Im D am pfkesselbetriebe w ird durch die V erbrennung W ärm e frei (vgl. S. 105), welche an die H eizflächen ü b e rtra g e n w erden soll; dabei en tsteh en unverm eidliche V erluste, d. h. der V organg lä u ft m it einem W irkungsgrade ab, der je nach der G eschicklichkeit der A nordnung u n d B etriebsführung verschieden hoch ausfällt. Die h au ptsächlichsten W ärm e Verluste sind:
1. V erlust d u rch die freie W ärm e der abziehenden V erbrennungs
gase :
a) d u rc h die tro ck en en V erbrennungsgase, b) d u rch die V erdam pfungsw ärm e des W assers, c) d u rch die Ü berhitzungsw ärm e des W asserdam pfes.
W ird m it dem u n te re n H eizw erte H f x gerechnet, so fä llt b) fort.
2. V erlust durch u n v e rb ran n te Gase.
3. V erlust durch u n v e rb ra n n te Teile in den A schenrückständen und der Schlacke n eb st fü h lb a rer W ärm e d er R ü ck stän d e.
4. V erlust d u rch Flugkoks, d er in die Züge m itgerissen w ird.
5. V erlust durch R u ß in den V erbrennungsgasen.
6. V erlust durch S trah lu n g u n d F o rtle itu n g von W ärm e d u rch das M auerwerk, K esselteile usw. (m eist als R e st b e stim m t); hierin sind e n th a lte n noch B eträg e zu r A nw ärm ung des B rennstoffes von A u ß en tem p e ratu r auf A b g a ste m p e ra tu r; u n d zur A nw är
m ung, V erdam pfung sowie Ü berhitzung des in der V erbrennungs
lu ft e n th a lte n e n W asserdam pfes bis au f A b g astem p eratu r.
Die V erluste wechseln je nach den B etriebsverhältnissen in ihrer Größe u n d im V erhältnis zueinander u n d hängen in gewisser W eise v o n
D ie W ä r m e v e r lu s te im K e s se lb e trie b e . 1 6 9 einander ab. Die b eträch tlich sten Verluste bew irken die u n ter 1 u nd 2 aufgeführten m it den Gasen abziehenden W ärm em engen; m an kann aber zugleich auch auf deren Größe am m eisten Einfluß ausüben, deshalb ist es sehr w ichtig, über alle U m stände, welche dieselben beeinflussen, genaue A usk u n ft sich zu verschaffen.
Es sind auf die A bgasverluste von B edeutung:
1. d i e M e n g e d e r A b g a s e ; s i e werden durch die K ohlenzusam m en
setzung u n d durch einen größeren oder kleineren L uftüberschuß bei der V erbrennung bedingt : als M erkmal dafür g ilt der C 0 2-G ehalt der A b
gase, der um so geringer ist, je m ehr die V erbrennungsgase durch ü b er
schüssige L u ft v e rd ü n n t w erden;
2. d ie T e m p e r a t u r d e r A b g a s e ; der V erlust w ächst infolge der ste i
genden spezifischen W arm en etw as rascher a n als die T em peratur der G ase;
3. d e r G e h a l t d e r A b g a s e an brennbaren Teilen wie CO, CH4, R uß.
Zur E rm ittlu n g der V erluste bedarf m a n in erster Linie einer U n te r
suchung der Gase auf C 0 2, 02 bzw. bei genauen B estim m ungen noch auf CO, CH4 u n d R u ß sowie einer K ohlenuntersuchung; außerdem is t eine T em peraturm essung erforderlich. D ann berechnet m an nach den in A bschnitt 8 angeführten Eorm eln die Zusam m ensetzung der Abgase in K ub ik m etern oder K ilogram m , bestim m t u n te r Zugrundelegung der steigenden spezifischen W ärm en (Zahlentafel 6, 7, 8 u n d A bb. 4) für die einzelnen G asbestandteile die E inzelbeträge der V erluste u n d setzt die Summe derselben zum K ohlenheizw ert in Beziehung. Verschiedene Rechnungsweisen für verschieden große G enauigkeiten mögen n ach stehend besprochen werden, u n te r A nnahm e einer vollkom m enen V er
brennung u n d u n te r B erücksichtigung einer unvollkom m enen V er
brennung; dabei seien außer den auf S. 134 angegebenen Zeichen noch folgende v e rw a n d t:
V erbrannte K ohlen in K ilogram m = M , T em p eratu r d er abziehenden Gase in 0 C = T , T em p eratu r d e r in die Feuerung einziehenden L u ft ° C = t , T em p eratu r des B rennstoffes in ° C = tB
.
