a) Verlustlose Verbrennung im geschlossenen Raume.
Bei der V erbrennung irgendeines B rennstoffes e n tste h t eine T em p e ratu r, die um so höher ist, je vollkom m ener der VerbrennungsVor
gang a b läu ft u n d je weniger A usstrahlungsverluste sich störend be
m erk b ar m achen. D ie t h e o r e t i s c h j e w e i l i g m i t d e m B r e n n s t o f f e h ö c h s t e e r r e i c h b a r e V e r b r e n n u n g s t e m p e r a t u r würde sich im geschlossenen, gegen A usstrahlung geschützten R aum e u n ter A usschaltung aller Verbrennungs- u n d W ärm everluste, also bei voll
kom m ener V erbrennung, erzeugen lassen. Alle entw ickelte W ärm e findet sich in den Gasen wieder.
0 k a n n aus der Zusam m ensetzung des B rennstoffes erm itte lt werden.
E n th ä lt 1 kg B rennstoff C kg K ohlenstoff, H kg W asserstoff, 0 kg Sauerstoff, 8 kg Schwefel, W kg W asser u n d A kg Asche, so errechnet sich bei vollkom m ener V erbrennung ohne L uftüberschuß, also w enn für 1 kg B rennstoff n u r die theoretisch erforderliche Luftm enge L 0 m 3 z u tritt, die V erbrennungstem peratur zu
0 = --- - ^ . . ¿55)
0,31 L 0 + 0,15 O + 2,6 H + 0,5 W + 0,22 ( 0 - 5 ) + 0,2 A ' H a ist der H eizw ert des Brennstoffes (unterer, bezogen auf W asserdam pf).
V orausgesetzt ist, d aß die T em peratur der zugeführten L u ft 0°
b e trä g t; angenom m en ist dabei eine unveränderliche spezifische W ärm e der Gase. I n W irklichkeit ist indes die erreichte T em peratur w esent
lich niedriger, weil die spezifische W ärm e m it der T em peratur zunim m t (vgl. S. 44) u n d ein Zerfall der V erbindungen bei hohen T em peraturen e in tritt.
H erb erg , TTeuerungsteehnik. 4. A ufl. H
1 6 2 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 .
M it den u n te r dem n äch sten A bschnitte gegebenen Bezeichnungen k a n n auch gesetzt w erden bei beliebigem L u ftü b ersch u sse:
© = + 56)
Gr • Cp
Gasm enge u n d spezifische W ärm e k ö n n en auch fü r K u b ik m eter eingesetzt w erden; d a n n w ird die spezifische W ärm e am einfachsten aus A bb. 5 entnom m en.
B e i s p i e l N r. 14: Die V e rb ren n u n g stem p eratu r v on lufttrockenem K oks v on C = 84 v H u n d 7000 kcal (Z ahlentafel 45) ist bei L u ftz u tritt v on 0 ° zu erm itteln , bei 10 v H C 02 in d en Gasen. Aus F orm el 47 ergibt sich:
G asm enge G m3 = 15,65 + 0,15 = 15,80 m3 .
S etzt m an schätzungsw eise eine V erb ren n u n g stem p eratu r v on 1200°
ein u n d en tn im m t d a fü r die spezifische W ärm e aus A bb. 5 fü r die tro ck en en Gase = 0,355 u n d fü r W asserdam pf = 0,505, so errechnet sich:
0 1 0 0 0 ‘ - 7000 - 1230°
1 5 ,65-0,358 + 0 ,1 5 -0 ,5 0 5 5,676
W ill m a n d en W irkungsgrad d e r F eu eru n g m it rj1 oo 0,94 berücksich
tigen, so sin k t 0 auf 1230 • 0,94 = 1150°.
b) Verbrennung unter Verlusten sowie unter W ärm estrahlung aui die Heizflächen.
