GLÜCKAUF
Berg- und H ü t t e n m ä n n i s c h e Zeitschrift
Nr. 43 25. Oktober 1924 60. Jahrg.
Der Verbrennungsvorgang bei der Kohlenstaubfeuerung.
Von Dipl.-Ing. F. S c h u l t e , D ire k to r des D a m p fk e sse l-Ü b e rw a c h u n g s-V e re in s der Zec hen im O b e rb e r g a m tsb e z ir k D o rt m u n d zu Essen.
Der V e r b r e n n u n g s v o r g a n g bei der K o h le n sta u b fe u e ru ng konnte in d en b eid en bek ann ten B ü ch ern v o n M ü n - z i n g e r 1 u n d B l e i b t r e u 2 n o c h nich t e r s c h ö p fe n d b e handelt w erden, w e il bei ihrer A b f a s s u n g n o c h kein e Er
geb n isse v o n e in g e h e n d e n V e r su c h e n an K o h le n st a u b feuerungen Vorlagen. A u c h d ie Amerikaner, auf deren Erfahrungen sich die b eid en Verfasser im w e se n tlic h e n stützen, haben m e in e s W i s s e n s d en V e r b r e n n u n g s v o r g a n g bei der K o h le n sta u b fe u e r u n g b isher n o c h nich t durch genaue w issenschaftliche U n t e r s u c h u n g e n erforscht. A n fänge dazu sin d allerd in gs v o m Bureau o f M in e s g e m a c h t worden. A u c h m e in e V e r ö ff e n tlic h u n g e n 3 k ö n n e n aus dem selben G r u n d e keinen A n sp r u c h auf V o llstä n d ig k eit erheben. In zw isc h e n hat N u s s e l t 4 versucht, d en V er
b ren n u n g v o rg a n g in der K o h le n sta u b fe u e r u n g rechnerisch zu erfassen. S o w ertvoll auch e in i g e dabei g e w o n n e n e Er
kenntnisse sind, m ü sse n d o c h die er rech neten Z ah len mit Vorsicht a u fg e n o m m e n w er d e n , da die d en B e r e c h n u n g e n zu g ru n degelegten V erhältnisse in der F e u e r u n g n iem als vorhanden sind.
N ach stehend soll n u n m e h r v ersu ch t w e r d e n , d en V er
b r e n n u n g sv o r g a n g auf G r u n d der b ish e r v o r l ie g e n d e n Er
kenntnisse und Erfahrungen etw a s e in g e h e n d e r zu b e h a n deln, w o b e i jed och m a n g e ls a u sre ich en d e r w isse n sc h a ft
licher U n te r su c h u n g e n auch n u r ein u n v o l l k o m m e n e s Er
gebnis erwartet w er d e n kann.
Der Brennstoff.
Für die B ren n stau b feu eru n g kann jeder feste Bren nstoff nach entsprechender A u fb e r e itu n g v e r w a n d t w e r d e n . D ie nachfolgenden B etrachtungen s o lle n sich je d o c h auf die K o h l e beschränken. Bekanntlich bereitet m an sie in der Regel vor der V e r w e n d u n g in d er K o h le n s t a u b fe u e r u n g auf, um ihr die für die V e r b r e n n u n g in S tau bform erforderlichen Eigenschaften zu g e b e n . D ie A u fb e r e itu n g b esteh t in der Hauptsache in V e r m a h lu n g u nd , w e n n n ö tig , au ch in Trocknung. D ie M ahlfeinh eit w ird nach d em D u r c h g a n g durch ein Sieb v o n b estim m ter M a s c h e n w e ite ermittelt.
Als N orm alsieb gilt zurzeit in D e u ts c h la n d das S ieb 5 0 0 0 , entsprechend 7 0 - 7 0 = 4 9 0 0 M a s c h e n / c m 2, in Amerika das Sieb 2 0 0 , en tsp r e c h e n d 2 0 0 M a s c h e n /Z o l l o d er 6 2 0 0 M a s c h e n /c m 2. D e r K o h le n s t a u b hat d ie se lb e n p h y S 48' ^ “ n z ' n £ e r : K ohlenstaubfeuerungen für ortsfeste Dampfkessel, 1921,
• B l e i b t r e u : Kohlenstaubfeuerungen, 1922, S. 3.
• Glückauf 1921, S. 413; 1923, S. 205.
4 Z. V . d . i . 1924, S. 124.
sik alischen u n d c h e m is c h e n E igen sch aften w i e die K ohle, au s der er hergestellt ist, s o w e i t sie nich t durch die A u f
b ere itu n g (K o r n g r ö ß e u n d W asse rge h alt) verändert w o r d e n sind. Bei sc h le ch t arb eite n d em T r o ck n e r kann au ch ein e E n t g a s u n g der K o h le stattfinden, d ie a u s wirtschaftlichen G r ü n d e n u n b e d in g t zu ver m eid en ist. Im ü b r ig e n w ird d er Staub hinsichtlich d e s G e h a lte s an K oh lenstoff, W asserstoff, Sauerstoff, K ok s u n d flü c h tig e n B e sta n d teilen d ie E igen sch aften der u r sp rü n g lich en K o h le besitzen.
D ie sich durch die V e r s c h ie b u n g e n im G ehalt an C, H und O e r g e b e n d e n Verhältnisse bei der V e r b r e n n u n g w e r d e n a n n ä hern d d iese lb en sein w ie bei der R o stfeueru ng. An H a n d einer nach der bekann ten B r o o c k m a n n s c h e n Ü b e r sicht hergestellten A b b ild u n g h a b e ich d iese Verhältnisse bereits e in g e h e n d b e h a n d e lt 1. H ier sei nur w ied er h olt, daß der G ehalt an flü c h tige n Bestandteilen b ei der V e r w e n d u n g der K o h le v o n w ese n tlic h e r B e d e u tu n g ist, u n d zw a r ist das Verhältnis H — ü : C , d. h. d e s verfügb aren W asserstoffes zu m K oh lenstoff, b e stim m e n d . N a ch der g e n a n n te n A b b il
d u n g ist d ie se s Verhältnis am g ü n stig ste n nich t etw a bei der gashaltigsten K o h le (G a sfla m m k o h le u n d Braunkohle), s o n d e r n bei der Fettkohle, die e r f a h r u n g sg e m ä ß ja a u ch bei R ostfe u e ru n g e n die g ü n st ig st e n V e r b r e n n u n g s e r g e b n is s e zeitigt. D ie K urve H — § ; C fällt bei d en m a g er n Brenn-
o
stoffen stark, bei den g ash altigen sc h w a c h ab. D ie V er
b r e n n u n g w ird a lso bei sehr ga sh a ltig en K o h le n im a llg e m ein en g ü n s tig e r als bei gasarm en K o h le n u n d am u n g ü n stigsten b eim K ok s verlaufen. B e is p ie ls w e is e ist das V er
hältnis H — ü ; c bei Anthrazit etw a 2, bei B r au n k oh le etw a 4 u n d bei Fettkohle etw a 5. H ierau s g e h t hervor, daß K ok s u n d Anthrazit im a llg e m e in e n recht u n g ü n s t ig e B renn- stoffe für die V e r te u e r u n g sind. B e id e lassen sich ü b r ig e n s au ch n u r s c h w e r verm ahlen u n d verursachen daher h ö h e r e M ah lk osten als d ie ü b r ig e n Brennstoffe.
D e r A s c h e n g e h a lt der g e m a h le n e n K o h le w ird natürlich stets d erselb e sein w i e der der R o h k o h le , da durch die A u fb e r e itu n g kein e V e r ä n d e r u n g im A sc h e n g e h a lt eintritt.
Bei v o r der W ä s c h e au s der F ö rd er k o h le a b g e s a u g te m S te in k oh len stau b w ird der A sc h e n g e h a lt in der R egel in e i n e m b e stim m te n V erhältnis zu m F ein h eitsgrad der K o h le steh en , e n tsp r ec h e n d der h err sc h e n d en A n s c h a u u n g , daß der Rein h eitsgrad der K o h le m it der G r o b stü c k ig k e it z u n im m t
1 G lückauf 1923, S. 809 ff. und A bb. 1.
u n d u m gek eh rt mit der feinen K ö r n u n g ab nim m t. D ie s e r A n s c h a u u n g entsprechen f o lg e n d e Feststellun gen , die auf einer Fettkoh len zech e d es Ruhrbezirks mit a b g esa u g te m Staub g e m a c h t w o r d e n sind.