Die m ittlere spezifische W ärm e zwischen t u n d T für 1 kg (1 m 3) sei cPl (SPl) fü r K ohlensäure, cPi (SPJ fü r W asserdam pf, cp, (®P2) Sauerstoff, cPs (&P.) „ K ohlenoxyd,
cPA & v.) » Stickstoff, „ M ethan3,
C m = m ittle re spezifische W ärm e von 1 m3 der trockenen V erbren
nungsgase b ei 0° u n d 760 m m . Sie w ird am besten aus A bb. 5, S. 51, entnom m en.
E ü r die zw eiatom igen Gase 0 2, N 2, CO sind die spezifischen W ärm en für 1 m3 gleich groß (vgl. Zahlentafel 7).
170 D ie V e r b r e n n u n g a u f d e r F e u e r u n g .
a) Abgasverlust durch freie Wärme der Rauchgase bei vollkommener Verbrennung (ohne CO-Bildung und dergl.).
Es w ird u n te r V erw endung der Form el 47 b) auf S. 141, w enn m an in K i l o g r a m m r e c h n e t , der V erlust V durch freie W ärm e d er Abgase in W ärm eeinheiten, w enn o, n , 1c aus der G asuntersuchung b e k a n n t sind, g e n a u :
bezogen au f den u n te re n H eizw ert.
V ernachlässigt ist hierbei der W assergehalt der V erbrennungsluft (der bei der B erücksichtigung sonst zu W zu zählen w äre) sowie der geringe G ehalt der Gase an schwefliger Säure. Säm tliches W asser W der Kohle ist in den Gasen en th alten .
F ü r viele R echnungen ist die B e n u t z u n g d e s R a u m i n h a l t e s bezogen auf °/760 bequem er; d u rch Teilen der einzelnen Glieder obiger Gleichung m it den jeweiligen spezifischen G ew ichten u n d E insetzen der m ittleren spezifischen W ärm en fü r 1 m3 erg ib t sich d a n n d er V erlust in W ärm eeinheiten genau fü r d en u n te re n H e iz w e rt:
L egt m an Form el 47 auf S. 140 zugrunde, fü r die V erbrennungsgas
menge u n d m ultipliziert den tro ck en en G asanteil m it der m ittleren spezifischen W ärm e C p m , den W asserd am p fan teil m it d er m ittleren spezifischen W ärm e je K u b ik m ete r 0 ° /7 6 0 m m v o n 0,365, so erhält m an die sog. frühere „ V e r e i n s f o r m e l “ , bezogen auf d en u n t e r e n H e iz w e rt:
C pm e n tn im m t m an aus A bb. 5, S. 51.
I n den Grenzen von 250 — 300° A b g astem p eratu r u n d 10—1 5 v H C 0 2 k a n n m an C pm = 0,33 einsetzen, da sich Gpm fü r die tro ck en en Gase m it K ohlensäuregehalt n ich t sehr w esentlich ä n d e rt.
F ü r d en o b e r e n H eizw ert gilt:
fl 71/
V = M 3,667 • C 0 ■ cPl + 1,432 K 0 ■ - • cP2 + 1,254 K 0 - ■ cP3
+ (9 H 0 + W ) c Pi (T — t) (kcal/kg) . 61)
V = M ^ C p
j
( T — t ) (in k cal/kg). 61 b)V = ^ k k l ' C p m { T ~ t ) + ^ ^ H + W ) 9 H 4- IF
+ ° ’46 — Jqq— { T - tB) (k ca l/k g ). 61c)
Die W ärm everluste im Kesselbetriebe. 171 D as M ittelglied für die K ondensationsw ärm e des W asserdam pfes ist hinzugetreten.
