoverdampfung gibt zwar ebenfalls den Wirkungsgrad des Kessels nicht direkt an, aber man ist durch dieselbe leicht in der Lage – vorausgesetzt, dass der Heizwert Hw der Kohle bekannt ist –, denselben zu bestimmen, denn es ist

5)

wenn mit η der Wirkungsgrad bezeichnet wird, und dieser Wert ist vollständig unabhängig von der Bestimmung des Unverbrennlichen bei einem Versuch.

Würde dagegen der Wirkungsgrad η durch die Nettoverdampfung bestimmt werden sollen, so würde die Genauigkeit dieser Bestimmung wiederum von der Genauigkeit der Bestimmung der Asche und Schlacke abhängen, denn es würde sein

5)

Da die chemische Zusammensetzung des asche- und wasserfreien Brennstoffes einen sehr untergeordneten Einfluss – falls nicht der Sauerstoffgehalt einen sehr unterschiedlichen Wert aufweist – auf den Heizwert der Kohle, wie sie zur Verbrennung gelangt, ausübt, so müsste die Nettoverdampfung für. Kohlen von gleichem Feuchtigkeitsgehalt sogar ungefähr dieselbe Grosse aufweisen, ganz gleichgültig, welchen Aschengehalt die Kohle aufweist, selbstverständlich gleiche Ausnutzung auf dem Roste und gleichen Wirkungsgrad des Kessels vorausgesetzt.

Als Beispiel mögen zwei, betreffs Grosse des Gehaltes an Unverbrennlichem ziemlich verschiedene Kohlensorten von nachstehender Zusammensetzung dienen6).



C


H


O + N


S


W


A
Kalorim.
Heizwert
der ur-
sprüngl.
Kohle
Kalorim.
Heizwert
der asche-
freien
Substanz
I 69,49 4,23 6,37 0,85 2,07 16,99 6633 8191
II 80,72 4,80 8,66 1,56 0,98 3,28 7637 7983

Die Bruttoverdampfungen würden sich bei einem Wirkungsgrad von 0,7 ergeben zu

Tabelle 1.

Zusammenstellung verschiedener Heizwerte und der entsprechenden Brutto- und Nettoverdampfungen.

A

v. H.
C

v. H.
A + C

v. H.
H

v. H.
O + N

v. H.
S.

v. H.
Theoretischer
Heizwert
W.-E.*)
Bruttover-
dampfung für
η = 1,0
Nettoverdampfung
Differenz

Δ
W

v. H.
0 87 87 4,5 5,2 1,8 8191 12,86 13,11 0,25 2,0
2 85 87 4,5 5,2 1,3 8029 12,6 13,11 0,51 2,0
4 83 87 4,5 5,2 1,3 7867 12,35 13,14 0,79 2,0
6 81 87 4,5 5,2 1,3 7705 12,09 13,14 1,05 2,0
8 79 87 4,5 5,2 1,3 7543 11,83 13,14 1,31 2,0
10 77 87 4,5 5,2 1,3 7381 11,58 13,15 1,57 2,0
12 75 87 4,5 5,2 1,3 7219 11,33 13,17 1,84 2,0
14 73 87 4,5 5,2 1,3 7057 11,08 13,19 2,11 2,0
16 71 87 4,5 5,2 1,3 6895 10,82 13,20 2,38 2,0
18 69 87 4,5 5,2 1,3 6733 10,59 13,21 2,62 2,0
20 67 87 4,5 5,2 1,3 6571 10,31 13,21 2,90 2,0
22 65 87 4,5 5,2 1,3 6409 10,31 13,22 3,16 2,0
25 62 87 4,5 5,2 1,3 6166 9,68 13,26 3,58 2,0

*) Nach der Verbandsformel: .

Hierbei muss allerdings noch auf einen Umstand aufmerksam gemacht werden, welcher einen gewissen Einfluss auf die Bruttoverdampfung ausübt, der sich im Kalorimeter nicht zeigen kann. Derselbe besteht darin, dass beim Abschlacken, wenn das Unverbrennliche vom Roste entfernt wird, ein gewisser Prozentsatz an Wärme zugleich mit der Schlacke entfernt wird, da die Schlacke meist noch glühend aus dem Feuer gezogen werden muss. Dieser Umstand wird aber um so grösseren Einfluss erreichen, je grösser der Schlackengehalt der Kohle sein wird, so dass jene Kohle mit grösserem Aschengehalt eine etwas kleinere Verdampfung aufweist, als ihr nach dem Heizwert und dem Wirkungsgrad des Kessels an sich zukommen würde.

Die Netto Verdampfungen würden für vorstehendes Beispiel, unter Zugrundelegung des kalorimetrischen Heizwertes der wasser- und aschefreien Substanz, folgende Grossen erhalten:

Der Unterschied in den vorstehenden Zahlen (9,00 gegenüber 8,77) erklärt sich hinlänglich durch den verschiedenen Sauerstoffgehalt der beiden Kohlensorten.

Wie eine Vergleichung der beiden Werte zeigt, ist die Nettoverdampfung für die Kohle mit grösserem Aschen–, also kleinerem Kohlenstoffgehalt sogar etwas grösser ausgefallen, als diejenige der anderen, während die Bruttoverdampfungen einen Unterschied von etwa 10% im entgegengesetzten Sinne, bezogen auf den wirklichen Heizwert der beiden Kohlensorten, aufweisen. Man müsste also, wenn nach den Nettoverdampfungen geurteilt würde, die erstere Kohle für eine ganz vortreffliche und den Wirkungsgrad, gegenüber dem zweiten Fall, für einen ganz vorzüglichen halten.

