STAHL UND EISEN
Z E I T S C H R I F T F Ü R D A S D E U T S C H E E I S E N H Ü T T E N W E S E N
H erausgegeben vom V erein deutscher E isenhüttenleute G e le ite t v o n Dr.-Ing. D r. m ont. E. h. O . P e t e r s e n
unter verantwortlicher Mitarbeit von Dr. J.W. Reichert und Dr. W . Steinberg für den wirtschaftlichen Teil
HEFT 43 24. O K T O B E R 1935 55. J A H K G A N G
Vorreinigung von G ichtgasen in W irblern.
Von W a l t e r B a r t h in Völklingen.
(Theoretische Grundlagen der Entstaubung. Modellversuche. Vorreinigung in Staubsäcken. Anwendung von Wirblern.
Vorausbestimmung der Abscheideleistung. Versuchsergebnisse einer ausgeführten Wirbleranlage.)
E
ine g u te V o r r e i n ig u n g der Hochofengichtgase bringt vor allem folgende V o r t e il e : Die Feinreinigungen werden entlastet und dadurch leistungsfähiger. Gleichzeitig verringert sich der Staubanfall in den Leitungen. Der Staub wird trocken wiedergewonnen und kann in einfacher Weise aufbereitet und v erh ü ttet werden.Die U rs a c h e d e r S t a u b a b s c h e i d u n g beruht auf Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen der staub- führenden Gasströme sowie auf der W irkung der Schwerkraft. Zur Bestimmung der Staubausscheidung und Staubbewegung benutzt m an zweckmäßigerweise die folgenden B e w e g u n g s g le ic h u n g e n nach W. B a r t h 1) für Staubteilchen:
d c x d t dc„
strömungstechnische Aufgabe zurückführen. Leider können jedoch über die Strömungsverhältnisse nur in den selten
sten Fällen genaue Angaben gemacht werden, da fast jede Strömung m it Wirbeln und Zweitströmungen aller A rt durchsetzt ist. Bei der Lösung strömungstechnischer Auf
gaben h a t sich vor allem der M o d e llv e r s u c h bewährt.
■Kohle, /s =7,3kg/dm3
g ( v , - cz) = W f ■
(vy— cy) = W,
d t
( 1 )
g (vz — c2) - t- g - W , = Wj d c z d t
Hierin bedeuten: g die Erdbeschleunigung in m /s2, v die Geschwindigkeit des Gases in m/s, c die Geschwin
digkeit der Staubteilchen in m/s, W f die Fallgeschwin
digkeit der Staubteilchen in m /s in ruhendem Gas im Beharrungszustand und t die Zeit in s.
Die Kennzeichen x, y, z bezeichnen die Komponenten der Geschwindigkeiten nach den K oordinatenrichtun
gen x, y, z. z ist die Koordinate in der Schwerkraftrichtung.
Statt der Korngröße wurde der Einfachheit halber die Fallge
schwindigkeit W f eingeführt, da zwischen Korngröße und Fallgeschwindigkeit beispielsweise wie in Abb. 7 angegeben nach W. S e i l 2), R. M e ld a u 3) und H. W. G o n e l l 4) be
stimmte Zusammenhänge bestehen. Wenn die Ström ungs
vorgänge genau bekannt sind, also die Größe und Rich
tung der Geschwindigkeit in jedem P u n k t des Raumes, so sind durch die Gleichungen (1) die Bahnen der S taub
teilchen eindeutig festgelegt und können m anchm al analy
tisch, fast immer aber zeichnerisch erm ittelt w erden5).
Man kann also jede staubtechnische Aufgabe auf eine D R auch u. S taub 22 (1932) S. 93/98; Arch. W ärm ew irtsch.
14 (1933) S. 267/69.
2) R auch u. S tau b 20 (1930) S. 101/04.
3) Der In d u striestau b (Berlin: VDI-Verlag 1926) S. 67 ff.
4) Z. V D I 72 (1928) S. 945/50.
5) Vgl. W . S e i l: Forschg. Ing.-W es. H eft 347 (B erlin: VD I- Verlag 1931).
0,07 O J 0,0 0,3 0,0 Oß ne 7 2 3 0 S 0 Korngröße f in mm $
A bbildung 1. Abhängigkeit der Fallgeschwindigkeit von der Korngröße.
D am it Aehnlichkeit zwischen der Staubbewegung in Modell und Ausführung besteht, müssen außer der Aehnlichkeit des Strömungsvorganges und der geometrischen Abmessun
gen die folgenden Beziehungen erfüllt sein1):
Qa fS
Qm IS“ ' (2)
W fa ( s A t K ’
W fm \ s j
wobei s eine kennzeichnende geometrische Abmessung in m und Q die Gasmenge in der Zeiteinheit in m 3/h bedeutet.
Mit dem Kennzeichen m werden die Größen des Modells, m it a die Größen des Betriebsgerätes bezeichnet. Wenn obige Bedingungen erfüllt sind, verläuft der E ntstaubungs
vorgang im Modell und in der Ausführung ähnlich, und es ergeben sich die gleichen Abscheidegrade tj; es wird also
7)m = 7)a-
145 4 3 ., 1129
1130 S tahl und Eisen. W . Barth: Vorreinigung von Gichtgasen in Wirblern. 55. Ja h rg . Die obigen Beziehungen gestatten auch eine Umrechnung
von Versuchsergebnissen kleiner Abscheider auf ähnliche größere Abscheider, wobei gilt:
(3) Qa = Qm U
W [a = W (m
^)a "^n
Abbildung 2. Abscheideleistung eines W irblers.
sehen Kennzahlen erfolgt. Man kann daher a u c h d i e n staubungsversuche m it Flüssigkeiten d u r c h f ü h r e n , wenn man an Stelle des Staubes einen Stoff aufgibt, der ie e wegungsgesetze (1) in Flüssigkeiten befolgt. Diese e- dingung ist annähernd unter einigen v e r e i n f a c h e n d e n n- nahmen bei Quarzsand erfüllt. Die Versuche wurden a er m it Wasser und Sand von 0,2 bis 0,8 mm K o r n g r ö ß e und Abscheidern von 50 und 70 mm Dmr. durchgeführt. Sand kann durch Fallenlassen in einem m it W asser gefüllten Rohr sehr leicht in verschiedene K ornklassen zerlegt werden, und die Gefahr der Klumpenbildung ist auch sehr gering.
Der A b s c h e id e g r a d eines Abscheiders wurde dadurch bestim m t, daß der aufgegebene und abgeschiedene Sand ausgewogen wurde. Auf diese Weise wurden zahlreiche Abscheiderbauarten in A bhängigkeit von den geometrischen Abmessungen, der Korngröße und der Belastung unter
sucht. In Abh. 2 und 3 sind die Abscheidegrade von zwei verschiedenen W irb
lern und einem Staubsack aufgetra
gen. Die Abscheider selbst zeigt A lb. 4.
Die U ebertragbar- keit der Ergebnisse auf m it Staub und Gas betriebene Ab
scheider ist n atü r
lich nur u nter ge
wissen Einschrän
kungen und Vor
behalten möglich.
Dies gilt vor allem dann, wenn es sich um Vorgänge han
delt, bei denen eine W iederaufwirbelung des bereits abge
schiedenen Staubes stattfindet. Die
Wirb/er
Staubsack
A bbildung 4. E in rich tu n g zur V orreinigung von Gichtgasen.
Leider bereitet die Bestimmung der Korngrößen und F all
geschwindigkeiten sowie des Abscheidegrades im Betrieb oft große Schwierigkeiten. Der feine Staub b allt sich häufig zu kleinen Klumpen zusammen, so daß eine genaue Tren
nung nach Korngrößen nicht möglich ist.
m
Abscheidegrade auf Grund von dersuchsergebnissen n » ii ii Annahmen ( interpoliert)
nach Rechnung (Beziehung b)
. so
%60
\
20
Ts
\ \s k N .
's
A [>}TL
1,08 bis 0,78 77l/S1 W
\ \ \ 0,0b bls 0,08 tr vn/s v.\ V v A
\ N N ,\
K.iv t o
\ \
v \
\
X Ar
i r
V .--" V
- •—
\
\
Wassen-bzw. Gasmenge in l/s
Abbildung 3. Abscheideleistung eines Staubsackes.
Um zuverlässige Zahlenwerte über die Leistungsfähig
keit von Staubabscheidern zu erhalten, wurden M o d e ll
v e r s u c h e ausgeführt. Nach den Erkenntnissen der Strö
mungslehre6) verlaufen Strömungen von Gasen und Flüssig
keiten ähnlich, wenn die Strömung bei gleichen Reynolds- 6) H andbuch der Physik, Bd. 7, hrsg. von H. G e ig e r und K . S c h e e l (Berlin: Verlag Ju liu s Springer 1929) S. 98.