F ü h rt die V e r b r e n n u n g s l u f t für 1 k g B rennstoff d kg W a s s e r d a m p f m it sich, so kom m t zu vorstehender Gleichung 61c) noch das Glied
0,46 • d ■ ( T — t) hinzu.
F ü h rt m an diese R echnungen für verschiedene K ohlensorten u nd für verschiedenen L uftüberschuß aus, so m erk t m an, da die Zusam m en
setzung der Abgase nach früheren U ntersuchungen bei gleichem Luft- überschusse sich n ich t m ehr wesentlich m it der K ohlensorte ändert, daß der W ärm everlust in erster Linie abhängig ist von dem T em p eratu r
unterschiede zwischen Abgasen u n d A ußenluft u nd von dem C 02-Gehalte der Abgase; m an k a n n dann, ohne den H eizw ert der K ohle kennen zu müssen, u n te r A nnahm e vollkom m ener V erbrennung des gesam ten Brennstoffes fü r überschlägige R echnungen, die aber für viele B e
dürfnisse genügen, den W ä r m e v e r l u s t i n P r o z e n t e n e rm itteln aus der S i eg e r t sehen Form el für Steinkohlen fü r den u n teren H eizw ert
V = 0,65 , ...61 d) K i
Diese Form el ist allerdings nur so lange genau, als u n v erb ran n te Gase u n te r 0,3 R aum teilen vorhanden sind, darü b er hinaus zeigt sie zu große W erte an (vgl. S. 179).
Die Form el g e sta tte t eine zeichnerische A uftragung in einem Schau
bilde 30, das eine überaus klare V orstellung von dem Zusam m enhang des T em peraturunterschiedes zwischen Abgasen u nd A ußenluft, dem C 0 2-G ehalte der Abgase u n d dem A bgasverluste b ietet u nd sehr ü b er
sichtlich zeigt, wie sich eine Ä nderung der T em peratur oder des C 0 2- Gehaltes auf den A bgasverlust bem erkbar m acht. F ü r B raunkohlen gilt das zweite Bild m it etw as höheren W erten (vgl. Form el 62 a). Man k an n aus dieser D arstellung ersehen, daß bei gleicher A bgastem peratur der unverm eidliche V erlust um so geringer wird, je höher der K ohlensäure
gehalt i s t ; desgleichen bei dem selben K ohlensäuregehalte um so geringer, je niedriger die F u ch stem p eratu r ist. So b e trä g t z. B. bei 280° U n ter
schied zwischen Abgas- u n d K esselhaustem peratur der A bgasverlust für Steinkohlen 34 v H bei 6 vH K ohlensäure, w ährend er bei 10 v H K o h lensäure auf 21 v H sinkt.
Zu überschlägigen R echnungen genügt die D arstellung vollständig, besonders um rasch die W irkung eines Eingriffes in den V erbrennungs
vorgang zu überblicken, oder auch um z. B. festzustellen, welche Ver
besserung des W irkungsgrades durch H erabkühlen der Gase beim E in bau eines R auchgasvorw ärm ers erzielt wird. Als A nhalt m ag dabei
1 7 2 Die V erbrennung auf der Feuerung.
Steinkohlen. B raunkohlen.
Abb. 30. W ärm everluste durch die fühlbare W ärm e der V erbrennungsgase in P rozent des K ohlenheizw ertes, bezogen auf den u n teren H eizw ert H/x.
dienen, d aß im D urchschnittsbetriebe die Gase im F u ch s vor dem Schorn
steine gemessen einen C 0 2-G ehalt von 9 —12 v H besitzen.
b) Abgasverluste durch fühlbare Wärme der Rauchgase bei unvollkommener Verbrennung.