K ö rn u n g des K o hlenstaube s A sche ngeha lt
mm °/0
0 - 0 , 5 16,8
0 , 5 - 1 9
1 - 2 4 - 6
D aß die Verhältnisse je d o c h auch u m g e k e h r t liegen k ön n en , b ew eis t die n ach stehend e Z u s a m m e n s t e llu n g v on A sch en g eh a lten einer E ß k o h le aus dem Ruhrgebiet:
K o rn g r ö ß e A schengehalt
m m °/„
8 21,3
8 - 5 16
5 - 3,5 12,6
3 , 5 - 2 7,8
2 - 1 6,5
1 - 0 , 5 5,8
0 , 5 - 0,2 5,4
u n te r 0,2 6
Ein b e so n d e r e s K e n n ze ich en d es K oh le n stau b es ist der g e r in g e W assergehalt. Bekanntlich k ö n n e n die R oh r m ü h len ( K u g e lm ü h le n ) nur K o h le mit einem F eu chtigkeitsgehalt v o n w e n ig e r als 1 % verm ahlen, bei allen ü brigen M ü h len m u ß die Feuchtigkeit w e n ig e r als 6 % , für B raunkohle w e n ig er als 2 0 °/o betragen. K ohlen mit ein e m h öhern F e u c h tig keitsgehalt m ü sse n a lso vorher getrocknet w er d e n . D ie G r u b en fe u c h tigk eit beträgt b e i :
Westfälischer Steinkohle . . . i . 0,5 — 4 °l O berschlesische r Steinkohle . . . . 2 — 10 N iede rschle sisc her Steinkohle . . . 1 — 6 Englischer S t e i n k o h l e ... 0 , 5 — 6 R o h b r a u n k o h l e ... 4 0 — 60 D ieser g e r in g e W assergehalt d es K o h le n sta u b e s wird in der Regel einen verhältn ism äßig h o h e n H e iz w e r t b e d in g e n ; der H e izw e rt w ird bei S teink ohle mit einem A s c h e n gehalt v o n 5 — 5 0 % z w is c h e n 7 4 0 0 und 4 0 0 0 W E / k g , bei getrockneter B raun koh le z w is c h e n 4 5 0 0 u n d 5 0 0 0 W E / k g sc h w an k en . D ie s e Verhältnisse sind für die Er
la n g u n g h o h e r Temperaturen im Feuerraum gü n stig, da die V erbren nu ngstem p eratu r v o m H eizw ert, v o m Luftüber
s c h u ß u n d v o m F e u e r u n g sw ir k u n g sg r a d a b h ä n g ig ist.
Besondere Kennzeichen der Kohlenstaubfeuerung.
D ie K oh le n stau b fe u e ru n g hat g r o ß e Ä hnlichkeit mit der G a sf e u e r u n g u n d der ihr verw andten Ö lfe u e ru n g.
G erad e w ie bei diesen m u ß der Brennstoff in der S c h w e b e verbrennen, w a s bei G a s u n d Öl, feu erun gstech nisch b e trachtet, keine S ch w ierigkeiten bereitet, falls ein g e n ü g e n d g r o ß e r Feuerraum zur V e r fü g u n g steht. Bei K oh lenstaub f eu er u n g verbrennen jed och nicht nur die aus der Kohle a u sgetriebenen G ase, son d e rn auch die zu rückbleibenden K ok sk örn ch en . Für diese sind die V e r b r e n n u n g sb e d in g u n g e n w ese n tlic h u n g ü n stig e r als b e isp ie lsw eise bei R ost
f eu er u n g en . W ä h ren d bei diesen die V er b r en n u n g d es K ok s zeitlich w eit b egrenzt ist, w eil der Koks auf dem R ost lagert, ist sie bei der K oh le n stau b fe u e ru n g durch die B e d in g u n g , daß das K okskörnchen in der S c h w e b e verbrannt w erden m uß, zeitlich e n g begrenzt. Hierfür stehen in der Regel nur w e n ig e S ek un den zur V erfü gun g.
Ferner verbrennt der sc h w e r verbrennliche K ok s auf dem
Rost in sauerstoffreicher Luft, da er d ie Frischluft zuerst erhält, in der K o h le n sta u b fe u e r u n g in sauerstoffarm er Luft, n a ch d e m das a u sg e tr ie b e n e G a s zur V e r b r e n n u n g bereits ein en Teil d es Sauerstoffs verbraucht hat. W eiter unten soll n o c h g e z e i g t w er d e n , daß d ie se s u n g ü n s t ig e Verhält
nis durch gesch ick te Beiluftzufuhr geän d ert w e r d e n kann.
Ein w e se n tlic h e r U n te r sc h ie d z w is c h e n Kohlenstaub
u n d G a s fe u e r u n g besteht darin, daß das G a s durch einen F un ken g e z ü n d e t w er d e n kann, w ä h r e n d d er Kohlenstaub zu r U n ter h a ltu n g der V e r b r e n n u n g einer ständ igen W ärm e
zu fu h r durch die W a n d u n g e n e in e s h eiß en Feuerraumes bedarf. D ie s e ist b e d in g t durch die E r h itz u n g d es Kohlen
sta u b lu ftg em isc h e s auf E n tz ü n d u n g ste m p e r a tu r u nd durch die T r o c k n u n g u n d E n t g a s u n g d es B ren nstoffes. D ie Ent
z ü n d u n g stem p e ra tu r der festen B ren n stoffe ist n o ch nicht einw an dfrei festgestellt. D ie n a c h ste h e n d e Z u sam m en stellu n g enthält die b isher im Schrifttum b ek ann tgew or
d en en Zahlen, w o b e i zu beach ten ist, daß die Spalte 2 die E n tzü n d u n gste m p er atu r en in rein em Sauerstoff wiedergibt.
Z a h l e n t a f e l 1. E n t zü n d u n g ste m p er a tu r en v o n B rennstoffen.
Brennstoff
Holm 1 (in Luft)
Sinnat und M o o r e 2 (In Sauerstoff)
Bunte3 (in Luft)
1 2 3
B r a u n k o h l e ... 250 —
_
Steinkohle, b ö h m isch e . . . 390 — —
K e n n e l k o h l e ... — 230 — A n t h r a z i t ... 440 258 — H o l z k o h l e ... — 248 252 H a l b k o k s ... — — 395
Gaskoks, westfälischer . . . — 505
G askoks, obersc hlesische r — j JV o
535 Z e c h e n k o k s ... — — 640
W e n n die ein z eln en Zah len auch nich t als unbedingt richtig a n g e s e h e n w e r d e n k ö n n en , s o b e w e is e n sie doch, daß je nach d em Charakter d es B ren n stoffes sehr große U n ter sch ie d e in den E n tzü n d u n g ste m p er a tu r en bestehen, und daß die Temperatur in rein em Sauerstoff wesentlich niedriger liegt als in der Luft. B u nte g ib t weiter an, daß die E n tzü nd un gstem p eratur m it s te ig e n d e m Sauerstoffgehalt der Luft, g röß erer W i n d g e s c h w i n d i g k e i t u n d geringerer K o r n g r ö ß e sinkt, vie lleich t au ch mit der Wärmeleit
fähigkeit.
Ein w eiteres K e n n ze ich en der K ohlenstaub feueru ng ist die gu te Feu er fü h r u n g, die e r m ö g lic h t wird durch engste räum liche und zeitliche V e r e in ig u n g der verschiedenen Ver
b ren n u n g sstu fen , durch g e n a u e B e m e s s u n g der Luftmenge, durch Z u fü h r u n g der Luft an z w e c k m ä ß ig ste r Stelle und durch die G le ic h m ä ß ig k e it der Brennstoffk örn un g. Hier
durch ist e s m ö g lic h , m it g e r in g e m Luftüberschuß, d. h.
h o h e n T emperaturen, zu arbeiten und die strahlende Wärme in w e ite s tg e h e n d e m M aß e a u szu n u tz en , deren Abgabe be
kanntlich mit der vierten P o te n z der a b so lu te n Temperatur steigt. W e g e n der gu te n F e u e r fü h r u n g ist auch die Wärme
e n tw i c k lu n g bei der K o h le n s t a u b fe u e r u n g sehr gleichmäßig, im G e g e n s a tz zu R o stfe u e ru n g e n , w o sie durch die unter
b r o c h e n e B e s c h ic k u n g , die Z u n a h m e der Verschlackung, d ie V ersch iedenartigk eit d es B ren n stoffes u n d .d ie Bedienung