Modellversuche ergeben eine Reihe wichtiger Hinweise, die beim Bau von Staubabscheidern zu beachten sind. So zeigt sich beispielsweise, daß durch W irbelbildung häufig der ab
geschiedene Staub wieder aufgehoben werden kann. Irgend
welche E inbauten, sei es zur Vermeidung der Luftwirbel
bildung in W irblerm itte oder zu anderen Zwecken, bringen durchweg eine Verschlech
terung der Staubabscheidung.
Häufig findet eine meist unbeabsich
tig te und unerw ünschte V o r r e in ig u n g v o n G ic h t g a s e n bereits in den Rohr
leitungen s ta tt. Besonders stark ist die Staub
abscheidung an starken Umlenkungen. Auch in den Gasstrom eingebaute Körper geben zur Staubausscheidung Anlaß. Die Ursache dieser Staubausscheidung ist ohne weiteres klar. Die Staubteilchen können infolge ihrer Trägheit der Umlenkung der Gasströmung nicht folgen und werden ausgeschleudert.
Die Bahnen der Staubteilchen und dam it die Stellen der voraussichtlichen Staubablagerungen können m it Hilfe der Gleichung (1) bestim m t werden, wenn m an die Geschwindigkeitsverteilung an der Umlenkstclle durch irgendwelche A nnahmen festlegt. Je schärfer die Umlenkung und je größer die Geschwindigkeit, um so stärker die Gefahr der Verschmutzung. Es em pfiehlt sich daher, nicht nur aus Gründen einer Verringerung des Druckabfalls, sondern
■Abscheidegrad (dersuchsergebnisse)
n (Annahmen)
---Druckabfall in cm W.-S.
0 0,05 0,70 0,75 0,20 0,25 0,30 0,35 Wasser- bzw. Gasmenge in l/s
700 80
Bauart ß Bauart A
24. O ktober 1935. W. Barth: Vorreinigung von Gichtgasen in Wirblern. S tahl und Eisen. 1131 auch aus staubtechnischen Gründen die Verlegung weiter
Rohrleitungen und sanfter Krümmer. Bei sehr hohen Ge
schwindigkeiten kann der abgeschiedene Staub wieder auf
gewirbelt und mitgenommen werden. W ird die Leitung nicht fortlaufend gereinigt, so stellt sich ein engster Quer
schnitt in der Rohrleitung ein. Die Größe dieses Quer
schnittes ist bei gegebener Gasmenge von der Korngröße des Staubes und dam it von der Güte der Vorreinigung abhängig.
Die V o r r e i n ig u n g in H o c h o f e n s t a u b s ä c k e n ge
schieht in der Weise, daß das Gas durch einen großen Be
hälter geleitet wird. Die Geschwindigkeit wird dabei so weit verringert, daß der Staub ausfällt. In A l l . 4 ist ein der
artiger Hochofenstaubsack schaubildlich dargestellt. Wenn
Z ah len tafel 1. A b m e s s u n g e n d e r u n t e r s u c h t e n A b s c h e i d e r m o d e l l e g e m ä ß A b b . 1, 2 u n d 3.
7) = 1 0 0 % für
■r]= 0 % für
7t < w f
(4) 7t
>w,.
Abbildung 5.
Ström ung im S taubsack (Modellversuch).
sich die Geschwindigkeit gleichmäßig über den ganzen Querschnitt verteilte, würde aller Staub ausgeschieden werden, dessen Fallgeschwindigkeit größer ist als die Ge
schwindigkeit des aufsteigenden Gasstromes. U nter dieser Voraussetzung erhält man folgende Abscheidegrade:
Q • 4 D*
Q D*
Für die Staubsorten I, II, I I I usw. nach Zahlentafel 1 er
rechnen sich die in A ll. 3 gestrichelt eingezeichneten Ab
scheidegrade, wobei angenommen wurde, daß von jeder Korngröße der gleiche Anteil in der Mischung enthalten sei. Die tatsächlich erreichten Abscheidegrade liegen, wie -166. 3 zeigt, erheblich tiefer. Den Ström ungsverlauf im Staubsack zeigt A ll. 5. Eine Staubsackhälfte, welche im verkleinerten Maßstab als Gerinne ausgebildet worden war, wurde von Wasser durchström t und die Ström ung durch Aufstreuen von Aluminiumpulver sichtbar gem acht. U nter gewissen Bedingungen, auf die hier nicht näher eingegangen werden kann, ist eine Uebertragung der Strömungsvorgänge auf den Staubsack zulässig. Es zeigt sich, daß die beab
sichtigte Verringerung der Geschwindigkeit nur in geringem
W irbler S taubsack | B auart
A
Wirbler Bauart
B D u rch m esser ,,D “ in m 0,07 (J) | 0,05 0 0,05 0
F a l l g e s c h w i n d i g k e i t e n d e r f ü r d i e M o d e l l v e r s u c h e v e r w e n d e t e n S a n d s o r t e n g e m ä ß
A b b . 2 u n d 3.
Staub bzw. Sandsorte Fallgeschw indigkeit Wj in m /s I
...
I I ...
I I I ...
I V ...
e tw a 0,02 — 0,04 e tw a 0,01 — 0,02 e tw a 0,005 — 0,01 0,0025— 0,005 Maße ein tritt und sich die Geschwindigkeit ganz ungleich
mäßig über den Querschnitt verteilt. Es werden also eine Reihe Staubteilchen, die gemäß den Bedingungen (4) ab
geschieden werden sollten, noch vom Gasstrom mitgerissen.
Die Abweichung wird um so größer werden, je ungleich
förmiger die Strömung verläuft, also je höhere Reynoldssche Kennzahlen sie hat. Im Betrieb ist daher gegenüber dem Modellversuch m it noch erheblich ungünstigeren W erten zu rechnen. Ein weiterer N a c h t e i l d e r H o c h o f e n s t a u b s ä c k e besteht darin, daß durch die Führung des Gases von unten nach oben der Staubausscheidung ent
gegengearbeitet wird. Infolge der schlechten Abscheide
leistung und der hohen Anlagekosten der Hochofenstaub
säcke geht man in neuester Z eit7) verschiedentlich dazu über, diese durch W i r b l e r (Zyklone) zu ersetzen. Bei der Beur
teilung der Versuchsergebnisse der A l l . 3 ist zu beachten, daß eine ganz scharfe Trennung des Versuchssandes in die einzelnen Kornklassen nicht möglich war und dam it ge
rechnet werden muß, daß jede Absiebung etwa 10 bis 20 % Sand der nächsthöheren oder unteren Kornklasse enthält.
Bei den W i r b l e r n wird neben der W irkung der Schwer
kraft auch die W irkung der Schleuderkräfte zur Abscheide
leistung m it herangezogen. Das Gas wird dabei tangential einem zylindrischen Behälter zugeführt und durch ein Tauch
rohr in B ehälterm itte abgezogen, wie dies in A l l . 4 darge
stellt ist. Durch die tangentiale Zuführung des Gases wird das im Behälter befindliche Gas in Drehung versetzt, und die Staubteilchen werden nach außen geschleudert; dort treffen sie auf die W and auf und fallen u nter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten, wo sie abgezogen werden.
Zur B e re c h n u n g d e r A b s c h e id e le is tu n g d e r W i r b l e r sind verschiedene T h e o r ie n entwickelt worden8), die aber leicht zu falschen
Schlußfolgerungen führen kön
nen. Im folgenden soll eine Be
ziehung abgeleitet werden, die den Einfluß baulicher Aende- rungen in vielen Fällen ab
zuschätzen gestattet. Gemäß A l l . 6 möge eine ringförmige Gasmenge von der Stärke d r und dem m ittleren Durchmes
ser 2 r m it der Geschwindig
keit u umlaufen. In dieser Gas
menge befindet sich ein Staubteilchen m it der Fallgeschwin
digkeit W £. Die Fallgeschwindigkeit W £ sei so klein, daß die Staubgeschwindigkeit praktisch gleich der Gasgeschwindig
keit gesetzt werden kann. Dann w irkt auf ein Staubteilchen 7) Vgl. auch K . G u t h m a n n : Stahl u. Eisen 51 (1931) S. 1232/33.
e) Vgl. z .B . P . R o s i n , E . R a m m l e r u n d W. I n t e l m a n n : Z. V D I 76 (1932) S. 433/37.
A bbildung 6.
Staubbew egung im W irbler.