Bei der technischen V erbrennung auf der F euerung tre te n v er
schiedene V erluste auf, welche die W ärm eentw icklung hem m en. Hin geringer Teil des B rennstoffes fä llt u n v e rb ra n n t durch den R o st oder b leib t in der Schlacke zurück; es w ird m ehr L u ft zu geführt als theore
tisch erforderlich ist, d. h. die F euerung a rb e ite t u n te r L uftüberschuß bzw. m it unvollkom m ener V erbrennung; ein kleiner Teil der entw ickelten W ärm e w ird durch die F e u ertü r, den R o st u n d das M auerw erk nach außen abgeführt. Die V erbrennungsluft u n d der B rennstoff m üssen a n gew ärm t u n d das im B rennstoff en th alten e W asser m u ß verd am p ft werden. E inen Teil des F euerraum es um geben die K esselheizflächen, welche strahlende W ärm e em pfangen. Bei V orfeuerungen ist diese Fläche kleiner, bei Innen- u n d U nterfeuerungen ab er ziem lich b e trä c h t
lich. D a diese b estrah lte H eizfläche die w irksam ste ist, h a t m an, wie u n te r A bschnitt 16 a näh er ausgeführt, In teresse d aran , sie so groß als zulässig zu m achen. Diese auf die H eizfläche au sg estrah lte W ärm e
m enge ist ziemlich hoch (bis 30 vH ), u n d d a sie der glühenden B renn
schicht entnom m en wird, se tz t sie die V erb ren n u n g stem p eratu r im Zu
sam m enw irken m it den oben aufg efü h rten V erlusten w esentlich herab.
D ie V e r b r e n n u n g s te m p e r a tu r u n d d e r E in f lu ß d e r S tra h lu n g . 1 6 3 Dabei is t vorausgesetzt, was ja auch m eistens wirklich zutrifft, daß die V erbrennung der Gase im Feuerraum e oder nach Bestreichen der be
strah lten H eizfläche beendet ist, u nd d aß die V erbrennungstem peratur der Gase an n äh ern d gleich derjenigen der glühenden R ostschicht ist.
N achstehend ist diesen V erhältnissen R echnung getragen, wobei m an sich k lar sein m uß, daß die R echnungen n u r angenähert gelten. Es sollen bezeichnen:
r]1 = W irkungsgrad der F euerung; d. h. das V erhältnis der für 1kg B rennstoff tatsäch lich für die T em peraturbildung n u tzb ar ge
m achten W ärm em enge in Beziehung zum Heizwerte.
L 0 — T heoret. erforderliche Luftm enge in kg für 1 kg Brennstoff.
L = v • L 0 = wirklich gebrauchte Luftm enge in kg für 1 kg Brennstoff.
G — (1 -f- v L 0) = erzeugte Gasmenge einschließlich W asserdam pf in kg für 1 kg Brennstoff.
ta = A nfangstem peratur der V erbrennungsluft ° C.
cp = M ittlere spezifische W ärm e der R auchgase bei konst. D ruck für 1 kg (vgl. A bschnitt 3 d), gerechnet m it steigender spezifischer W ärm e.
H u = U n terer H eizw ert des Brennstoffes (bezogen auf W asserdam pf) in W ärm eeinheiten.
T = V erbrennungstem p. der Gase, annähernd = Temp. der glühenden R ostschicht ° C.
tw = A u ß en tem p eratu r der b estrah lten Heizfläche ° C.
R = R ostfläche in m 2.
B = B rennstoffm enge in 1 S tunde in kg.
ausgestrahlte W ärm e o = A usstrahlungsverhältnis = — „—,--- —— ;•,---r-~
auf dem R oste n u tz b a r gem achte
ß W ärm e.
— = m2 R ostbeanspruchung kg/m2/h. E bene senkrecht zur m ittleren S trahlungsrichtung.
S 1 = D urch S trahlung an den K essel vom R oste in 1 Stunde abge
gebene W ärm em enge in W ärm eeinheiten.
F ist zu setzen: a) bei Innenfeuerungen, wo nahezu alle W ärm e von den um gebenden H eizflächen aufgenom m en w ird (m it A usnahm e der T ürverluste usf.) gleich der strahlenden R ostfläche in m 2.
b) Bei Vor- u n d U nterfeuerungen gleich dem Q uerschnitte in m2 des S trahlenbündels, das durch die Ö ffnung zwischen Kessel und F eu errau m hindurchgeht u n d d u rc h die auch die Gase nach dem K essel ziehen.
E s e rm itte lt sich d a n n die aus dem B rennstoff gewonnene W ärm e
m enge zu:
B - H u - V l...57)
1 1*
1 6 4 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 .