1 Z. angew . Chem. 1913, S. 273.
2 Z. V. d. I. 1921, S. 1289.
3 Oas- u. W asserfach 1922, S. 592.
25. Okt obe r 1924 G l ü c k a u f 973
w e itg e h e n d b eeinflu ßt wird . G e g e n ü b e r d en G a s- u n d Ö lfe u e ru n ge n besitzt die K o h le n s t a u b fe u e r u n g d en V o r teil h öherer H e iz w ir k u n g . W e n n als M aßstab der H e i z wert in W E je cb m B ren n sto fflu ftg e m isch g e w ä h lt wird, so beträgt b e is p ie ls w e is e der H e iz w e r t bei der theoretisch erforderlichen L u f t m e n g e 1 für
W E G i c h t g a s ... 500 G ene ra torgas . . . . 550 H e i z ö l ...720
W E W a s s e r g a s ... 730 L e u c h t g a s ... 740 K o h le n s ta u b . . . 850 — 950 D er Einfluß v o n Sch lack e und A sc h e auf die V er
b ren n u n g ist seh r g e r i n g , da sie s c h o n w ä h r en d des V e r b r e n n u n g s v o r g a n g e s a u s der F la m m e au ssch eid e n , während sie bekanntlich bei allen R o stfe u e r u n g e n je nach dem G ehalt der B ren nstoffe an V e r u n r e in i g u n g e n m eh r oder w e n ig e r g r o ß e S tö r u n g e n d e s V e r b r e n n u n g s v o r ga n g es verursachen. D ie der F la m m e d urch die E r h itz u n g von A sche u n d Schlacke auf die V er b r en n u n g stem p er a tu r en tzo g e n e W ä r m e ist eb en falls o h n e B e d e u t u n g für den V er b r en n u n g sv o r g a n g . Beträgt b e is p ie ls w e i s e die s p e z i
fische W ärm e v o n A sc h e u n d Schlacke bei d en in Frage k om m en d en h o h e n Tem p eraturen 0 , 2 4 , s o ist selbst bei einem A sch en g eh a lt d es B ren nstoffes v o n 5 0 % u n d einer Verbrennungstem peratur v o n 1 6 0 0 ° die e n t z o g e n e W ä r m e erst 1 6 0 0 • 0 , 2 4 • 0 ,5 = rd. 2 0 0 W E . E in e m erkliche T e m peraturverminderung, die an sich g a n z e r w ü n s c h t wäre, tritt selbst bei d iesem h o h e n A sc h e n g e h a lt nich t ein, d e n n bei einer mittlern sp ez ifisch en W ä r m e der R a u c h g a se v o n 0 ,3 und einer R a u c h g a se n tw ic k lu n g v o n rd. 10 c b m je k g K o h le würde die T e m p er a tu r v er m in d e ru n g nur 2 0 0 : 3 = rd. 7 0 ° betragen. A u ch der W a sse r g e h a lt der K o h le kann fast völlig vernachlässigt w e r d e n , da er im Mittel bei S te in kohle nur 5 % , bei B r aun koh le e tw a 1 7 % beträgt. D ie durch V er d a m p fu n g d es W a sse r d a m p fe s u n d se in e Ü b e r hitzung auf 1 6 0 0 ° g e b u n d e n e W ä r m e beläuft sich d em n ac h bei Steinkohle auf etw a 7 3 W E je k g K oh le, bei B raun kohle auf etwa 2 5 0 W E je k g K oh le. Bei S te in k oh le würde hierdurch ein e T e m p e r a tu r v e r m in d e r u n g u m rd.
25°, bei Braunkohle u m rd. 8 0 ° eintreten.
Der Verbrennnngs vorgang.
Der V e r b r e n n u n g s v o r g a n g w ird im a llg e m e in e n ähnlich w ie bei allen festen B ren nstoffen verlaufen, d. h. zu n äch st die Erhitzung, dann die E n t g a su n g , darauf die V er b r en n u n g des G a se s u n d sc h ließ lic h die V e r b r e n n u n g des Koks erfolgen . Im ersten Teil d e s V e r b r e n n u n g s v o r ganges, bei der Erhitzun g, w ir d W ä r m e g e b u n d e n . D ie spezifische W ä r m e der K o h le hat sich n o c h nicht e i n wandfrei feststellen lassen, w a h r sch ein lich ist sie bei den in Betracht k o m m e n d e n h o h e n T em p eraturen im Mittel etwa 0 ,3 5 u n d sc h w a n k t m it d e m G a sg e h a lt der K ohle.
Bei einer E r w ä r m u n g auf 1 6 0 0 ° w ü r d e n d e m n a c h 16 0 0 • 0 ,3 5 = 5 6 0 W E je k g B ren nstoff g e b u n d e n . Bei plötzlicher E r w ärm u n g, o h n e v o r h e r g e g a n g e n e t eilw e ise Verbrennung, w ü r d e d iese B i n d u n g e in e Tem p eratu rver- ringerung der F eu er g a se u m fast 1 9 0 ° zur F o l g e haben.
In Wirklichkeit ü b e r sc h n e id e n sich aber E r h itz u n g , E n t
g a su n g u nd V e r b r e n n u n g z u m T e il; im m e rh in m u ß dafür gesorgt w erden, daß d urch d en g e e ig n e t e n Bau der F eu er
kammer ein m ö g lic h s t g r o ß e r W ä r m e ü b e r s c h u ß an die
» Glückauf 1921, S. 416.
B r e n n e r m ü n d u n g g elan gt, d am it e in e sc h n elle Z ü n d u n g d es Bren nstoffes gew äh rle istet ist.
O b bei der E n t g a s u n g W ä r m e frei o d e r g e b u n d e n wird, steht n o c h nich t e in w a n d fre i fest. D ie n eu este A u ffa s su n g g eh t dahin, daß d urch die E n t g a s u n g W ä r m e frei wird, u n d z w a r w e r d e n für S te in k o h le f o lg e n d e Zahlen a n g e g e b e n :
K o k s a u s b r i n g e n ... 60 70 80 °/0 F re iw e rd e n d e W ä rm e , vom W ä r m e
in halt d e r K o h l e ... 4 3 1 °/0 A u c h w e n n d iese Zah len richtig sind, w e r d e n sie auf den V e r b r e n n u n g s v o r g a n g keinen w e se n tlic h e n E in fluß au sü b en .
Z u u n tersch eid en ist ferner n o c h z w is c h e n der Z ü n d u n g u n d der eig e n tlic h e n V er b r en n u n g .
D i e Z ü n d u n g .
D ie Z ü n d u n g d es B ren n stoffes w ird durch e in e g a n ze R eih e v o n E igen sch aften u n d äußern U m s t ä n d e n b e e i n flußt. Sie erfolgt d e sto schn eller, je rascher die W ä r m e a u fn ah m e stattfindet. D ie s e richtet sich zu n ä ch st nach d em Verhältnis der O b erfläch e z u m Inhalt d es K o h le n k ö rn ch en s. W ir d das K o h le n k ö r n c h e n als W ü rfel v o n g le ic h e n K an tenlängen a betrachtet u n d das V erhältnis der O b er fläch e zu m Inhalt mit n b ezeich n et, s o ist n = 6 a 2 : a 3, u n d bei K ör n c h e n v o n v er sc h ie d e n e r G r ö ß e mit b e is p ie ls w e is e den K antenlängen a a u n d a2 verhält sic h n i : n 2 = a 2 : a] . D ie ver h ältn ism äß ige G r ö ß e der O b erfläch e w ä ch st a lso m it der Mahlfeinheit, e in e Erkennt
nis, z u der auch N u s s e lt auf d em W e g e verw ickelter R e c h n u n g g e la n g t ist.
Ferner ist die äu ß e re Gestalt d e s K o h l e n k ö m c h e n s v o n E influß auf das V erhältnis der O b erfläch e zu m Inhalt.
U n ter d em M ik r osk op e r sc h e in e n die e in z e ln e n K o h le n k ö rn ch en n ie m a ls als K u g eln , selten als W ü rfel, in der R egel als a m o r p h e Körper v o n lä n glicher, oft n a d e lfö r m ig er G estalt (s. Abb . 1). D ie F o rm w e c h s e lt m it d em U r s p r u n g der K o h le u n d der M ühlenbauart. A u c h d ie au s der A b b ild u n g n ich t ersichtliche O b erfläch en rau h eit ü b t e in e n E in flu ß aus. U n ter d em M ik r o sk o p kann m an je nach der B e schaffenheit der U r s p r u n g s k o h le teils rauhe, teils glatte
Abb. 1. Durch ein 5000-Maschen-Sieb g e g a n g e n e r M a g e r k o h le n sta u b in h u n d e r tf a c h e r V e r g rö ß e r u n g .
O berfläch en erkennen. Im allgem ein en ze ig e n Anthrazit un d Q a sk o h le glattere Flächen als Fettkohle, die bekannt
lich am meisten zur S tau b b ild u n g neigt. D ie rauheste O b erfläch e wird w ahrsch einlich die B raun koh le haben.