1132 S tahl un d Eisen. W. Barth: Vorreinigung von Gichtgasen in Wirblern. 55. Ja h rg . N r. 43.
eine Schleuderkraft, die es m it der Ausscheidegeschwindig
keit W r radial nach außen bewegt. Wr errechnet sich an
nähernd wie folgt1):
W . = W , - ( £ ) . (5) F ür den Druckabfall radial nach innen kann folgende Be
ziehung aufgestellt werden:
so daß m an findet:
(7) wobei bedeutet:
p Druck in kg/m2
y g Raumgewicht des Gases in kg/m 3.
W ährend im Staubsack die Fallgeschwindigkeit W f zur Aus
scheidung der Staubteilchen benutzt wird, t r itt im W irbler an deren Stelle die Ausscheidegeschwindigkeit W r. Im Wirbler wird eine Abscheidung aller derjenigen Staubteilchen erfolgen, deren Geschwindigkeit Wr größer ist als die Radialgeschwindigkeit der Strömung nach der M itte zu.
Die Ausscheidegeschwindigkeit Wr ist leicht ein Vielfaches größer zu machen als die Fallgeschwindigkeit W f, außerdem ist die Radialgeschwindigkeit im W irbler in der Regel sehr viel geringer als die m ittlere Geschwindigkeit im Staubsack.
Abbildung 7.
A nordnung des Staubsackes u n d W irblers.
Daher können m it dem W irbler viel höhere Abscheide
leistungen erzielt werden als m it dem Staubsack. Die Größe der Geschwindigkeit Wr hängt ihrerseits vom Druckgefälle im W irbler ab. D am it der Druckverlust nicht unzulässig groß wird, darf der Durchmesser nicht zu groß gewählt werden.
Durch richtige Bemessung kann m an ohne Verzicht auf eine gute Abscheideleistung den Druckabfall in jeder gewünschten Grenze halten. Wenn ein niedriger Druckabfall bei hoher Abscheideleistung verlangt wird, wird m an s ta tt eines Wirblers mehrere W irbler kleineren Durchmessers, soge
nannte Mehrfachwirbler, aufstellen. Dann besteht sogar die Aussicht, Abscheideleistungen zu erzielen, die an die Lei
stungen von Feinreinigungsanlagen heranreichen.
Diese theoretischen Ueberlegungen werden durch den V e rs u c h bestätigt. In A l l . 2 sind die durch den Modell
versuch erm ittelten Abscheideleistungen zweier Abscheider aufgetragen. Mit steigender Belastung und zunehmendem D ruckabfall wird im Gegensatz zum Staubsack die Ab
scheideleistung besser. Ein Vergleich der Versuchsergebnisse eines Staubsackes und eines Wirblers zeigt die Ueberlegen- heit des Wirblers ohne weiteres. So kann man z. B. bei dem W irbler der B auart A nach A l l . 2 die Staubsorte I I I bei einer Belastung von 0,38 1/s m it 70 % abscheiden. Der Staubsack darf jedoch nach A ll. 3 zur Erzielung gleicher Abscheideleistung nur m it 0,02 1/s belastet werden, d. h.
0 38
man m üßte theoretisch = 19 Staubsäcke aufstellen,
Zahlentafel 2. Z u s a m m e n s e t z u n g d e s S t a u b e s a u f G r u n d d e r V e r s u c h s e r g e b n i s s e i m H o c h o f e n g a s
w i r b l e r d e s D o r t m u n d - H o e r d e r H ü t t e n v e r e i n s .
1 2 3 4 5 6
Fallgesch w in d igkeit b ei Staub von 3,6 kg/1 u. 160°
in m /s
M ittlere Z usam m ensetzung des Staub es in % Korngröße
mm Dmr.
A bsiebung aus Staubsack
rd.
Ab
sieb u n g aus W irbler
rd.
Ab
sieb u n g hin ter W irbler
rd.
errechnet vor Staubsack
> 4 8,7 0,6 — — 0,51
3 — 4 8,3— 8,7 0,6 — — 0,51
2— 3 7,4— 8,3 0,5 — — 0,43
1— 2 5,5— 7,4 2,2 — — 1,87
0,5 — 1 3,65— 5,5 10,8 — — 9,22
0 ,3 — 0,5 2,3— 3,65 21,5 0,2 — 18,31
0,2 — 0,3 1,6— 2,3 28,3 0,8 — 24,22
0 ,1 —0,2 0,805— 1,6 28,5 21,3 — 26,85
0,075—0,1 0,54— 0,805 3,0 16,7 — 4,58
< 0,075 0,54 4,0 61,0 100,0 13,50
Z usam m en 100,0 100,0 100,0 100,00 A ngefallene S ta u b
m enge in t/T a g . rd . 190,0 rd . 27,0 rd . 6,0 rd.223,00 (M o n a tsm ittel n a ch
In b e trie b n a h m e des W irblers)
um die gleiche Gasmenge m it gleichem Abscheidegrad zu entstauben.
Mit Hilfe der entwickelten U nterlagen soll als Beispiel die A b s c h e id e le is tu n g in einem p r a k t i s c h e n F all er
m ittelt werden. Die Gichtgase eines Hochofens m it einer
Abbildung 8. W irbler fü r je 120 000 N m 3/h.
Tagesleistung bis zu 1000 t mögen zunächst durch einen Staubsack von 10 m Dmr. und anschließend durch zwei W irbler von 5 m Dmr. gereinigt werden, wie dies schaubild
lich in A l l . 7 dargestellt ist. Die Abscheideleistung sei durch Modellversuche vorher bestim m t worden, und die Ergeb
nisse mögen in Abb. 2 (B auart A) und Abh. 3 wiedergegeben worden sein. Der Ofen sei nicht voll belastet, und die Gas
menge betrage im M ittel 160 000 m 3/h bei 150°, der Staub hinter dem Ofen möge sich, wie in Zahlentafel 2, Spalte 6
angegeben, zusammensetzen. Zwischen Korngröße und Fall-
24. O ktober 1935. W. Barth: Vorreinigung von Gichtgasen in Wirblern. S tahl und Eisen. 1133 Z ah len tafel 3. B e r e c h n u n g d e s S t a u b s a c k e s u n d W i r b l e r s b e i A n o r d n u n g n a c h A b b . 7.
1 2 3
Fallgeschwin F allgeschw in A b
digkeit des Staubes im
d ig k e it des S taubes im scheide
Staubsack- ausgeführten grad
Modell Staubsack S ta u b
W fm W fa sackes
cm/s cm /s °//o
I
P rozentuale Zusam m ensetzung der S taub teile nach den Fallgesch w in digkeiten Wfa
Staub vor dem S taub
sack
o/
Ab N ich t ab
geschie geschie
dener dener
S taub, Staub, bezogen bezogen
auf auf
Staub Staub
vor dem vor dem S ta u b S ta u b
sack sack
°//o %
Staub h in ter dem S ta u b
sack
% a) S t a u b s a c k
> 32 > 384 100 11,5 11,5 0 — > 32 > 320 100 0 0 0
16— 32 192— 384 100 32,0 32,0 0 — . 16— 32 160— 320 100 0 0 0
8— 16 96— 192 94 34,5 32,4 2,1 9,65 8— 16 80— 160 100 18,50 18,50 0
4— 8 48— 96 20 9,5 1,9 7,6 34,30 4— 8 40— 80 100 32,00 32,00 0
2—4 24— 48 0 5,0 0 5,0 22,30 2 — 4 20— 40 85 21,00 17,80 3,20
1—2 12— 24 0 3,5 0 3,5 15,75 -1— 2 10— 20 72 12,50 9,00 3,50
0,5— 1 6 — 12 0 2,0 0 2,0 9,00 0 ,5 — 1 5— 10 53 8,00 4,25 3,75
0,25—0,125 3 — 1,5 0 1,2 0 1,2 5,40 0,25— 0,125 2,5— 1,25 25 5,00 1,25 3,75
< 0,125 < 1,5 0 0,8 0 0,8 3,60 < 0,125 < 1,25 0 3,00 0 3,00
Z u sam m en 100,0 77,8 22,2 100,00 Z usam m en 100,0 82,80 17,20
Fallgeschw in
digkeit des Staubes im Wirbler-Modell
w rm
cm /s
Fallgeschw in
d ig k eit des Staubes im ausgeführten
Wirbler Wfo
cm /s
10
A b
scheid e- grad
des Wirblers
%
12 13
Prozentuale Zusammensetzung der S ta u b teile nach den Fallgesch w in digkeiten Wfa
Staub vor dem
Wirbler
Ab- N ich t ab
geschie geschie
dener dener
Staub, Staub, bezogen bezogen auf Staub auf Staub
vor dem vor dem W irbler Wirbler
% %
b) W i r b l e r
Belastung des S ta u b sa c k e s . . . . Durchmesser des S ta u b sa c k e s . . Durchmesser des S tau b sack m o d elles
Qs Q.