Die in den V erbrennungsgasen entw ickelte W ärm em enge b eträg t, w enn die V erbrennungsluftm enge gleich der V erbrennungsgasm enge gesetzt w ird, was ab er bis auf einige P ro zen te n ic h t ganz s tim m t:
D ie V e r b re o n u n a s te m p e ir a tu r u n d d a - E in f lu ß d e r S tr a h lu n g . 1 6 5
h anden sind., bei t a ~ 2 0 z L u ftein trittste m p e ratu r und t K = 2 0 0 ' K esselw andtem peratur. Zugrunde gelegt w urden drei m ittlere K ohlen
sorten. nasse deutsche B raunkohle von 1840 kcal, böhm ische Braunkohle von 4430 keal u n d B uhrkohle von 7540 kc-aL sowie verschieden stark e spruchung, w ährend die V erbrennungstem peratur bed eu ten d ansteigt.
T e m p e r a t u r m e s s u n g e n im E e u e r r a u m 1) v o n E infla mm roh r - aus hochw ertigen Scham ottesteinen ausgerüstet w ar. lag die T em p eratu r durch sch n ittlich h e i 110O'. also etw a 4 0 0 ' h ö h er u n d fiel heim Auf-
1 6 6 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 .
E rm ittlu n g des Strahlungseinflusses. M an g eh t von den Beziehungen auf S. 164 aus. B ezeichnet m an die durch S tra h lu n g vom R o ste in 1 S tunde abgeführte W ärm em enge m it S v so g i l t :
B ( T— ta) G • cp + S x = B ■ H u - r j 1 , B — ta -j- B - H u - n i — 8 ,
B • G • c„ 58)
S ta tt B G c p k an n m an auch B ( l -j- v • L Q) c p einführen.
H ierin is t S x nach dem Strahlungsgesetze von S t e p h a n - B o l t z m a n n , Form el 23), S. 85, zu errechnen:
<T + 273V ( t a -\- 273 V
S 1 «= 4 • F in kcal u n d 1 h.
100 1 \ 100 /
M an k an n zur V ereinfachung fü r die m eisten F älle als zutreffend ta c o 200 ° setzen u n d e rh ä lt d an n für das zweite K lam m erglied den W ert 500.
F ü r die V erbrennungstem peratur der Gase e rg ib t sich d a n n aus Form el 58) u n te r B erücksichtigung der S trah lu n g der genaue W ert:
( T + 2 7 3 \4 B • B u ■ — 4 - F
B — t a + 100 / — 500
B ■ G ■ c„ in °C 59)
m an k a n n auch G c p = (1 + v L 0) cp einsetzen.
D er A u sstrahlungsanteil e rm itte lt sich aus
f T + 273^4 ( t a + 273 V
m 100 100 / .
B ■ H „ B ■ H „ Vi 60)
Aus den gegebenen F orm eln lassen sich leicht folgende Gesetz
m äß ig k eiten 1) ablesen:
1. der A u s s t r a h l u n g s a n t e i l a f ä l l t m it steigender R ostbean-( B \ .
spruchung 1-^1, m it steigender K esselbeanspruchung, m it abneh
m ender b e stra h lte r H eizfläche u n d m it steigender V erbrennungs
te m p e ra tu r T ;
2. der A u s s t r a h l u n g s a n t e i l o w ä c h s t m it Z unahm e des B ren n stoffheizwertes, m it steigendem C 0 2-G ehalte der V erbrennungs
gase (oder m it abnehm endem L uftüberschusse v) u n d m it steigen
der b e stra h lte r H eizfläche;
1) Vgl. auch A. D o a c h , E in g estrah lte W ärm e u n d B rennstoffausnutzung.
Z. f. D am pfk. u. M. 1916, S. 121. (Die Z ahlenw erte sind n ich t zutreffend, weil in die Form eln s t a tt der absoluten T em peraturen T -j- 273 n u r die gew öhnlichen ein
gesetzt wurden.)