Bei der Z ü n d u n g wird o h n e Z w eifel ein K o h le n stä u b ch en m it a m orp h e r K ö r n u n g u n d rauher O b erfläch e schn eller z ü n d e n als ein kristallinisches K örnchen mit glatter O b e r fläche. W ic h t ig ist ferner der Z ü n d p u n k t der K oh le (s. Zahlentafel 1), und zw ar wird der K ohlenstaub desto schneller zü n d e n , je tiefer der Z ü n d p u n k t der U r s p r u n g s k oh le liegt, der außerdem , w ie o b e n s c h o n erw ähn t w o r d e n ist, v o n der W in d g e s c h w in d ig k e it, d em Sauerstoffgehalt der Luft u n d der K o r n g r ö ß e beeinflu ßt wird. E ine E in w ir k u n g sm ö g lic h k e it auf d en Sauerstoffgehalt der Luft fehlt zwar, jed och ist a n zu n e h m en , daß bei der V erw irk lich u n g d es V orschlages, mit der V erb ren n u n gslu ft g le ic h zeitig einen Teil der R auchgase w ie d e r a b zu sa u g e n u n d in d en V erb r en n u n gsr au m einzub lasen, ein e V e r z ö g e r u n g der Z ü n d u n g durch V errin gerun g d es Sauerstoffgehalts in der V erbren nu ngsluft eintreten wird.
Eine m erk w ü r d ige E r sch ein u n g ist, daß die Z ü n d punkte der festen Brennstoffe niedriger liegen als die der flü s sig en u n d g a sig e n , u n d zw ar scheint die R egel zu b estehen, daß ein Brennstoff desto leichter zündet, je ver
wickelter sein M olek ül ist, an sch ein en d, w eil die Spaltun g d ieses M o lek ü ls leichter v o r sich g eh t als die e in e s e i n fachen. B e isp ie lsw e is e liegt der Z ü n d p u n k t d e s leichtesten Gases, d es W asserstoffs, über d em je n ig e n anderer B ren n stoffe, n äm lich bei etwa 8 0 0 ° . Flieraus k önn te man schließ en , daß die Z ü n d u n g der festen Brennstoffe durch die festen Bestandteile eingeleitet w ird u n d nicht durch die g a sig e n . D ie s w ü r d e jed och bei der K oh le n stau b feu er u n g ein T r u g s c h lu ß sein, w eil die E n tg a s u n g des Bren nstoffes bereits bei 3 0 0 ° b e g in n t u nd das ausgetriebene G a s anfängt zu brennen, e h e die E n tzü nd un gstem p eratur der K oh le erreicht ist. D aher m u ß m an a n n e h m en , daß im Betriebe der K o h le n sta u b fe u e ru n g das G a s zuerst zü n d e t u n d dann die Z ü n d u n g d es K o h le n stä u b ch en s beschleun igt.
V o n w ese n tlic h e m Einfluß auf die Z ü n d u n g sin d ferner die Strahlu ngsverhältnisse. D ie für die E rhitzung u n d Z ü n d u n g erforderliche W ä r m e w ird d em Brennstoff s o w o h l durch W an d stra h lu n g als auch durch Rückstrahlung aus der F la m m e zugeführt. D ie W a n d stra h lu n g wird desto w irk sam er sein, je m eh r W ärm estrahlen au s der heißern Z o n e durch die W a n d u n g an die kältere Z o n e der F la m m e gefü hrt w er d e n . D er vordere Teil der B ren n kam m er sollte daher ein e F orm erhalten, die ein e S a m m lu n g der zerstreuten W ärm estrahlen bewirkt. A m z w e c k m äß igste n wäre die Parabel- o d er ein e ihr angenäherte Form . Hierauf w ird man je d o c h nur bei K oh le n stau b fe u e r u n g e n für F lam m rohrkessel mit kleinen Feuerräumen b e so n d e r s Bedacht zu n e h m e n haben, da bei ändern K essel
bauarten d ie G r ö ß e d es Feu errau m es u n d der Flam m e ein e B e r ü c k sic h tig u n g der Strahlungsverhältnisse in der Kam mer w e n ig e r d ringlich m ach en . A uch w ird man bei ändern Kesselbauarten m ö g lic h s t au fg e h ä n g te D e c k e n 1 ver
w e n d e n , da deren V orteile g rö ß er sin d als etw a ig e N a c h teile in fo lg e g e r in g e r W an d strah lu n g. D ie größere B e
d e u tu n g ist jedenfalls der Rückstrahlung au s der Flam m e 1 »gl. Glückauf 1924, S. 773.
b e iz u m e ss e n . Sie w ird d esto stärker sein, je g r ö ß e r die A u s la d u n g der F la m m e ist. D ie s e w ird am b esten durch g e ringe E i n b la s e g e s c h w in d ig k e it erreicht, v o n deren übrigen Vorteilen später n o c h zu sp re ch en sein wird . Bei geringer E in b la s e g e s c h w in d ig k e it entfaltet sic h d ie F la m m e unmittel
bar hinter der M ü n d u n g zu e in e m breiten, w o g e n d e n Strom, der ein e A b stra h lu n g sflä c h e v o n h ö c h ste r T em peratur bildet.
A u c h die in n ig e M i s c h u n g d es K o h le n s ta u b e s mit der Luft w ird v o n einer g e w i s s e n B e d e u t u n g für d ie Z ü n d u n g sein, da d iese erst erfolgt, w e n n d as K o h le n stä u b ch en den zu seiner V er b r e n n u n g erford erlichen Sauerstoff vorfindet.
A uf die in n ig e M i s c h u n g d e s K o h le n s ta u b e s m it der Luft ist in m ein er f r ü h e m V e r ö f f e n t lic h u n g 1 s c h o n hingew iesen u n d dabei b eton t w o r d e n , w i e u n g ü n s t i g sich das M isch u n g sv e rh ä ltn is z w is c h e n K o h le n sta u b u n d Luft stellt, n äm lich bei ein e m L u ftü b e rsc h u ß v o n 2 5 °/o w ie etwa 1 : 1 0 0 0 0 , u n d daß sich dabei nur sehr s c h w e r ein gutes M isch u n g sv e rh ä ltn is dauern d erreichen l ä ß t D er Staub w ird mit der Luft z u m erstenm al an der Stelle gem ischt, wo die E in fü h r u n g d es K o h le n sta u b e s in die Lu ftleitun g erfolgt, bei S c h la g m ü h le n in der M ü h le selbst. N a c h h e r tritt in der R oh r leitu n g durch v er sc h ie d e n e S tr ö m u n g s g e s c h w in d ig keiten im R ohrqu ersch nitt u n d d urch Richtungswechsel teilw e ise e in e E n t m is c h u n g ein. D ie z w e it e Stelle für die in n ige M is c h u n g d es K o h le n sta u b e s mit der Luft ist der Brenner. D e r z w e c k m ä ß ig e n Bauart d es Brenners messen d aher zah lreiche Firmen b e s o n d e m W e r t bei. O h n e Zwei
fel w ird ein K o h le n sta u b lu ftg e m isc h , das a u s ein e m gut ge
bauten Brenner in die F e u e r u n g eintritt, s c h n eller zü nden als ein au s e in e m schlech t geb a u te n B ren ner zugeführtes. Man findet je d o c h au ch heute n o c h im Betriebe sehr schlechte Bauarten, die unter U m s t ä n d e n u n g ü n s t ig e r sin d als ein ein
faches R o h r o h n e B ren ner u n d d ie s o g a r d ie Z ü n d u n g ver
z ö g e r n , statt sie zu fördern. Zu d iese n Brennern gehören b e isp ie lsw e ise D ü se n , d ie d en K o h le n sta u b im Kern, die V er b r en n u n gslu ft in ein e m r in g f ö r m ig e n Mantel zuführen.
D abei m u ß die v o n au ß e n zu strah len d e W ä r m e zuerst den Luftmantel er w ärm en u n d d u r c h d r in g e n , e h e eine Zün
d u n g d es K o h le n sta u b es e r fo lg e n kann. D ie M isch u n g des K oh le n stau b es m it der Luft w ird dadu rch s o g a r verhindert, da sich die erwärm te Luft in der B r en nk am m er bei der h er r sc h e n d e n T e m p e r a tu r so fo r t auf d as s ech sfache Volumen au sdehnt, w ä h r en d der K oh lenstaub kern zu n äch st unberührt bleibt. Es ist daher unter allen U m s t ä n d e n richtiger, die Ver
b ren n u n gslu ft im Kern e in z u fü h re n u n d d en Kohlenstaub in e in e m r in g fö rm ig e n M a n t e l; dann w ir d d ie strahlende W ä r m e zuerst auf d en K o h le n sta u b treffen u n d ihn zünden, w ähren d g le ic h z e itig die sich e r w ä r m e n d e Luft bei der Aus
d e h n u n g den K oh le n stau b d urch dringt. D ie Bedeutung, die man anfänglich d en Bren nern b e i g e l e g t hat, kommt ihnen jed och nicht zu, da sich ihr E influ ß fast ausschließlich auf die Z ü n d u n g beschränk t u n d w e n i g e r auf die Verbren
n u n g erstreckt. D ie später n o c h zu b esp re ch en d e n Vor
g ä n g e in der Feu erkam m er lassen erk en n en , daß die an dritter Stelle m ö g l i c h e M i s c h u n g d e s K oh le n stau b es mit der Luft im Feuerraum d ie w ic h tig ste ist.