W fa
— für S ta u b sa c k = / 10 ,0 0 \2 ,5
\ l W 7 7
160 000 m 3/li bei 150°
... = 10 m ... = 0,07 m ... = 244 000
W ( I fü r S ta u b sa c k /l0 ,0 0
~
X
0,07B elastu n g des W irblers D u rch m esser des W irblers D u rch m esser des W irblerm odelles Z ahl der an g eo rd n e te n W irbler
Qa , , /5,00\2,6
\Ö(
160 000 m 3/ h bei 150°
... = 5 m . . . = 0,05 m . . . = 2
Q fü r W irbler 100 000
= 11,95 10
M o d e llw a s s e rm e n g e ... = 0 ,1 8 2 1 /s
1,05/
^ fa fü r W irb ler = ] / —
Wfm
X
0,05M odellw asserm enge ... = 0 ,2 2 2 1/s D ru c k v e rlu st im M o d e ll... = 9 cm W S D ru c k v e rlu st im a u sg e fü h rte n A bscheider
(au f G ru n d der b e k a n n te n W id e rstan d s
gesetze u m g e r e c h n e t ) ... = 7,5 m m W S Z ah len ta fel 4. Z u s a m m e n s t e l l u n g d e r V e r s u c h s e r g e b n i s s e im H o c h o f e n g a s w i r b l e r
d e s D o r t m u n d - H o e r d e r H ü t t e n V e r e in s .
i 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 I 11 12 1 13
Datum
1934
B etriebszeit des W irblers
A b g e
schiedene S ta u b m enge
t
E n tstau b te G asm enge
N m 3
A bge
sch ie
dene S taub m enge
g /N m 3 A bge
sch ie
dene S taub m enge M ittel
werte g /N m 3
M ittlere B elastung
des Wirblers bei 150 ° 0
m3/h
W ind
m enge des H och
ofens
H m ’/k M itt
lerer Staub
gehalt hinter dem W irbler
g /N m 3
Staubgehalt vor dem W irbler, errechnet auf
Grund
A bscheide
grade, errechnet auf
Grund der a b
gezoge
nen S taub
menge g /N m 3
eines M ittel
wertes g /N m 3
der ab
gezoge
nen S taub menge
% eines M ittel
wertes
% 24. 8 . - 2 5 . 8.
25. 8.
25. 8.
815— 8 15
8 1 5 —1 5 0 3 1 5 0 3 _ 1 8 2 5
30,940 9,460 3,410
2 220 00 0 1) 660 000 260 000
13,9 14,4 13,1
J 14,0 165 000 107 000
36 000 96 000
3,23 5,85
17,63- 18,95
17,23 19,85
83.0 ; 79,2 69.0 70,5 Z u sam m en 43,810 3 140 000
27. 8.
27. 8.
27. 8 . - 2 8 . 8.
28. 8.
28. 8 . - 2 9 . 8.
29. 8.
29. 8.— 30. 8.
30. 8.
goo__15»5 1505— 1 8 45 1 8 « — 9 1 5
915— 1 3 40 1340— 925
9 2 5 _ 1 6 0 6
1 6 ° 6 _ g 30
83°— 13 15
9,720 10,130 12,150 4,890 17,040 35,620 26,330 13,520
764 000 400 000 1 560 000
450 000 2 030 000
794 000 1 350 000
532 000 12,9 24.1 7,88 24.2
8,40 45,0 19,5 25.3
■ 16,4
169 000 158 000 187 000 173 000
84 000 114 000 79 200 93 000
4,27 6,56 2,71 3,04
28,37 30,76 47,71 28,34
20,67 22,96 19,11 19,44
85,0 78.5 94,2 89.5
79.5
71.5 86,0 83,4
Z u sam m en 129,400 7 880 000 83,0 78,2
% im M ittel x) 92 500 N m 3/h.
geschwindigkeit gilt bei sehr kleinen Korngrößen folgende Beziehung1):
W f = const ^---—, (8)
^Ig wobei bedeuten:
f Korngröße des Staubteilchens in mm Ts Raumgewicht des Staubes in k g /m3 7)g Zähigkeit des Gases in kg/m h.
Im vorliegenden Falle handelt es sich um G ichtstaub (Erz, K alk, Koks) von rd. 3,6 kg/dm3 Raumgewicht in Gas m it einer Tem peratur von 150°. U nter Berücksichtigung der Beziehung (8) wurde angenommen, daß die Fallgeschwindig
keitenkurve für diesen Staub, wie in Abb. 1 angegeben, verlaufen möge. D am it können die zu den einzelnen Korn
größen gehörenden Fallgeschwindigkeiten erm ittelt werden.
Zur Bestimmung der Abscheideleistung wird zunächst m it Hilfe von Beziehung (3) die zu der gegebenen Belastung
1134 Stahl und Eisen. H. Seidel: A ufbau und Betrieb neuzeitlicher La-M ont-Anlagen usw. 55. Ja h rg . N r. 43.
von Staubsack und W irbler gehörende Modellwassermenge und Gasmenge erm ittelt. D ann greift m an die Abscheide
grade für die einzelnen Kornklassen bei dieser Belastung in Abb. 2 und 3 ab und berechnet m it Hilfe der Beziehung (3) die im ausgeführten Gerät dazugehörigen Fallgeschwin
digkeiten der einzflnen Kornklassen. Diese Rechnung wurde durchgeführt und die Ergebnisse in Zahlentafel 3 für den Staubsack in Spalte 2 und 3, für den W irbler in Spalte 9 und 10 eingetragen. Zur Bestimmung des Gesamtabschei- degrades muß die Zusammensetzung des Staubes nach den Kornklassen Zahlentafel 3, Spalte 2 und 9, erm ittelt werden.
Dazu wird die Kennlinie aufgezeichnet, und hieraus werden die Anteile der einzelnen Kornklassen bestim m t. Die Ab
scheidegrade der einzelnen Kornklassen sind bekannt, und hieraus ist der Gesamtabscheidegrad und die Zusammen
setzung des Staubes vor dem W irbler leicht zu errechnen. Die Rechnung wurde für Staubsack und W irbler durchgeführt und die Ergebnisse in Zahlentafel 3 eingetragen. Der S taub
sack scheidet 77,8 % des Staubes ab, und der W irbler hält von dem im Staubsack nicht abgeschiedenen Staub noch 82,8 % zurück. Der Druckabfall im W irbler errechnet sich auf Grund der Modellversuche zu 7,5 mm WS.
Beim Dortmund-Hoerder H üttenverein in D ortm und wurden zwei von der Dinglerschen Maschinenfabrik, A.-G., in Zweibrücken (Pfalz), erbaute W irbler von 5000 mm Dmr.
und 20 m Höhe aufgestellt, welche in Abb. 8 dargestellt sind.
Die Anordnung der Anlage ist die gleiche wie in der schau- bildlichenM&E 6. Die hauptsächlichsten Ergebnisse, die kurz nach der Inbetriebnahm e erzielt worden sind, wurden in den Zahlentafeln 2 und 4 zusammengestellt. Der W irbler scheidet dabei noch rd. 80 % des im Staubsack nicht abgeschiedenen Staubes ab. Die Betriebsverhältnisse und die Anordnung der Anlage ist fast die gleiche, wie sie bei der Durchrechnung des Beispiels absichtlich vorausgesetzt wurden. E ine Ueber- tragung der im voraus errechneten W erte ist jedoch nur u n te r gewissen Einschränkungen möglich, da sich die Ver
hältnisse während der Versuchszeit dauernd geändert haben.
Es zeigt sich tro tz den zahlreichen Annahmen eine verhält
nismäßig sehr gute Uebereinstimmung der berechneten und gemessenen W erte, wie aus den Zahlentafeln 2, 3 und 4 sowie Abb. 9 hervorgeht. Bei der Beurteilung der Ver
suchsergebnisse der Zahlentafeln 2 und 4 ist zu beachten, daß die W irbler für eine viel größere Gasmenge gebaut worden waren, als sie zur Zeit der Versuche betrieben worden sind.
Außerdem war der Hochofen nur selten voll belastet. Deshalb war die Abscheideleistung des Staubsackes verhältnism äßig gut. Bei voller Ofenleistung und voller Belastung der Wirbler h ätten sich noch weit günstigere W erte erzielen lassen. Dies beweisen auch die Betriebsberichte, wonach zu anderen Zeiten viel größere Staub
mengen abgezogen werden konnten. Die durch
geführten Versuche und Rechnungen ergeben, daß man durch Aufstellung von W irblern die Vorreinigung der Gichtgase ganz erheblich verbessern kann. Die Anlage
kosten bei der Aufstellung von W irblern betragen nur einen Bruchteil der Anlagekosten eines Staubsackes.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
D urch Verwendung von W irblern gegenüber den ge
bräuchlichen Hochofenstaubsäcken kann die Vorreinigung von Gichtgasen ganz erheblich verbessert werden. An Hand der entwickelten versuchsmäßigen u nd theoretischen Unter
lagen ist es möglich, die Abscheideleistung von Staubsäcken und W irblern annähernd im voraus zu berechnen.