Is t die V erbrennung n ic h t vollkom m en vo r sich gegangen, sondern ist eine B ildung von K o h l e n o x y d , M e t h a n u n d R u ß en tstan d en , so wird dieses n ic h t ohne E influß auf die freie W ärm e der Abgase bleiben;
neuere U ntersuchungen von C o n s t a m u n d S c h l ü p f e r hab en erwiesen, daß d an n die einfache Überschlagsform el n ic h t genaue E rgebnisse bietet.
H a s s e n s t e i n 1) h a t versucht, in einer Form el, welche, ohne den langen Umweg über die Z usam m ensetzung des B rennstoffes, sich n u r auf die U ntersuchung der Gase auf b a u t, diesen V erhältnissen R echnung zu tragen. E r g eh t davon aus, d aß etw as K ohle u n v e rb ra n n t d u rch den R o st fä llt und setz t für m ittlere V erhältnisse den V erlust an K ohle = 3 vH, die spezifische W ärm e der trockenen R auchgase = 0,32 fü r 1 m 3, die von
J) H a s s e n s t e i n , Z. f. D am pfk. u. M. 1910, S. 26 u. 173.
Die W ärm everluste im Kesselbetriebe. 178 W asserdam pf = 0,37 u n d C 02 + CO + CH4 + 0,37 S = 10 v H ; dabei nim m t er fü r die Steinkohle als höchsten C 0 2-Gehalt der Gase 19,0 v H an.
D ann gilt für den A bgasverlust für S t e i n k o h l e als sehr genaue Form el bezogen au f den u n tere n H eizw ert:
F = 0,65 • ■■ T — \ ———— in Prozent. . . 62) k x + /*-2 + c h + 0,33 ' F ü r B r a u n k o h l e stellt H a s s e n s t e i n eine ähnliche Form el auf:
T f
V = v • f- 4 in P r o z e n t, 62 a)
worin e = -+- Tc2 -j- c h + - JRQa bedeutet, u n d v aus vorstehendem DjOO
Schau bilde 31 entnom m en w erden k a n n ; R k an n 1—3 g fü r 1 m3 Gas gesetzt werden.
v h ä n g t also vom W assergehalte der K ohle u n d von s zugleich ab und k a n n n ich t als k o n sta n t gesetzt werden wie bei Steinkohle. Infolge des hohen W assergehaltes der B raunkohle k an n eine einfachere R ech
nungsweise n ic h t gegeben werden.
I s t der K ohlenstoffgehalt des Brennstoffes b ekannt, so k an n m an die entstehende Gasmenge in m3°/760 nach Form el
r ________ 1,865 G0 jj 9 H 0 -P W
, n = 7
mm
r ' 0,804 ' ' }k t + h + d , + I M
berechnen u n d d en auf G rund steigender spezifischer W ärm en ge
w onnenen M ittelw ert zwischen 0 u n d 300° für W asserdam pf zu 0,51 Abb. 31.
'HC 7r
IVasserffeha/r c/er ßraunkoß/e W
A bgasverlust durch fühlbare W ärm e für Braunkohlenfeuerung rp _ £
berechnet nach V = v ■ --- in Prozent.
1 7 4 D ie V erbrennung auf der Feuerung.
fü r 1 kg einsetzen. D an n w ird der A bgasverlust in W ärm eeinheiten, bezogen auf d en u n te re n H eizw ert:
M ■ 1,865 c , + m m + W \
, , , , I I
l i... »9
T&x
+
^2~t“ c
h~H
5,36( T — t ) (in kcal/kg) 64)
C pm k a n n = 0,33 zwischen 0 u n d 300° g esetzt oder besser aus A bb. 5, S. 51, entn o m m en w erden.
C 0, H 0, W sind in Gew ichtsteilen, lc1 , k 2 , c h in R au m teilen einge
se tzt (vgl. S. 134).
L eg t m an d en o b e r e n H eizw ert zugrunde, so t r i t t noch fü r die K ond en satio n s w asserbildung d er W e rt
6 (9 H + W ) hin zu , ebenso wie in F o rm el 61c.