W ie bei allen F e u e r u n g e n , s o ist a u ch bei der Kohlen
staub feueru ng e in e h o h e T e m p er a tu r auf d ie Zündge
s c h w in d ig k e it v o n g r ö ß t e m Einfluß, ln d ieser Beziehung 1 Olückauf 1921, S. 416.
25. O k t o b e r 1924 G l ü c k a u f 9 75
liegen die V erhältn isse bei der K o h le n s t a u b fe u e r u n g sehr gü nstig, da, w ie o b e n bereits e r w ä h n t w u r d e , bei nied riger B e m e s s u n g d es L u ftü b e rsc h u sse s se h r h o h e Tem peraturen zu erzielen sin d, die etw a 80°/o der the ore tisch en e r reichen.
Endlich ist n o c h der G a sg e h a lt der K o h le zu er w ä h n en , der für die Z ü n d u n g e in e seh r w e s e n t lic h e B e d e u t u n g hat.
Je größ er der G a sg e h a lt der K o h le ist, d e sto stürm isch er und frühzeitiger er folgt d ie G a s e n t w ic k lu n g u n d d esto schneller wird daher die K o h le entzü nd et.
D ie hier an gefüh rten E igen sch aften u n d U m s t ä n d e sind so verschiedenartig u n d w e c h s e ln d , daß sie ein e r r e c h n e rischen E rfassun g die g r ö ß te n S c h w ie r ig k e ite n bieten. Es dürfte daher kaum m ö g lic h sein, die Z ü n d g e s c h w i n d ig k e it auf dem W e g e der R e c h n u n g e in w a n d fre i festzustellen, vielm ehr ist man hierbei a llg e m e in auf d en V ersuch a n gew ie se n . D a s t e c h n isc h e Schrifttum hat darüber b isher nur Mitteilungen ü b e r e i n i g e fra n zö sis ch e V e r su c h e mit K oh len stau b lu ftgem isch en gebracht, die zu r K läru ng der E xp losionsgefah r in B e rg w e rk en an gestellt w o r d e n sind.
Sie w erden v o n d en Verfassern selbst als nich t z u verlässig b ezeichn et. Mit zie m lic h e r Sich erheit darf aber a n g e n o m m e n w er d e n , daß die Z ü n d g e s c h w i n d ig k e it der Kohle g erin ger ist als d ie der G a se . H ierü b er enthält das Schrifttum f o lg e n d e für e in e n D ru ck v o n 1 at abs.
geltende A n g a b en : Brennbares im
Gemisch
Luftüberschuß- zahi
T e m p e ra tu r
»C
Zünd- geschwindigkeit
m/sek Wasserstoff-Luft
0,14 2,5 15 2,58
0,24 1,3 15 10,62
Leuchtgas-Luft
0,08 2,2 15 0,24
0,11 1,5 { 15
75
1,23 1,41
0,16 1,0 { 15
75
3,54 3,81 Qeneratorgas-Luft
0,30 2,3 { 15
75
0,38 0,58
0,47 1>2
{
1575 2,271,93D ie Z u s a m m e n s t e llu n g zeigt, daß d ie Z ü n d g e s c h w i n digkeit mit sin k en d er L u ftü b e rsc h u ß z ah l u n d z u n e h m e n d e r Temperatur steigt, u n d ferner, daß d ie se au ch b ei der höchsten V ersuchstem peratur v o n 7 5 ° , se lb s t bei d em hoch w e rtige n Leuchtgas, unter 4 m bleibt. Für d ie Z ü n d g e s ch w in d ig k e iten im Feuerraum se lb st k o m m e n natür
lich höhere Tem peraturen in Frage, bei d e n e n sie g r ö ß e r sein werden. Bei der Sich erheitsfrage w e g e n d e s Z u r ü c k schlagens der F la m m e in d en B ren ner h an d elt e s sich jedoch um kein e se h r h o h e n T em p eraturen , w e il dabei im mer nur die T e m p eratur d er V e r b r e n n u n g s lu ft in B e tracht kom m t, die in d er R egel n ich t ü b e r 2 0 0 ° v o r gew ärm t sein wird. S elb stverstän dlich m u ß gefordert werden, daß die E in b la s e g e s c h w in d ig k e i t g r ö ß e r als die R ü c k z ü n d g e sc h w in d ig k e it ist, d am it d ie F la m m e nich t in den Brenner Zurückschlagen kann. V o n der K o h le n sta u b - • feuerun g der Z e m e n t d r e h ö f e n h er h ab e n v ie le F irm en die groß en E i n b la s e g e s c h w in d ig k e ite n ü b e r n o m m e n . Man g i n g zwar für Ö fe n - u n d K e s s e lfe u e r u n g e n a u f 6 0 m m
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10Abb. 2. Austrittsgeschwindigkeiten d e r Luft aus Rohrleitungen bei versc h ied e n en P re s s u n g e n un d T e m p e ra tu re n . W i n d p r e s s u n g zurück, behielt dabei aber im m e r n och E in b la s e g e s c h w in d ig k e ite n v o n 3 0 - 4 0 m /s e k bei, die w eit ü ber der Z ü n d g e s c h w i n d ig k e it lieg en (s. A b b . 2 ). N e u e r d i n g s ist m an aber fast a llg e m e in auf W in d p r e s s u n g e n v o n 10 m m W S , e n tsp r ec h e n d einer A u s t r i tt s g e s c h w i n d ig keit v o n rd. 15 m, z u r ü c k g e g a n g e n . E ig en a rtig er w eise kann man b e im E inb lasen d e s K o h le n sta u b lu ftg e m isc h e s v o n o b e n nach unten d ie G e s c h w in d ig k e it g e r in g e r n e h m e n , w ah r sch ein lich , w e il die W ir k u n g d e s frei fallend en K o h le n sta u b es der R ü c k z ü n d u n g e n tg eg e n w ir k t. N e u e r d in g s sind K o h le n sta u b fe u e r u n g e n g eb a u t w o r d e n , die ü b e r
h aupt nich t m e h r m it P r e s s u n g arbeiten, s o n d e r n mit U nterdrück v o n etw a 5 - 6 m m , im Z u fü h r u n g sr o h r g e m esse n , o h n e daß d ie F la m m e in das R o h r z u rü ck schlägt. A u c h v o m wirtschaftlichen Standp un kte au s ist das E inb lasen d es K o h le n st a u b lu ftg e m isc h e s mit g r o ß e r G e s c h w in d ig k e it zu verw erfen, da die Ventilatorarbeit sehr viel Kraft erfordert. Ü b e r s c h l ä g ig kann m an bei ein e m K oh le n ve rb rau ch v o n u n ge fäh r 1 k g /K W s t auf je 10 m m W S 1 °/o der K e sselleistu n g für d ie Ventilatorarbeit rechnen.
D ie V o r w ä r m u n g der V er b r en n u n g slu ft w ird w e g e n der h ö h e rn T e m p eratur auf d ie Z ü n d u n g ein en g ü n s tig e n E in flu ß au sü b en . Sie kann d urch A b w ä r m e o d er auch durch V e r w e n d u n g der V er b r en n u n g slu ft als Kühlluft für das feuerfeste M auerwerk der B r en n k a m m e r e r fo lg en . V o n d ie se m Hilfsm ittel w ir d in neuerer Zeit a u s g ie b ig G e brauch gem acht.
D i e V e r b r e n n u n g .
D ie V e r b r e n n u n g d es K o h le n sta u b e s zerfällt in die d es G a s e s u n d die d e s Koks. Zuerst erfolgt die V er b r en n u n g d e s G a se s, u n d zwar, w ie bereits o b e n a n g e g e b e n w o r d e n ist, in sauerstoffreicher, u n d d ann d ie d e s K ok s in sauerstoffarm er Luft. W ir d d ie g a n z e zur V e r b r e n n u n g d e s K o h le n sta u b e s erford erliche Luft durch d en B renner e in g e b la s e n , s o verbren nt das G a s unter h o h e m Luft
ü b e r s c h u ß in kurzer Zeit restlos i n fo l g e der sc h n e lle n D if fu sio n d es a u sg etrie b e n e n G a s e s mit der V e r b r e n n u n g s luft. D ie D if fu s io n w ird n och d urch die p lö tz lic h e A u s d e h n u n g der G a s e i n f o l g e der E r w ä r m u n g unterstützt.
Bläst m an nur ein e n Teil der V e r b r e n n u n g s lu f t als T r ä g er
luft d urch den B ren ner ein, s o kann unter U m s t ä n d e n der Fall eintreten, daß d ie se Trägerlu ft nich t ein m al zu r V e r b r e n n u n g d e s G a s e s ausreicht.