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§ 20
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OS 0,8 7,8 7,6 8,0 8# 8,8 8,8 8,6 Fallgeschwindigkeit Ity in m /s A bbildung 9. Staubkennlinien.
V,0 V,8
Aufbau und Betrieb neuzeitlicher La-M ont-Anlagen zur D am pferzeugung.
Von Dr.-Ing. H a n n s S e id e l in Meerane.
[B ericht N r. 61 des M aschinenausschusses des V ereins d eutscher E is en h ü tten le u te 1).]
(W esen des La-M ont-Kessels. Der W asserum lauf und seine Folgen f ü r die Betriebssicherheit. A u fb a u der Um wälzpumpe und ihr Betrieb. Zusammenschaltung von Verdampfer und Speisewasservorwärmer. Günstige R auchgasführung und
Wärmeübertragung. Beispiele ausgeführter Kesselanlagen.)
V
on den D am pfkessel-Sonderbauarten gewinnt in den letzten Jahren auch das La-Mont-Verfahren steigende Bedeutung. Nach etwa zehn Jahren Entwicklungs- und Einführungsdauer findet der Kessel dieser B auart in seinen verschiedensten Form en gerade in der jüngsten Zeit eine ständig zunehmende Verwendung in den verschiedensten Betrieben. Bis heute sind in E uropa etwa 115 Anlagen in Betrieb und im Bau.Der Kessel ist ein U m la u f k e s s e l, bei dem die W asser
bewegung durch eine Umwälzpumpe zwangläufig aufrecht
erhalten wird ( Abb. 1) . Das Wasser läuft aus der Kessel
trommel der Umwälzpumpe zu, die es durch die beheizten Rohre und durch eine Sammelleitung in die Kesseltrommel zurückbefördert.
Das eigentliche La-Mont-Verfahren besteht nur darin, daß m an nicht nur die Umwälzmenge, sondern auch die Ver
J) E rs ta tte t in der 21. V ollsitzung des M aschinenausschusses am 23. Mai 1935. — Sonderabdrucke sind vom Verlag Stahleisen m. b. H ., Düsseldorf, Postschließfach 664, zu beziehen.
teilung des Wassers auf die einzelnen gleichgerichtet geschal
te te n Rohre z w a n g lä u f ig gestaltet. Hierzu werden in die E intrittsstellen säm tlicher Rohre Drosseldüsen eingesetzt (Abb. 2).
In den Düsen wird ein bestim m ter Teil der Pumpen
druckhöhe vernichtet, so daß vor den Düsen ein Stau ent
steht. Durch geeignete Bemessung der Düsenbohrungen und u nter Berücksichtigung des Reibungsverlustes jeder einzelnen Rohrschlange kann jedem Rohr unabhängig von seiner Länge und seiner Beheizung die W assermenge zu
geteilt werden, die aus betrieblichen Gründen erforderlich und zweckmäßig ist. Man kann also auch ohne weiteres kurzen schwach beheizten Rohren weniger W asser zuteilen als langen weniger beheizten. H ierin unterscheidet sich der La-Mont-Kessel vorteilhaft vom Kessel m it natürlichem Wasserumlauf, denn bei diesem Kessel ist die Wasserbe
wegung fast nur durch den Reibungswiderstand der einzelnen Rohre bedingt und dadurch vielfach anders, als sie aus Gründen der Kühlung sein sollte. Abb. 2 stellt verschiedene
24. O ktober 1935. H. Seidel: A u fbau und Betrieb neuzeitlicher La-M ont-Anlagen usw. S tahl und Eisen. 1135 Ausführungen der Düsen dar. Die einzelnen B auarten sind
durch den Betriebsdruck der Kesse] bedingt. Vor die Düsen werden Siebkörper vorgeschaltet, dam it Verstopfungen der verhältnismäßig engen Düsenbohrungen durch im Wasser etwa mitgetragene Verunreinigungen ausgeschaltet werden.
Der R e i b u n g s v e r l u s t in den Rohren spielt beim La- Mont-Verfahren gegenüber dem D ruckverlust in der Düse eine verhältnism äßig untergeordnete Rolle. Es können des
halb unbedenklich Rohre m it kleinerem Durchmesser zum Aufbau der Kessel verw endet werden, die bei der W ärme
übertragung wesent
lich günstigere Ver
hältnisse ergeben als die bei Kesseln m it natürlichem Umlauf notwen
digen Rohre größe
ren Durchmessers.
Die engen Rohre ge
sta tte n ferner ohne U nterschreitung der aus betrieblichen Gründen gewünsch
te n Durchflußge
schwindigkeit eine Beschränkung der umlaufenden Wassermenge. Der zur Umwälzung er
forderliche K raftbedarf kann deshalb so klein gehalten werden, daß er praktisch ohne Bedeutung ist. Erfahrungs
gemäß stellen sich die besten Betriebsverhältnisse ein, wenn etwa achtmal soviel Wasser im Kessel umgewälzt wird, als Dampf entnommen wird. Das gilt nicht nur für den Kessel
insgesamt, sondern für jedes einzelne Rohr, d. h. in jedes einzelne Rohr wird etwa achtm al soviel W asser eingeführt, als am Ende des Rohres gewichtsmäßig Dam pf entwickelt worden ist. Es können deshalb beim Kessel auch keine Zonen auftreten, in denen die W assergeschwindigkeit zu gering oder in ihrer Richtung unbestim m t ist. Der bei Kesseln mit natürlichem Wasserumlauf geläufige Begriff der sogenannten „neutralen Zonen des W asserumlaufes“ fällt also beim La-Mont-Kessel vollständig weg, so daß schon daraus die größere Betriebssicherheit dieses Kessels erkenn
bar ist. Bei den hohen Durchflußgeschwindigkeiten ist für alle Rohre eine mehrfache Sicherheit gegen mangelnde Kühlung vorhanden, die bei natürlichem W asserum lauf er
fahrungsgemäß nur für einen Teil der Rohre erreicht werden kann. Dabei ist die im Umlauf befindliche Wassermenge nur ein kleiner Bruchteil der Wassermenge, die in Kesseln mit natürlichem Wasserumlauf kreist. Es ist bekannt, daß man bei Kesseln m it natürlichem W asserum lauf mit einer umlaufenden Wassermenge zu rechnen h at, die je
nach der B auart des Kessels etwa das 80- bis lOOfache der erzeugten Dampfmenge darstellt. Die tatsächliche Umlauf
menge ist deshalb beim La-Mont-Kessel nur etwa der zehnte Teil. D a die Abmessungen der Kesseltrommeln denen anderer Kessel ungefähr entsprechen, so geht auch die Wassergeschwindigkeit in der Trommel gegenüber anderen B auarten erheblich zurück, und es besteht tatsächlich die Möglichkeit, Schlamm und sonstige Verunreinigungen ab
setzen zu lassen und durch die Ablaßleitung aus dem Um
lauf zu entfernen.
A bbildung 3.
A nordnung zweier Um wälzpum pen.
Die D r u c k h ö h e d e r U m w ä lz p u m p e b eträ g t in der Regel etwa 2,5 kg/cm 2, ist also außerordentlich gering.
Dementsprechend ist auch der Aufbau der Umwälzpumpen sehr einfach. Die Pum pe h a t nur ein einziges fliegend an
geordnetes Laufrad, also auch nur eine einzige Stopfbüchse.
Die Umwälzpumpen sind heute baulich so weit entwickelt, daß sie als durchaus sicher anzusehen sind. Tatsäch
lich sind an Umwälzpumpen in jahrelangem Betrieb, von anfänglichen K inderkrankheiten abgesehen, keine Stö
rungen aufgetreten. Bei kleineren Anlagen wird deshalb heute auf eine zweite Pum pe für die Umwälzung ver
zichtet. Wo jedoch auch kurzzeitige Unterbrechungen des Kesselbetriebes auf keinen F all zugelassen werden dürfen, kann auf einfache Weise eine mehrfache Sicherheit vor
gesehen werden. Zum Teil geschieht das dadurch, daß die Pumpenleistung durch zwei gleichlaufende Pum pen er
zeugt wird, deren Antriebsmaschinen voneinander unab
hängig sind. Bei Ausfall einer Pumpe läuft dann die andere m it etwas mehr als der halben L ast weiter, wobei eine Be
einträchtigung der Betriebssicherheit noch nicht eintritt.
Es ist auch möglich, zwei Pum pen der vollen Leistung auf
zustellen, von denen die eine zur Bereitschaft dient ( Abb. 3).