N och genauer ist die neue in den „ R ic h tlin ie n “ aufgestellte Formel, die alle V erhältnisse b erücksichtigt, bezogen auf den o b e r e n H eiz
w ert:
0,536 (¿i + + e h ) pm 2c h
+ 6{ 9 H + W ~ 1,6 G0 ^ - } G lied b
(in kcal/kg) 64 a)
B ezieht m an auf den u n te re n H eizw ert, so fä llt Glied b fo rt.
I s t die V erbrennungsluft n ic h t vorgew ärm t, so is t im allgemeinen Bei vollkom m ener V erbrennung geh t obige G leichung ü b er in Glei
chung 61b) bzw. 61c), S. 170.
Die Ü berschlagsform eln N r. 62 u. 62 a fü r V in v H w erden in ihren E rgebnissen n atu rg em ä ß etw as abw eichen, weil sie in ih rer Ableitung v on verschiedenen G rundlagen ausgehen u nd, u m eben einfach zu wer
den, M ittelw erte s t a t t der w irklichen W erte v erw en d en ; doch b leib t in vielen F ällen, w enn m an die Z usam m ensetzung der K ohle n ic h t genau k e n n t, keine andere R echnungsm öglichkeit übrig.
D er Fehler dieser F orm eln b e trä g t indes höchstens etw a 6 v H vom E ndw erte, so d a ß also die p ra k tisch g u te A nw endungsm öglichkeit gegeben ist.
B e i s p i e l 16. E s möge ein Zweiflam m rohrkessel von 100 m2 H eiz
fläche m it 22 kg D am pf auf 1 m2 H eizfläche u n d S tu n d e bean sp ru ch t w erden bei 8 a t Ü berdruck. D abei w erden v e rb ra n n t 300 kg
schle-D ie W ärm everluste im Kesselbetriebe. 1 7 5 sische Steinkohle nach Z ahlentafel 45, S. 114. Die V erbrennungsgase ziehen m it 310°, gemessen vor dem Schieber, a b ; die A ußentem peratur betrage 20 ° C. Es werde der A bgasverlust erm ittelt, wenn die trockenen Gase in R aum teilen en th a lte n C 02 = 9,0 vH , CO = 0,5 vH , 02 = 10,2 vH , N2 = 80,3 vH . D er V erlust an A schendurchfall betrage 3 vH , bezogen auf die zur V erbrennung gelangende Kohle.
D a 1 kg K ohle 0,73 kg K ohlenstoff besitzt u nd 3 vH davon m it der Asche verlorengehen, so bleiben fü r die V erbrennung nu r noch 0,71 kg C übrig.
G erechnet nach K ilogram m nach Form el 61) w ird m it steigender spezifischer W ärm e u n te r A nnahm e vollkom m ener V erbrennung:
V = 300 3,667 • 0,71 • 0,221 + 1,43 • 1,865 • 0,71 • 10’ • 0,2182
t/)U
+ 1,254 • 1,865 • 0,71 • —80,3• 0,250 + (9 • 0,045 + 0,038) • 0,524 ( 3 1 0 - 2 0 ) ,
V = 300 [0,576 + 0,463 + 3,71 +-0,232] • 290 = 300 • 5,0 • 290, V — 435 000 kcal fü r 1 h.
Der u n tere H eizw ert der K ohle betru g H u = 6900 kcal. In Bezie
hung zu der eingelieferten W ärm e gesetzt, w ird der V erlust durch die freie W ärm e der A bgase:
R echnet m an nach der Vereinsformel 61 b), so ergibt sich ohne R ü ck sicht auf unvollkom m ene V erbrennung:
F = 300 0,32 71
+ 0,48 9 • 4,5 + 3,8
100 290
0,536 • 9,0
= 300 • 4,92 • 290 = 428 000 kcal, V erlust = 20,7 vH.
S etzt m an die W erte in die genauere Form el 64) ein, worin die unvoll
kommene V erbrennung berücksichtigt ist, so wird
V = 300 0.325 + 1' 8„6+ 0 .5 1 . 9 - 4'5 + 3'8 (310 — 20) 9 , 0 + 0,5 ' ^ 100
= 300 (4,53 + 0,226) • 290 = 300 • 4,756 • 290 = 413 500 kcal;
das erg ib t 19,9 vH Verlust.