5 10 15 20 25 30 35 <i0 05 50 55 60
Windpressung in mm W<S
Einen Ü b e rb lick über den Luftbedarf verschiedener K oh len sorten , b e z o g e n auf R einkohle, gibt A bb . 3. A u s ihr läßt sich auch der Luftbedarf der flüchtigen u n d der festen Bestandteile e n tn e h m en . B e isp ie lsw eise beträgt der Luftbedarf bei G asfla m m k o h le mit 4 0 % flüchtigen B e standteilen für d iese 2,8 cb m , für die festen Bestandteile etw a 5,2 cb m je kg Kohle. D ie flüchtigen Bestandteile b ean spruchen d em nach 3 5 % d es gesam ten Luftbedarfs.
A uß er d e m ist der Luftbedarf der K ohle n o c h v o m A sch en -
Abb. 3. Luftbedarf verschiedener K ohlensorten.
gehalt ab h ä n g ig , und zwar sinkt er bei s o n s t gleich en Eigenschaften im um gekehrten Verhältnis mit d em A s c h e n gehalt. D ie M e n g e der Trägerluft ist d em n ac h der B e
schaffenheit der K o h le anzupassen, damit im ersten Teil d es V e r b r e n n u n g sv o r g a n g e s die au s der K oh le au sgetrie
b en en G a se sofort verbrennen k ön n en . D er G asge h alt der K o h le übt n o c h in anderer B e z ie h u n g ein en Einfluß auf die V er b r en n u n g aus. D urch die V e r g a s u n g wird nämlich die O berfläch e d es K o h le n stä u b ch en s verhältnis
m ä ß ig größ er u n d rauher, w a s für die V e r b r e n n u n g g ü n st ig ist; allerdings wird dadurch das S c h w e b e n im Feuerraum erleichtert u n d die F a llg e sch w in d ig k eit verringert, deren Einfluß auf die V er b r en n u n g weiter unten erläutert w erden soll.
Im zweiten Teil der V e r b r e n n u n g verbrennen die z u rü ck geb lieb en en K oksstäubchen. A u c h hierbei w er d e n die D iffu sion der in zw isc h e n entstandenen F euergase m it der V erbren nu ngsluft und die fortschreitende A u s d e h n u n g der G a se in fo lg e der Erhitzun g d en V e r b r e n n u n g s v o r g a n g unterstützen. Ferner ist der F o r tg a n g der V er b r en n u n g v o n d em freien Fall der K oh len stau b k örn ch en im F eu er
raum u n d v on W ir b e lb ild u n g e n ab h ä n g ig . D ie U n ter
stü tzu n g durch den freien Fall w ird d esto g r ö ß e r sein, je g r ö ß e r die G e s c h w in d ig k e it d es K o h le n stä u b ch en s ist, w eil dann die g e g e n s ä tz lic h e V e r sc h ie b u n g d es K örnchens zur Luft am g rö ß ten wird. D ie F a llg e sc h w in d ig k e it steht im geraden Verhältnis zu m D u r c h m e sse r d es Körnchens.
N ach U n t e r su c h u n g e n d es Bureau o f M in e s b etrug b eisp ie ls
w e is e bei ein e m K ornd urch m esser v o n 0 , 0 2 m m die Fall
g e s c h w in d ig k e it in freier Lyft 8 m m /sek , bei 0 , 0 6 mm D u r c h m e sse r etw a 2 3 m m /s ek . D ie K o r n g r ö ß e d es K o h le n staubes v o n der ü blich en Feinheit (D u r c h g a n g durch das Sieb 2 0 0 , 6 2 0 0 M a s c h e n /c m 2) ist, w ie die nachstehende Z u s a m m e n s te llu n g zeigt, sehr mannigfach.
Z a h l e n t a f e l 2. K o r n g r ö ß e n d es K o h l e n s t a u b e s ’.
K o rn d u r c h m e s s e r in (x = 0,001 m m O ew ic htsanteil °/0 Anzahl d e r K örner d e r G esa m t- m
zahl °lIo
60 50 40 30 20 10 5
22,5 14,9 11,9 21,3 16,7 7,5 3,8
0,04 0,05 0,08 0,34 0,91 3,28 13,3 2 1,5
82,0 D araus g eh t hervor, daß fast 9 0 % d es S tau b e s Korn
grö ß en v o n 0 , 0 2 b is 0 , 0 6 haben. D ie W ir k u n g des freien Falles w ird d e sto g r ö ß e r sein, je dichter das K ohlen
stäub ch en u n d je d ü n n e r das R a u c h g a s ist. D urch die E r h itz u n g der F eu ergase tritt e in e starke V e r d ü n n u n g auf ein Sechstel d es a n fä n g lic h e n sp e z ifisc h e n G e w i c h te s ein, die aber für die V e r b r e n n u n g g ü n s t i g ist. Natürlich kann der freie Fall der K o h le n sta u b k ö r n c h e n nur dann von g ü n st ig e r E in w ir k u n g auf d en V e r b r e n n u n g s v o r g a n g sein, w e n n die B e w e g u n g der F eu er g a se m it der der Kohlen
stäub ch en g le ic h gerichtet ist, d. h. w e n n die Flamme se nkrecht geführt wird, e n t w e d e r v o n o b e n nach unten od er v o n unten nach o b e n . In d ie s e m Fall w er d e n auch e t w a ig e g r ö b er e K o h le n k ö r n c h e n in die F la m m e hinein
fallen, w ä h r e n d sie bei w a g r e c h te m E in b lase n d es Koh len staubes die N e i g u n g haben, a u s der F la m m e herauszufallen.
D ies e E r s c h e i n u n g kann bei F e u e r u n g e n m it nicht fein g e n u g g e m a h le n e m K o h le n sta u b an d en zu B o d e n fallenden g lü h e n d e n K ör n c h e n b eo b a ch te t w er d e n .
D a s w irk sam ste Mittel zur U n t e r s t ü tz u n g der Ver
b r e n n u n g ist jed o ch die W ir b e lb ild u n g d urch Beiluftzu
fü h ru ng. In Amerika hat m an sie s c h o n seit Jahren a n g e w a n d t,u n d sie g e w i n n t n e u e r d in g s auch in Deutschland im m e r größ er e Verbreitung. Mit Recht zieht Nusselt aus se in e n B e r e c h n u n g e n d en S ch lu ß , daß bei g er in g em Luft
übe rsc h u ß die V e r b r e n n u n g d es K o h le n sta u b es sehr lang
sa m verläuft, w o b e i allerd in gs der Z u satz g e m a c h t werden m u ß , w e n n kein e b e s o n d e r n H ilfsm ittel angewendet w er d e n . W ä h ren d der V e r b r e n n u n g der Koksteilchen w ird der Luftüberschuß im m e r g e r in g e r u n d verschwindet zuletzt fast v ollstän d ig. Ist das K o h le n stä u b ch en allein auf den freien Fall a n g e w ie s e n , s o w ir d e s zuletzt kaum n o c h m ö g lic h sein, e s mit d e m n ö tig e n Sauerstoff zu versehen. D ie V er b r en n u n g sz eit w ird dann unend lich lang, d. h. praktisch, der Staub bren n t nich t vollstä n d ig aus.
Dabei er g eb en sich dann die b ek ann ten Ansinterungen an den F eu er ra u m w a n d u n g e n , H e izflä c h e n u sw . Sie werden b e s o n d e r s u n a n g e n e h m bei g r o ß e n G e s c h w in d ig k e it e n der H e iz g a s e an der E i n m ü n d u n g zu d en Flam m rohren und an den Rohren der W a sserrohrkessel. Ersch w eren d fällt n o c h ins G e w ic h t, daß durch d en S ch o r n ste in z u g ein Teil der F euergase u n d au ch u nverb rau ch te Luft abge
lenkt w e r d e n ; d iese n im m t dann an der V e r b r e n n u n g nicht m eh r teil. B e so n d e r s vorteilhaft wirkt daher die Beiluft
z u fü h r u n g in die F la m m e n sp itze , d. h. bei senkrechtem Einblasen d es K o h le n s t a u b lu ftg e m is c h e s v o n o b e n nach unten, w e n n die B e ilu ftz u fü h r u n g v o n u nten erfolgt. Da
durch w erden die u n g ü n s t ig e n V e r b r e n n u n g sb e d in g u n g e o für den Koksstaub u m ge k e h r t, d. h. er verbrennt nunmehr in sauerstoffreicher Luft, u n d die V e r b r e n n u n g wird er
heblich abgekürzt u n d b e s c h le u n ig t . Dem entsprechend geb au te F e u e r u n g e n h ab e n nur n o c h F la m m e n lä n g e n von 2 —3 m, w ährend bei altern A u s fü h r u n g e n Flammenlängen
1 Z. V. d. I. 1924, S. 124,
25. Okt obe r 1924 G l ü c k a u f 977
von 7 - 1 1 m festzustellen sind. Bei der V e r b r e n n u n g kleiner K o h le n s t a u b m e n g e n w ird die B e h e r r sc h u n g d es V e r b r e n n u n g sv o r g a n g e s verh ältn ism äß ig einfach sein, weil dabei nur ein Brenner n o t w e n d i g ist. Für g r o ß e M e n g e n würde jed och ein B renner zu g r o ß e A b m e s s u n g e n er
fordern, s o daß ein e U n ter te ilu n g u n d d ie V e r w e n d u n g mehrerer Brenner vorteilhafter ist. K ein esfalls sollte die Leistung ein e s Brenners h ö h e r als auf 0 ,5 t/st b e m e sse n werden. D u r ch die U n te r te ilu n g erreicht m an auch eine bessere A u s f ü llu n g d e s g a n z e n F eu errau m es durch die Flam m e u n d verm eid et tote Ecken.