Bei Ausfall der einen Pum pe wird die andere selbsttätig in Betrieb genommen. Der Anstoß für die Umschaltung wird entweder vom Netz oder aber, was zweckmäßiger ist, vom D ruckunterschied zwischen Zulauf- und Druckleitung gegeben. Zu diesem Zweck wird zwischen die beiden Lei
tungen ein Druckunterschiedsmesser m it K ontakten ein
gebaut, die bei U nter- oder Ueberschreitung des zuläs
sigen Druckunterschiedes vom Zeiger b etä tig t werden, wo
bei dann über ein Relais die Um schaltung von einer Pum pe auf die andere erfolgt. Gleichzeitig kann der Heizer durch eine H upe oder ein Lichtzeichen aufm erksam gem acht werden. Zuletzt ist es dann noch möglich, bei Ausfall beider Pum pen den Kessel durch die Kesselröhren hindurch zu cb = Verdam pferrohr
h = D üseneinsatz c = Einsatzbuchse d, = V erteiler
e = eingeschraubtes R ohrstüch f =V erschlußstopfen
g -=D üsenha/ter Abbildung 2. D rosseldüsen m it Siebschutz.
1136 Stahl und Eisen. H . Seidel: A ufbau und Betrieb neuzeitlicher La-M ont-Anlagen usw. 55. Ja h rg . N r. 43.
speisen, so daß selbst noch in diesem praktisch kaum ein
tretenden Fall eine Kühlung der Rohre vorhanden ist.
Abb. 4 stellt den G e s a m ta u f b a u e in e r L a - M o n t- K e s s e la n la g e schematisch dar. Die Verdampferrohr
schlangen können dabei in mehrere Gruppen u nterteilt wer
den, diebeim Umlauf gleichgerichtet arbeiten. Bemerkenswert ist dabei auch die Zusammenschaltung von Verdampfer und Rauchgas-Speisewasservorwärmer (Ekonomiser). Zwischen
D ruckleitung und W asservorwärmer
ein tritt wird eine Verbindung ge
schaffen, die durch ein Rückschlag
ventil im allge
meinen abgeschlos
sen wird. W ird bei üblicher Spei
sung der Wider
stand des Wasser
vorwärmers so ge
w ählt, daß er grö
ßer ist als die Förderhöhe der Umwälzpumpe, so wird das Rück- A bbildung 4. G esam taufbau einer
La-M ont-Kesselanlage.
schlagventil zugedrückt und die Verbindung zwischen Rohrschlangen und Vorwärmer unterbrochen. Geht die Speisewassermenge zurück, so sinkt naturgem äß der Ueber-
3 - Trommel-Hessel 3 - Trommel-Hessel
ausgenutzt 8 7 ,5 % ausgenutzt 100 °to Abbildung 5. H eizflächenausnutzung verschiedener
K esselbauarten.
druck in der Speiseleitung, und von einer bestim m ten Speise
wassermenge ab wird von der Kesselseite her das Rück
schlagventil aufgedrückt und mehr oder weniger Umwälz
wasser in den Vorwärmer eingeführt. Man erreicht dadurch, daß im unteren Belastungsbereich bis zu einer einstellbaren Speisewasserleistung die Wasserbewegung im Vorwärmer unverändert bleibt, weil bei sinkender Speisung die fehlende Wassermenge aus dem Kessel ersetzt wird. Es kann also nie der F all eintreten, daß die Kühlung der Vorwärmerrohre
ausgenutzt 60°to Sehtiona! - H essel
ausgenutzt 60°!o La-M ont - H essel
unzureichend wird. Eine rauchgasseitige Abschaltung des Vorwärmers, etwa für die Anheizzeit des Kessels, ist des
halb bei dieser Anordnung nicht erforderlich. Der Aufbau des Kessels kann also ohne die geringste Beeinträchtigung seiner Betriebssicherheit und H altbarkeit sehr einfach ge
sta lte t werden.
Die G e s c h w in d ig k e it in d e n R o h r e n von La-Mont- Anlagen wird so hoch gewählt, daß sie wesentlich über der Steiggeschwindigkeit der Dampfblasen im ruhenden Wasser liegt. Dabei wird auch eine W asserströmung sehr hoher W irbelung erreicht, da die kritische Grenzgeschwindigkeit ganz wesentlich tiefer liegt als die betriebsmäßigen Geschwin
digkeiten. Aus diesen Gründen ist m an in der F ührung der Rohre vollständig frei, d. h. es können auch sehr stark be
heizte Rohre unbedenklich vom Dampf-Wasser-Gemisch
A bbildung 6.
La-M ont-Abhitzekessel bei den Vereinigten Stahlw erken, Duisburg-M eiderich.
Blick auf das V erdam pfer- un d V or
w ärm erbündel w ährend des Aufbaues.
senkrecht von oben nach unten durchström t werden. Irgend
welche Abhängigkeit zwischen natürlichem Auftrieb und Wasserumlauf besteht ja beim Zwangumlauf nicht mehr.
Die Kessel können also durchweg so aufgebaut werden, daß sich für Rauchgasführung und W ärm eübertragung die günstigsten Verhältnisse ergeben. Diese bestehen be
kanntlich darin, daß die Rauchgase senkrecht zu den versetzt angeordneten Rohren geführt und im Kessel mög
lichst wenig um gelenkt werden. H ierin unterscheidet sich der neue Kessel vorteilhaft von allen Kesselbauarten, die m it natürlichem W asserumlauf arbeiten.
In Abb. 5 werden die V erhältnisse bei verschiedenen Kesseln gegenübergestellt. Man kann daraus ersehen, daß man bei nahezu allen K esselbauarten m it natürlichem Wasserumlauf m it einer nur teilweisen Bestreichung der Heizflächen durch die Rauchgase rechnen muß, während beim La-Mont-Kessel eine v ö lli g e A u s n ü t z u n g d e r H e iz f lä c h e n erreichbar ist. Dies g ilt nicht nur für solche Kessel, die als sogenannte Einzugkessel m it einem einzigen senkrechten Rauchgaszug gebaut werden, was aus späteren Beispielen noch ersichtlich ist.
Verschiedene Beispiele von La-Mont-Anlagen bestätigen die vorhergegangenen Ausführungen.
Die ersten Ausführungen waren A b h i t z e k e s s e l , von denen der erste in Amerika errichtet wurde. Die erste
24. O ktober 1935. H . Seidel: A u fbau und Betrieb neuzeitlicher L n.M ont-Anlagen usw. S tahl und Eisen. 1137 deutsche Anlage ist bei den Vereinigten Stahlwerken
errichtet worden (Abb. 6). Die beiden Anlagen sind im Aufbau ziemlich ähnlich. Die Rohre dieser Kessel werden noch gleichlaufend zu den Rauchgasen geführt, so daß man also auf die letzten Möglichkeiten günstiger W ärm e
übertragung verzichtet hat. Die Rohre werden von oben nach unten durchström t. Die Kesseltrommel ist außerhalb des eigentlichen Kessel
blocks und vollständig getrennt vom Rauchgasstrom aufgestellt. Günstigere Verhältnisse für die W ärm eübertragung ergeben sich bei reiner Querströmung der Gase zu den Rohren, die auch bei La- Mont-Abhitzekesseln leicht erreicht wer
den kann. Als Beispiel zeigt Abb. 7 einen Abgaskessel, der zur Ausnützung von Abgasen einer Dieselmaschine gebaut ist.
Dieser Abgaskessel stellt praktisch eine Erw eiterung der Abgasrohrleitung dar, in der schraubenförmig gestaltete Rohre eingebaut sind. Ebenfalls m it reinem Querstrom der Gase zu den Heizflächen arb eitet der Kessel nach Abb. 8 zur A usnützung der Abgase eines Glühofens, der für die Norddeutsche Affinerie in H am burg geliefert worden ist. Hier sind die Verdampferschlangen hängend an
geordnet, und da es sich um die Aus
nützung sehr staubhaltiger Abgase handelt, ist durch aufgelockerte Rohr
anordnung die Möglichkeit gegeben, die Heizflächen leicht abzublasen.