D ie V e r b r e n n u n g s t e m p e r a t u r u n d d e r E in f lu ß d e r S tr a h lu n g . 1 6 7
3. die V e r b r e n n u n g s t e m p e r a t u r T s t e i g t m it steigender R o st
beanspruchung, m it steigendem C 02-Gehalte, m it steigender K esselbeanspruchung u n d m it Abnahm e der bestrah lten H eiz
fläche.
Aus den obigen A usführungen ist die hohe W ichtigkeit der bestrah lten Kesselheizfläche fü r die D am pfleistung des Kessels ersichtlich.
B e i s p i e l 15 (vgl. auch Messung S. 216). Auf einer Innenfeuerung von R = 2,2 m2 R ostfläche werden fü r 1 m2 u nd Stunde 95 kg S aar
kohlen von H u = 6900 kcal bei nahezu vollkom m ener V erbrennung ver
feuert u n te r B ildung von 13 v H C 0 2; es sei daher = 0,96 gesetzt. Die bestrah lte Kesselheizfläche b etrage 3,7 m 2, die L u fttem p eratu r sei ta = 20°. Wie groß ist die V erbrennungstem peratur T u n d der durch Strahlung an die Kesselheizfläche übergegangene W ärm eanteil o?
Nach Z ahlentafel 45 erg ib t sich der L uftbedarf L zu 9,65 kg, u nd aus Abb. 25 fin d et sich fü r 13 vH C 02 eine L uftüberschußzahl v = 1,46;
dam it ergibt sich die V erbrennungsgasm enge einschließlich W asser
dam pf zu G = (1 + v • L 0) = 15,1 kg für 1 kg K ohle; es ist dann B = 95 • 2,2 = 209 kg/h, u nd es betrage cp = 0,26.
D a in der Form el 59) die gesuchte V erbrennungstem peratur auf bei
den Seiten vorkom m t, so sch ätzt m an (am besten nach Z ahlentafel 53) dieselbe erst u nd e rm itte lt so einen W ert, m it dem m an d an n nochm als in die Form el eingeht. E s ergibt sich also u n te r A nnahm e von T = 1100 °
209 • 6900 • 0,96 - 4 - 2 , 2 ^ 110° + 273^
T = 20 d---
A
ioo / — 500209 • 15,1 • 0,26
= 2() + 2 3 8 3 0 0 0 - ^ 3 5 1 0 0 I ^ + 1 ^ 0 0 0 = 1325o.
822 822
S etzt m an diesen W ert von 1325° wieder in die Form el ein, so erh ä lt m an die w irklich erzeugte T e m p eratu r:
y . 2 0 + 1 3 ^ 0 0 0 - 8 , 8 . 6 4 8 0 0 = 20 + g l | g O _ 1()I0.
822 822
D er A usstrahlungsanteil e rm itte lt sich zu:
570000
° ~ R • H a • n i ~ 1383 000 _ ’ ‘
Das h eiß t 41 v H der gesam ten erzeugten W ärm em enge sind an die be
strah lte Kesselheizfläche übergegangen. W äre keine W ärm e durch S tra h lung verlorengegangen, soThätte sich eine T em peratur nach Form el 56) bilden können von:
B ■ H u • Vl 1383 000
1 6 8 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 .
Die Strahlungsabgabe der F euerung h a t also die V erb ren n u n g stem p eratu r um 670 ° gegen die theo retisch mögliche herabgesetzt. Auf 1 m2 b estra h lte r Kesselheizfläche sind nach obigem —- = 154 000 kcal/m 2/h ü b er
gegangen. ’
In diesem Z usam m enhang sei besonders auf die A usführungen in A b sch n itt 16 u nd 3 5 f hingewiesen.
K urz erw äh n t sei auch noch die W ichtigkeit einer gleichm äßigen Ver
b ren n u n g stem p eratu r. Im allgem einen is t sie in d en einzelnen R o st
zonen bei WTanderrosten u n d S chüttfeuerungen u n d in dem V erbren
nungsspiele der einzelnen Z eitab sch n itte zwischen den jeweiligen Be
schickungen bei H andfeuerung verschieden hoch. Ausgleichend w irken ein genügend großer V erbrennungsraum u n d das um gebende M auerwerk bei Vor- u n d U nterfeuerungen, das im allgem einen die m ittlere Ver
b ren n u n g stem p eratu r an n im m t u n d W ärm e z u rü c k strah lt.