N usselt k o m m t in se in e m er w äh n te n Aufsatz auf G r u n d einer verwickelten B e r e c h n u n g zu d em E rgeb nis, daß die Brennzeit in g e r a d e m Verhältnis z u m Quadrat der K orngröße steht. D e m n a c h w ird die B r e n n g e s c h w i n d i g keit mit dem Quadrat der M ah lfeinh eit w a c h se n . H ieraus ist ersichtlich, v o n w e lc h e r g r o ß e n B e d e u t u n g die M ahl
feinheit für die B r e n n g e s c h w in d ig k e i t ist. Ihr E influß darauf ü b e rw ieg t bei w e ite m den E influ ß bei der Z ü n dung, da bei dieser die Z ü n d g e s c h w i n d ig k e it n ur im geraden Verhältnis mit der M ah lfeinh eit w äch st. In rich
tiger W ü r d ig u n g d ieser Erkenn tnis sin d daher die er
fahrenen K oh lenstaub firm en v o n jeher für die größ te Mahlfeinheit eingetreten. D ie s e n U m s t ä n d e n haben auch in der Zem entindustrie die R o h r m ü h le n ihre w eite V er
breitung zu verdanken. E ine v o llstä n d ig e V er b r e n n u n g ist zwar auch bei grö b er er V e r m a h lu n g nicht a u s g e schlossen, jed och kann sie nur bei grö ß er er F la m m e n länge und g r o ß e m F eu erräu m en erzielt w er d e n . Natürlich wird man bei so n st g ü n s t ig e n Verhältnissen mit der M ah l
feinheit nicht zu w eit g e h e n , w eil die feine V e r m a h lu n g erhebliche Kosten verursacht. G a sh a ltig e K o h le braucht weniger fein verm ahlen zu w er d e n als gasar m e Kohle.
Dieser U m stan d fällt u m s o m eh r ins G e w ic h t, als die Verm ahlung gerade der gasarm en K oh le, b e s o n d e r s aber des Koks, w e g e n der Härte k o stsp ie lig ist.
Der A sch en - u n d S ch la ck en g eh a lt der K o h le übt auf den V e r b r e n n u n g s v o r g a n g w a h r sc h e in lic h keinen g r o ß e n Einfluß aus. Bei fortschreitender V e r g a s u n g u n d V er b r en n u n g eines sehr schlackenreich en S tä u b c h e n s w ird sich die verhältnismäßige O b er flä ch e v er g rö ß er n , an derseits kann unter U m stän den das z u r ü c k b le ib e n d e S ch la ck en g er ü st die V erbren nu ng b eh ind ern. S tö r en d e U m s t ä n d e stehen also fördernden e n tg e g e n , deren E in w ir k u n g e n in ihrer G r ö ß e n o r d n u n g n o c h n ich t g e n ü g e n d erforscht w o r d e n sind. D ie zur V e r b r e n n u n g erford erliche L u ftm en g e ist natürlich bei a sc h e n r eic h e m B ren nstoff je G e w ic h ts e in h e it kleiner. A u s Abb . 4 g e h t hervor, daß der B r en n stoff
gehalt des K o h le n sta u b lu ftg e m isc h e s bei g le ic h b le ib e n d e m Luftüberschuß mit ste ig e n d e m A sc h e n g e h a lt in geradem Verhältnis w ächst, ferner, daß der B ren n stoffgeh alt im K ohlenstaubluftgem isch a u ß e r d e m v o m G a sg e h a lt a b hängt, allerdings nur in g e r in g e m Maße. D e n g er in g ste n Brennstoffgehalt haben die M a g e r k o h le n u n d Fettkohlen.
Zur G asfla m m k o h le u n d B r a u n k o h le hin steigt der G e halt stärker als zu m Anthrazit u n d K oks. Stellt man sich also vor, daß ein K o h le n s t ä u b c h e n in e in e m Luft
würfel v o n g le ic h e n K an tenlängen sc h w e b t, s o w ird der Luftwürfel bei g le ich er B e m e s s u n g d e s L u ftü b e rsc h u sse s kleiner sein, w e n n der A s c h e n g e h a lt d es B ren nstoffes hoch ist. Am größ ten ist er bei M ager- u n d Fettkoh le
Abb. 4. Brennstoffgehalt des K ohlenstaubluftgem isches.
u n d n im m t ab bei sehr gash altigen u n d sehr m agern K oh len . Beim W e c h s e l d es Brennstoffs im A sch en - und G asge h alt ist also die Luftzufuhr e n tsp r ec h e n d e i n z u stellen, w a s m it H ilfe v o n R auchgasprüfern leicht g e s c h e h e n kann.
G e g e n ü b e r der R o stfe u e ru n g hat die K o h le n sta u b feu er u n g d en w e se n t lic h e n Vorteil, daß die Schlacke b eim R ic h t u n g sw e c h se l der F la m m e a u sg esc h leu d e rt w ird u n d a b g e z o g e n w e r d e n kann, daher d en V e r b r e n n u n g s v o r g a n g nicht m eh r stört.
D er E influß der h o h e n T e m p eratur auf d en V er
b r e n n u n g s v o r g a n g ist v o n der R o stfe u e ru n g her s o b e kannt, daß er hier nicht näher erläutert zu w e r d e n braucht.
Im Z u s a m m e n h a n g damit steht der Luftüberschuß, der b e kanntlich bei g u t geleiteter V er b r e n n u n g für K o h le n s ta u b fe u e r u n g e n äußerst g e r in g b e m e s s e n w er d e n kann, j e d e n falls nied riger als bei allen bekannten R o stfe u e ru n g e n . D ie E r re ic h u n g h o h e r V er b r en n u n gstem p er atu re n ist daher bei der K o h le n sta u b fe u e r u n g o h n e w eiteres m ö g lic h , s o w e i t e s die Rücksicht auf die Haltbarkeit d es M au er
w er k e s gestattet. V o n b e so n d e r e r W ic h tig k eit ist die T e m peratur auch für die A u s n u t z u n g der im Feuerraum en tw ick elten W ä rm e , da bekanntlich die durch A bstrah
l u n g a b g e g e b e n e W ä r m e m e n g e mit der vierten P o te n z der a b so lu te n T em peratur steigt. V o n d iese m G e s ic h t s p unkt a u s sollte a lso die A b strah lu n g m it allen Mitteln b eg ü n stig t w er d e n . E ine B eein trä c h tig u n g d es V er b r en n u n g s v o r g a n g e s tritt nich t ein, d en n nach v o r g e n o m m e n en M e s s u n g e n beträgt die T e m p er a tu r v er m in d e ru n g auch bei A b str a h lu n g an g r o ß e n K e sselh e izfläc h e n n u r e in i g e hun dert Grad.
Bei sehr h o h e n T em p eraturen tritt b ek ann tlich e in e S p a ltu n g der en tstan d e n e n V e r b r e n n u n g s e r z e u g n i s s e , K oh len säu re u n d W asse rd am p f, in C O + O u n d H 2 + 0 e i n ; je d o c h ist nach A n g a b e v o n L e C h a t e l i e r 1 bei
1 Die Industrielle Heizung, 1923, 2. Aufl., S. 65/6.
1 5 0 0 ° die S p a ltu n g n o c h nich t v o n so lc h e r B e d e u tu n g, daß sie die bei der V e r b r e n n u n g erzeugte Temperatur b eein flu ssen könnte. Le Chatelier führt für d ie S paltun g ein e n D isso z ia tio n s-K o e ffiz ie n ten x ei n:
x = dissoziierte K oh lensäu re : gesam te Kohlensäure, u n d gib t für ver sc h ie d e n e Tem peraturen f o lg e n d e W erte an:
° c % ° C %
1000 0,0006 2000 0,04
1500 0,008 2500 0,19
D ie h ö c h ste bei K o h le n sta u b fe u e ru n g auftretende T e m peratur dürfte 1 8 0 0 - 1 9 0 0 ° sein. A u ch dabei n im m t die S p altu n g n o c h keine n en n e n sw er te G r ö ß e an. Für W a sse r
d am p f lieg en m e in e s W is s e n s im Schrifttum n o c h keine Zahlen vor. Im merhin dürfte e s em p fe h le n s w e rt sein, auch die ger in gste n .Spuren der S p altu n g v o n Verbren n u n g s e r z e u g n is s e n durch A bstrah lu ng und Temperatur
v e r m in d e r u n g der F lam m en sp itze zu verm eid en .