Diese Beispiele geben bereits einen Begriff von der bau
lichen Freiheit, die es bei La-Mont-Kesseln g estattet, sich den gegebenen Verhältnissen vollständig anzupassen. Darin
besteht jedoch nicht allein der Vorteil dieser B auart. Von besonderer Bedeutung ist auch die Tatsache, daß, bedingt durch die wirksame W ärm eübertragung und den geringen Gesamtwasserinhalt der Anlage, eine sehr schnelle Be
triebsbereitschaft erreicht wird, die ein außerordentlich schnelles Hochfahren der Anlage und schnelle Lastwechsel zulassen. Irgendwelche Verzögerungen zwischen dem Be
triebszustand der Feuerung und des Kessels treten p rak tisch nicht mehr auf, so daß also die A nheizdauer fast nur noch von der Feuerung abhängt. Die geringen R ohrdurch
messer und verhältnism äßig engen Rohrteilungen bedingen zwar einen größeren Zugverlust je Rohrreihe, als er bei anderen Kesseln üblich ist. Die Verhältnisse liegen jedoch so, daß der Zugverlust dieser Verdampfer, bezogen auf die gleiche Wärmeleistung, geringer ist als der anderer Bau
arten, selbst dann, wenn m an nicht berücksichtigt, daß 4 3 .„
durch geeigneten Aufbau der Kessel zusätzliche Umlenkun
gen fortfallen, die bei anderen Kesseln einen erheblichen Teil des gesamten Zugbedarfs beanspruchen.
Die folgenden Abbildungen geben einen ungefähren Ueberblick über den Aufbau üblicher La-Mont-Kessel, wie sie sich im Laufe der letzten Jahre als zweckmäßig entwickelt
A bbildung 9.
Kessel m it W anderrostfeuerung.
haben. In Abb. 9 ist ein K e s s e l m it W a n d e r r o s t f e u e r u n g dargestellt, die bei den deutschen Anlagen der Zahl nach unbedingt überwiegt. Der Wanderrostkessel wird ge
wöhnlich als Zweizugkessel m it unterem Rauchgasabzug gebaut. Dies ist insofern günstig, als die Zugführung möglichst
Abbildung 10. Kessel m it R auchgasabführung nach oben.
einfach wird und im W asservorwärmer bei aufwärtsgerich
te te r W asserströmung reiner Gegenstrom zwischen R auch
gasen und Wasser erreicht werden kann. Ist es durch ört
liche Verhältnisse bedingt, die Rauchgase nach oben aus dem Kessel abzuführen, und ist die verfügbare Höhe für die Aufstellung eines Einzugkessels nicht ausreichend, so ergibt sich eine Ausbildung des Kessels nach Abb. 10.
Abb. 11 stellt eine K e s s e la n la g e m it M a r t i n - R ü c k s c h u b r o s t dar, die vor zweieinhalb Jah ren für die Che
mische F ab rik Budenheim, Mainz, geliefert worden ist.
Abb. 11 zeigt die erste Ausführung, die allerdings den E r
w artungen nicht entsprochen hat, da sich der R ost zur Ver
teuerung der gewährleisteten Kohle — Eschweiler Mager
feinkohle — als ungeeignet erwiesen h at. Die Abbildung soll nur als Beispiel für die Angleichung der Bauweise an die verschiedensten Feuerungen dienen. D er M artinrost
146
1138 S ta h l und Eisen. U. Seidel: A u fbau und Betrieb neuzeitlicher La-M ont-Anlagen usw. 55. Ja h rg . N r. 43.
wurde später durch einen W anderrost ersetzt. Die Anord
nung ist aus Abb. 10 ersichtlich. Seit dieser Zeit arbeitet die Anlage zur vollsten Zufriedenheit. Bei A bnahmever
suchen wurde u. a. eine Ueberschreitung der Gewährleistung
A bbildung 11.
Kessel m it M artin-R ückschubrost.
um etwa 9 % festgestellt. Außerdem konnte für die Dauer einer Stunde eine Spitzenleistung von 22 t/h erzielt werden, obwohl die Anlage für eine Höchstleistung von 17 t/h ge
b au t ist. Es ging aus
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In der Zwischenzeit wurde der La-Mont-Kessel auch als S o n d e r k e s s e l f ü r k le in e D a m p f l e i s t u n g e n en t
wickelt, wobei man sich auf die im Schiffskesselbetrieb ge
sammelten Erfahrungen stützen konnte. Diese Kleinkessel werden für Leistungen von etwa 1 bis 6,5 t/h für alle Drücke und so gebaut, daß sie in fertig zusamm engebautem Zustand versendet werden können. Die Kessel können daher nach Fertigstellung in der F abrik auf den P rüfstand genommen werden, ein Vorteil, den m an sonst nur bei Kraftm aschinen als erreichbar betrachtet. Der Kunde kann sich deshalb vor der Aufstellung der Kessel in seinem W erk davon über
zeugen, ob die abgegebenen Gewährleistungen eingehalten worden sind und ob der Kessel sich für seine Betriebsver
hältnisse eignet.
Abbildung 12.
Kessel m it Kräm er-M ühlenfeuerung.
den Versuchen auch eindeutig hervor, daß der Kessel eine noch höhereLeistung h ätte abgeben kön
nen, wenn U nter
wind- und Saugzug
ventilator für größe
re Leistungenausge- legt gewesen wären.
Abb. 12 stellt einen K e s s e l m it e in e r K r ä m e r - M ü h le n f e u e r u n g dar, der deutlich die bei La-Mont-Anlagen erreichbare gedräng
te B auart der Heiz
flächen zeigt, wenn m an den R aum bedarf für den eigentlichen Kessel mit der Brenn
kammer vergleicht.
Ein Kessel m it nahezu vollständig waagerechter F ührung der Rauchgase ist in Abb. 13 dargestellt. Die Heizflächen der Verdampfer und des Ueberhitzers sind gleichartig aufgebaut und bestehen aus hängenden Rohrschlangen. Bei dieser Anordnung ergibt sich ein sehr nachgiebiger Aufbau der Heizflächen, und es wird auch hier reiner Querstrom der Rauchgase zu den Engrohrheizflächen erzielt.
Der erste nach diesem G rundsatz gebaute Schiffskessel h a tte eine Planrostfeuerung für Steinkohle. Zwei Kessel ähnlicher B auart, jedoch für Kohlenstaubfeuerung und als Zweizugkessel ausgebildet, leisten je 5 t/h .
Diese Kessel sind inzwischen auch für Landanlagen ent
wickelt worden, wobei sich grundsätzlich zwei B auarten als brauchbar erwiesen haben. Abb. 14 zeigt einen Kleinkessel m it der Z w e iz u g a n o r d n u n g , bei der die Berührungsheiz
flächen hinter dem Feuerraum liegen. Bei diesem Kessel ist die Trommel m it dem Kesselblock zusammengebaut. Die Abmessungen sind so gehalten, daß der zusammengebaute Kessel auf der Bahn versandt werden kann. Abb. 15 zeigt einen E i n z u g - K l e i n k e s s e l m it übereinander angeordneten Heizflächen, bei dem die Kesseltrommel vom eigentlichen Kessel getrennt ist. Bei diesem Kessel ist die Trommel außer
dem stehend angeordnet. D urch diese A nordnung ist es mög
lich, tro tz geringem W asserraum einen großen Speisewasser
v orrat unterzubringen. W ird die E ntnahm e für das Um
laufwasser im unteren Trom melteil angeordnet, der Wasser
spiegel jedoch so hoch gelegt, wie es m it Rücksicht auf eine einwandfreie Ausdampfung zulässig ist, so kann bei Ausfall der Speiseanlagen eine sehr weitgehende Absenkung des Wasserspiegels zugelassen werden, ohne daß der Druck im Kessel herabgesetzt zu werden b raucht. Man kom m t dabei auf Zeiten, die je nach der Kesselgröße zwischen 20 und 30 min liegen, in der sich der Ausfall der Speisung noch nicht auswirkt. Bei W asserrohrkesseln anderer B au art sind die entsprechenden Zeiträum e wesentlich kleiner. Der La-Mont-Kleinkessel ist also auch in dieser Beziehung sicherer als andere Kesselbauarten.
Augenblicklich befinden sich sieben derartiger Klein
kessel im Bau. Ueber die Versuchsergebnisse wird in den Fachzeitschriften berichtet werden. Einzugkessel m it großer Leistung werden in zwei bis drei Teilen zum Versand
24. O ktober 1935. H . Seidel: A u fb a u und Betrieb neuzeitlicher La-M ont-Anlagen usw. S tah l un d Eisen. 1139 gebracht. Die Feuerräum e der Kessel werden bis auf R ost
oberkante herab m it K ühlrohren verkleidet, die abstandslos aneinanderliegen. Als W ärmeschutz genügt daher eine Isolierung in Form von Isolierm atten, da sie unm ittelbarem Rauchgasangriff nicht ausgesetzt werden. Die Kleinkessel werden ferner so gebaut, daß sie eine doppelte Blechum-
feuerung, können derartige Kessel in ganz kurzer Zeit in Betrieb genommen werden, so daß sie in sofortiger Bereit
schaft genau so gut eingesetzt werden können wie z. B. ein Dieselmotor. Der außerordentlich gedrängte Aufbau der Kessel läßt außerdem eine Aufstellung im Maschinenhaus ohne weiteres zu.