Würde der kalorimetrische Heizwert der aschefreien Substanz nicht bekannt sein und wollte man die Nettoverdampfung aus der Zusammensetzung des Materials ermitteln, so müsste der Wassergehalt, wenn das Resultat mit den oben berechneten Werten annähernd übereinstimmen soll, mit berücksichtigt werden, und zwar hätte derselbe als Asche zu gelten. Man würde also erhalten:

Diese unter Zuhilfenahme der Analyse bestimmten Nettoverdampfungen würden natürlich nur für geringen Feuchtigkeitsgehalt mit den durch Verdampfungsversuch bestimmten Netto Verdampfungen annähernd übereinstimmen können.

Aus Vorstehendem dürfte bereits zur Genüge zu ersehen sein, dass der Gehalt an Unverbrennlichem bezw. |184| an Kohlenstoff, wenn die übrige Zusammensetzung nicht zu sehr wechselt, wesentlich nur auf die Bruttoverdampfung Einfluss ausübt, indem dieselbe mit steigendem oder fallendem Kohlenstoffgehalt ebenfalls, wenn auch nicht genau proportional, steigt oder fällt, während die Nettoverdampfung sehr wenig von der Grosse dieses Gehaltes berührt wird, sondern einen nahezu konstanten Wert aufweist.

Nachstehende Zusammenstellung, die jedoch keinen Anspruch auf grosse Genauigkeit erhebt, sondern nur zum Beweise des vorher Aufgeführten dienen soll, möge dies für die verschiedensten Werte von A und C darstellen.

Die in vorstehender Tabelle berechneten Heizwerte, Brutto- und Nettoverdampfungen sind in beistehender Fig. 1 nochmals in etwas übersichtlicherer Weise zusammengestellt, derart, dass auf den für den verschiedenen Aschen- bezw. Kohlenstoffgehalt errichteten Senkrechten die entsprechenden Heizwerte, Brutto- und Netto Verdampfungen aufgetragen sind. Wie ein Blick auf die Figur zeigt, ist der Heizwert und mithin die Brutto Verdampfung bei kleinstem Aschengehalt, also grösstem Kohlenstoffgehalt, ebenfalls am grössten und fällt mit abnehmendem Kohlenstoff- bezw. zunehmendem Aschengehalt, wie die Kurven HH1 und BB1 zeigen, während die Linie für die Nettoverdampfung, welch letztere auf den Heizwert der brennbaren Substanz bezogen ist, der Grundlinie GG1 nahezu parallel verläuft, Linie NN1. In Wirklichkeit würden die praktischen Werte für zn wohl noch etwas über dieser Linie liegen, etwa wie durch den Linienzug NN2 dargestellt ist, hervorgerufen durch unverbrannte Brennmaterialteile, welche sich der Asche und Schlacke beimischen, und welcher Umstand nie ganz zu vermeiden sein wird. Bemerkt sei übrigens noch, dass, wenn die Netto Verdampfung ohne Rücksicht auf den Wassergehalt bestimmt wird, der Wert für dieselbe bei dem Aschengehalt O dieselbe Grosse aufweisenmüsste, wie die Bruttoverdampfung, d.h. also dass für diesen Fall Punkt N mit B zusammenfallen müsste.

Textabbildung Bd. 316, S. 184

Im übrigen war hier angenommen, dass der Wassergehalt nur einen verhältnismässig geringen Wert (etwa 2%) aufweise, wie dies für gewöhnliche, nicht angefeuchtete Kesselkohle (Steinkohle) in der Regel zutreffend sein wird. Je mehr dieser Wassergehalt zunimmt, desto mehr werden die hier bestimmten, auf das Verbrennliche der Kohle bezogenen Nettoverdampfungen von den wirklichen, bei einem Verdampfungsversuch festgestellten abweichen, wie sich dies für Braunkohlen, deren Wassergehalt durchweg sehr hoch ist, einstellen wird; doch wird im übrigen auch für diese das hier Gesagte gelten.

(Schluss folgt.)

|182|

D.h. es muss Rücksicht genommen werden auf den ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt der Kohle.

|182|

Und doch ist diese Art der Garantie noch sehr verbreitet; dem Verfasser sind sogar Verdampfungsversuche zu Händen gekommen, in welchen die Bruttoverdampfung überhaupt nicht angeführt war.

|182|

Nicht selten werden derartige Fehler bei Anlage von Ueberhitzern gemacht, bei welchen die Gase meist gezwungen werden, in vielen Windungen durch enge Rohrbündel hindurchzugehen.

|182|

Natürlich muss man die Kohlensorte und deren Zusammensetzung ungefähr kennen.

|183|

Wobei selbstverständlich vorausgesetzt ist, dass das verdampfte Wasser auf 736 Kalorien Erzeugungswärme reduziert war und ferner, dass nur trockener Dampf erzeugt wurde bezw. dass auch die Nässe des Dampfes mit berücksichtigt ist.

|183|

Wobei selbstverständlich vorausgesetzt ist, dass das verdampfte Wasser auf 736 Kalorien Erzeugungswärme reduziert war und ferner, dass nur trockener Dampf erzeugt wurde bezw. dass auch die Nässe des Dampfes mit berücksichtigt ist.

|183|

Die Werte dieser Tabelle sind der Zusammenstellung von H. Bunte, Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1900 S. 670, entnommen.

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