D ie Z ü n d - und B r e n n g e sc h w in d ig k e it b estim m t die F la m m e n lä n g e u n d daher auch die G r ö ß e der Brenn
k amm er. Für den Erbauer v o n K oh lenstaub feueru ngen ist e s daher sehr w ich tig, die Z ü n d - u n d B r e n n g e s c h w in digkeit annähernd zu kennen. Eine B e r e c h n u n g auf G r u n d bekannter physikalischer u n d ch em isc h e r E ig e n schaften der K oh le ist nach d em G e sa g te n w a hrsch einlich nicht m ö g lic h . N ach B e o b a c h tu n g e n an ausgeführten F eu er u n g en kann aber an genähert a n g e n o m m e n werden, daß die Z ü n d - u n d B r e n n g e sc h w in d ig k e it der F e t t k o h l e b ei guter B e h e rr sch u n g d e s V e r b r e n n u n g s v o r g a n g e s etwa
3 sek beträgt. Sie kann je d o c h bei sc h le ch t geleiteter F eu er u n g auf ein V ielfaches d ie s e s W er tes steigen.
N ach den vo rs te h e n d en A u s f ü h r u n g e n sind demnach für ein e gu te F eu er fü h r u n g f o l g e n d e G esichtspu nk te maß
g e b e n d : 1. Feine A u s m a h lu n g d e s K oh lenstaubes, A n p a ssu n g der M ahlfeinheit an d en G a sg e h a lt der Kohle.
2. A n w e n d u n g m ö g lic h s t kurzer u n d g erader Rohrleitungen v o n der A u fg a b e v o r r ic h tu n g b is z u m Brenner, damit eine E n tm is c h u n g ver m ied en wird. 3. G le ic h m ä ß ig e , nicht sto ß w e ise e r fo lg e n d e Z u fü h r u n g d es Brennstoffes. 4. Ein
fü h ru n g d es Brennstoffes mit g er in g ste r Geschwindigkeit, s o w e it es die Rücksicht auf die R ückzün dgesch w ind igk eit erlaubt. 5. Einblasen d es K o h le n sta u b e s in senkrechter Richtung. 6. G u te D u r c h m i s c h u n g d es Kohlenstaubes mit der V erbren nu ngsluft im Brenner. 7. B e m e s s u n g der Trägerluft nach dem Luftbedarf (A sc h e n - und Gasgehalt) der K ohle. 8. S tu fe n w eise e r fo lg e n d e Beiluftzuführung, b eso n d e rs g e g e n die F la m m e n sp itze . 9. A n w e n d u n g ge
eigneter G e w ö l b e fo r m e n zur E r leich teru ng der Zündung (Parabel). 10. G e r in g e B e m e s s u n g d es Luftüberschusses.
11. Erleichterung d es A u s s c h e id e n s der Schlacke durch g e e ig n e te F o r m g e b u n g des untern T e ile s der Feuerung u nd der F lam m e n fü h ru n g. 12. B e g ü n s t i g u n g der Ab
strahlung an H eizflächen.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
N ach einleiten den A u s f ü h r u n g e n ü ber den Brennstoff u n d die b eson d e rn K e n n ze ich en der Kohlenstaubfeuerung w erden die Z ü n d u n g u n d die V e r b r e n n u n g eingehend b ehandelt u n d zu m S c h lu ß d ie für e in e g u te Feuerführung m a ß g e b e n d e n G e sic h tsp u n k te aufgestellt.
Schmalkammerige Koksöfen.
Seit sich die Erkenntn is bei den Hochöfnern Bahn g e b roche n hat, d a ß die Großstückig keit d es Koks kein u nbedingtes Erfordernis, nicht einmal ein b e s o n d e re r Vorteil für den H o c h ofenbetrieb ist, stand der Entw icklung des schmalkamm erigen, im Betriebe w irtschaftlichem Koksofens nichts m e h r im W ege, un d aller Voraussicht nach wird sich im Laufe des nächsten J a hrz ehnts das Verhältnis in der Zahl d e r schmalen zu den breiten Öfen, die h eute noch stark überwiegen, umkehren.
Ü b e r den g e g e n w ä r tig e n E ntw icklungsstand ist vor kurzem von E. C. E v a n s berichtet w o r d e n 1, d e r eingangs die den s c hm alen Öfen eigenen Vorzüge aufzählt: 1. kürzere G a r u n g s zeiten, 2. g r ö ß e r e r Durchsatz je Ofen, 3. g rö ß e r e Gleichmäßigkeit in d e r physikalischen Beschaffenheit des Koks, 4. leichtere Verbrennlichkeit des Koks u n d 5. höhere A usbeuten an che
m ischen Erzeugnissen. F erner hat sich in einigen Fällen eine Kohle in schm alen Öfen erfolgreich verkoken lassen, in breiten d a g e g e n keinen b rau c h b aren Koks ergeben. Als sc hmale Öfen bezeichnet m an solche mit einer Kam m erbreite v o n 3 0 0 —350mm , g e g e n ü b e r d e n h e u te ü b erw ie g en d e n mit 475 — 525 mm Breite.
U n tersu c h u n g en h a b e n gezeigt, d a ß d e r im breiten Ofen er
zeugte Koks se h r ungle ichm äßig ausfällt, w as darauf beruht, d a ß den Koksstücken nach den K a m m e r w ä n d e n hin ein höherer Entzündungspunkt, eine sc hw e re re Verbrennlichkeit und ein h öhere s scheinbares spezifisches G ew icht eigen ist als den der Ofenm itte n ä h e r liegenden Stücken. Diese U ngleichm äßig
keit kann bei schmalen Ö fen infolge d e r viel g r o ß e m Ver
kokungsgeschw indigkeit nicht eintreten. Man hat sich jedoch mit d e r M a ß n a h m e , die O fe n k am m ern zu verengen, nicht
1 The n arrow coke oven, Fuel Econ. Rev. 1924, Bd. 4, S. 12.
begnügt, ln D euts chland sind von K ö p p ers die Ofenkammern nach oben hin verjü ngt w o rd e n , w ä h re n d B e c k e r 1 in Amerika die R e generativbeheizung so g e ä n d e r t hat, d a ß durch Kanäle, die q u e r ü b er den K a m m e r g e w ö lb e n eingela ssen sind und jedes P a a r d e r H eiz w än d e einer K a m m e r miteinander ver
binden, die mittelbare un d unm ittelbare Beheizung nicht mehr von einer W a n d h älfte zur ä n d e r n , so n d e rn von Wand zu W a n d gew echselt wird.
A m e r i k a .
Die ersten Versuche, die G a r u n g sz e ite n zu verkürzen und gleichzeitig den O fe ndurc hsa tz zu erh ö h e n , gipfelten in der A n w e n d u n g h öhere r T e m p e r a tu re n , die 1370° erreichten, wobei Silikasteine zum Bau d e r Öfen v e r w e n d e t w erd en mußten, damit sie solchen B e d in g u n g e n o h n e Form veränderung zu w iderstehen vermochten. D e r Erfolg blieb jedoch aus, denn die Öfen w u rd e n an sich se hr viel te ure r, die Ausbeute an chemischen Erzeugnissen g in g infolge d e r unvermeidlichen Z ersetzungen zurück, die In sta n d h a ltu n g s k o ste n wuchsen und auch die Beschaffenheit des erz eugte n Koks ließ erheblich zu w ü n sch e n übrig.
Nach diesen E rfa hrunge n g in g m a n 1914 zum schmalen Ofen über und v erringerte die K am m erb re ite zunächst von 485 auf 455 mm mit d e m Erg ebnis, d a ß Schwammstücke seltener auftraten, bei gleicher A u sg an g sk o h le ein besserer Koks erzeugt w u rd e u n d a u ß e r d e m auch Kohle mit einem hohen G ehalt an flüchtigen B estandteilen einen brauchbaren Koks lieferte. Die A u sb eu ten an T e e r, A m m oniak und Benzol e rhöhten sich, und ferner g e w a n n m a n d e n b e d e u tsa m e n Vorteil,
1 s. Qlückanf 1923, S. 564.