Die S i e g e r t s c h e Form el 61 d ergibt:
0 , 65 - ( T — t) 0,65-290 V =
k 9,0 = 21,0 v H ,
1 7 6 D ie V e rb re n n u n g a u f d e r F e u e ru n g .
c) Der Verlust durch unyerbrannte Glase.
U n v erb ran n te B estandteile in den Abgasen, m eist schw ere K ohlen
.¡r a*
zerinlösung als Sperrflüssigkeit eine D urchschnittsprobe über den ganzen Versuch a n u nd u n te rsu ch t sie im L aboratorium . zu verm eiden, weil m an sonst m it Sicherheit CO-Bildung in den Abgasen befürchten m uß. A ußerdem wachsen die V erluste durch unvollkom m ene V erbrennung m it dem G ehalte der K ohlen an flüchtigen B estandteilen
1 7 8 Die V erbrennung auf der Feuerung.
d e r W ä r m e v e r l u s t d u r c h u n v o l l k o m m e n e V e r b r e n n u n g b e trä g t, bezogen auf d en u n t e r e n H eizw ert Hu :
V u = G m s|3 0 ,5 • + 85,16 c h + 25,68 • / t j (k c a l/k g ) . . 66) u n d bezogen auf d en o b e r e n H eizw ert H0:
= G m s{30,5 . + 94,8 c h + 30,5 • h
J
(k c a l/k g ) , . . 66 a) Die B eiw erte sind die bei der V erbrennung v o n m3 von 0°, 760 mm6 100
der b etreffenden G asart frei w erdenden W ärm em engen, vgl. Zahlentafel 2 u n d 3.
W ill m an gleich d e n V e r l u s t i n v H rechnen, so sind die er
h a lten en W erte v u d u rch den H eizw ert zu dividieren u n d m it 100 zu m ultiplizieren, also
v u ■ 10 0. Vu=m — H— m
F ü r Steinkohle u n te r A nnahm e eines h öchsten C 0 2-G ehaltes von 1 9,0v H (vgl. Z ahlent. 52) gilt folgende N äherungsform el1):
3046ÄV+ 8573 c h
¡1
2598 • h . ,, J L1 7 V * I < * , + ' * , + ■*) m T H ’ ...“ b ) B r a u ß g ib t folgende einfache N ä h e r u n g s f o r m e l für alle Kohlen an, die vielfach g enügt:
70 • Je» . TT
v » = /bi 7, j r f 1V2 E m m ...
<,ßc)
B e i s p i e l 17. D as R echnungsbeispiel 16 auf S. 174 möge die Ü ber
legung verdeutlichen, es erg ib t sich nach Form el 65), S. 177, eine trockene Gasm enge von % 60:
0,113 “ 0,536 (9,0 + 0,5) = 13:92 mS ‘
E s sind bei k 2 = 0,5 v H d ah er 0,005 • 13,92 = 0,0696 m3 CO in den Gasen noch e n th a lte n ; diese ergeben noch eine W ärm e von 0,0696 • 3046 = 212 kcal bei vollkom m ener V erbrennung zu C 0 2. Da der u n te re H eizw ert der K ohle H u == 6900 kcal betrug, w ird also der V erlust d u rch unvollkom m ene V erbrennung 212 = 3,18 v H oder, aus der F orm el 66) gerechnet:
1 3 , 9 2 . 3 0 , 5 0 - 0 , 5 . 1 0 0 010 TT ---69ÖÖ 3' 1 8 v H
-1) H a s s e n s t e i n , U nvollkom m ene V erbrennung. Z. f. D am pfk. u. M. 1910, S. 28 ff.
D ie W ä r m e v e r lu s te im K e s s e lb e trie b e . 179 einige Vergleichswerte für Steinkohlengase gegeben, welche m an bei Verwendung obiger Form eln e rh ä lt (vgl. Z ahlentafel 55 u nd Auf
Höchster C 02-Gehalt der Verbrennungsgase bei voll
kommener Verbrennung ohne Luftübersohuß