A bbildung 14. Zweizug-Kleinkessel.
mantelung erhalten. Zwischen den beiden Blechmänteln wird die Verbrennungsluft geführt und auf diese Weise eine außerordentlich wirksame Kühlung der Oberflächen erzielt, so daß der Strahlungsverlust bei diesen kleinen Kesseln
A bbildung 15. Einzug-Kleinkessel.
ähnlich günstige W erte erreicht, wie m an sie sonst nur bei Großkesseln gewöhnt ist.
Als Endglied der Entwicklung sei zuletzt noch ein S p itz e n k e s s e l gezeigt (Abb. 16). Es ist dies ein Kessel, der durch außerordentlich hohe Gasgeschwindigkeit auf kleinstem Raum untergebracht werden kann und der, genau wie die vorher gezeigten Kleinkessel, praktisch ohne M auer
werk aufgebaut wird. In Verbindung m it einer schnell regelbaren Feuerung, z. B. Oel-, Gas- oder K ohlenstaub-
Abbildung 16.
La-M ont- Spitzenkessel.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
Das Wesen des La-Mont-Kessels und die W asser
bewegung in seinen Rohren wird erläutert sowie die An
wendung von Rohren m it kleinem Durchmesser u nd ihre Folgen für die Betriebssicherheit begründet. D er A ufbau der Umwälzpumpe und ihr Betrieb sowie die Zusammen
schaltung von Verdampfer und Speisewasservorwärmer werden dargestellt. Der für Rauchgasführung u nd W ärm e
übertragung günstige Aufbau des Kessels wird hervorge
hoben. An Abbildungen werden Beispiele der Anpassung von Kesseln an gegebene Verhältnisse u nd Beispiele üb
licher Kesselanlagen für gewöhnliche und kleine D am pf
leistungen beschrieben.
a,=Verdampfer h =Ü berhitzer c=Vorwärmer
1140 Stahl und Eisen. Umschau. 55. Ja h rg . N r. 43.
Um schau.
Zur Metallurgie der Schweißstahlerzeugung.
D er Schw eißstahl, der seit den neunziger Ja h re n des v e r
gangenen J a h rh u n d e rts im m er m ehr durch den F lu ß sta h l v e r
d rä n g t w urde, k an n sich heute n u r noch auf G rund einiger beson
derer w ertvoller E igenschaften h alten. Diese beruhen zum Teil auf den tro tz des A usschmiedens der L uppen im S tahl verblei
benden Schlackenresten (hohe A nbruchsicherheit u n d geringe E m pfindlichkeit gegen K erbw irkung senkrecht zur Faserrichtung, V erm inderung der E igenspannungen bei ungleichm äßiger A bküh
lung, hohe K orrosionsbeständigkeit). Zum anderen Teil sind sie wie die hohe A lterungsbeständigkeit des Schw eißstahls offen
b ar in der besonderen Form der m etallurgischen U m setzungen zu suchen. M it den G ründen fü r diese Eigenschaft beschäftigte sich eine A rbeit von H . W e n t r u p , B. K n a p p un d H . M ü l l e r 1).
D ie Verfasser gehen dabei von der V oraussetzung aus, daß der S auerstoffgehalt eines Stahles
eine der w ichtigsten U rsachen der A lterungserscheinung sei2). Da die u n m ittelb are analytische B e
stim m ung des Sauerstoffs im Schw eißstahl nu n aber wegen d er starken Schlackeneinschlüsse nich t möglich ist, w erden in der A rbeit die m etallurgischen B edin
gungen der Schw eißstahlerzeu
gung hinsichtlich des V erhaltens des Sauerstoffs u n tersu ch t. Die Verfasser b etrach ten dabei so
wohl die Erzeugung des „echten Schw eißstahls“ , der aus dem Pud- del-, Lancashire- oder einem ähn- lichenV erfahren stam m t, als auch den Paketierschw eißstahl, zu d es
sen H erstellung Schweiß- oder F lu ß stah lsch ro tt verw endet wird.
Die Erzeugung des Schw eißstahls im P uddelverfahren geht in zwei A bschnitten vor sich. D er erste ist dadurch gekennzeich
n et, daß auf ein flüssiges, an K ohlenstoff reiches M etallbad eine flüssige E isensilikat-Schlacke einw irkt, w ährend im zw eiten die gleiche flüssige E isensilikat-Schlacke festen y-M ischkristallen gegenübersteht. Bei der Paketierschw eißstahl-H erstellung tre te n n u r die U m setzungen des zw eiten A bschnittes auf. Im ersten Teil w ird die Sauerstoffaufnahm e des M etallbades durch die K ohlen
stoffkonzentration b estim m t. Sie d ü rfte bei den B etriebstem p e ratu ren des Puddelverfahrene von 1350 bis 1400° n ich t u n te r 2,5% C sinken. D er Sauerstoffgehalt b leibt infolgedessen im flüssigen Eisen außerordentlich gering. E inen A n h a lt fü r die G rößenordnung g ibt die T atsache, daß bei 1600° u n d 2 % C n u r 0,0067% 0 2 beständig sein können.
S inkt der K ohlenstoffgehalt des B ades u n te r 2 ,5 % , so b e g innt die K ristallisation der Eisen-M ischkristalle. I h r S auer
stoffgehalt w ird von den W echselw irkungen zwischen der S ilik at
schlacke un d den M ischkristallen abhängen. Aus den im Sch rift
tu m m itgeteilten Angaben über die Z usam m ensetzung der Puddel- schlacken w ird gefolgert, daß diese F errosilikaten m it verschie-
*) D ruckschrift der Gesellschaft von Freunden der Tech
nischen Hochschule Berlin über das G eschäftsjahr 1934, S. 42/53.
2) Vgl. G. S c h m id t : Arch. E isenhüttenw es. 8 (1934/35) S. 263/67.
denen Eisenoxydulgehalten entsprechen. U m einen A n h a lt für den G ehalt dieser Silikate an „freiem “ E isenoxydul bei den T em peraturen der Puddelstahlerzeugung zu gew innen, w ird nach den U ntersuchungen von H . S c h e n c k 1) die D issoziationskon
sta n te fü r 1350° errechnet. E s erg ib t sich, d aß eine Schlacke m it 7 0 % FeO un d 3 0 % S i0 2 n u r 1 3 % freies FeO oder 2 ,9 % w irk
sam en Sauerstoff en th ä lt. D er E influß dieses Sauerstoffgehaltes auf den Sauerstoffgehalt des Eisen-M ischkristalles ergibt sich aus der V erteilungskonstante fü r den Sauerstoff. Sie w ird aus dem von H . Schenck aufgestellten Eisen-Sauerstoff-Schaubild fü r 1350° bestim m t als L = ( 0 2)schlacke / [ 0 2]jestes Fe = 103,8.
x 80 N ach den U ntersuchungen von I . F e s z c z e n k o - C z o p iw s k i u n d S. O r z e c h o w s k i 2) w ürde die K o n sta n te sogar den W ert 172 haben. D er Sauerstoffgehalt des E isens w äre d anach bei 70% FeO in der Schlacke u n te r der ersten A nnahm e 0,028 % , u n te r der zw eiten A nnahm e 0,017 % . Beide W erte liegen u n te r dem von G.
S chm idt angegebenen kritischen Sauerstoffgehalt von 0,04% . Die U ntersuchungen, die F . K ö r b e r un d W . O e l s e n 3) über die U m setzungen zwischen flüssigem Eisen undE isensilikat-Schlacken, die m it Kieselsäure gesättigt w aren, an stellten, ließen sich für die vorliegenden Berechnungen n ich t verw erten.
N achdem auf G rund der theoretischen Ueberlegungen die M öglichkeit einer D esoxydation des festen E isenkristalls durch die flüssige Silikatschlacke e rk an n t w ar, w urde nu n versucht, diese W irkung auch sich tb ar zu m achen. D a sich aber versuchs-
x 80
m äßig schlecht feststellen ließ, ob eine F errosilikat- Schlacke festem E isen keinen Sauerstoff zuführe, w urde der um gekehrte W eg b eschritten u n d u n tersu ch t, ob eine Ferrosilikat-Schlacke einem sauerstoffreichen Eisen Sauerstoff entziehen könne. Der Sauerstoffgehalt des Eisens w urde dabei so hoch gew ählt, daß die E isenoxyduleinschlüsse ohne w eiteres im Schliff beobachtet w erden konnten. N ach verschiedenen Schw ierigkeiten w urden die V ersuche so ausgeführt, daß R u n d stäb e aus Armco-Eisen v on 8 mm D m r. u n d 100 mm Länge bei 1350° in eine Ferrosilikat-Schlacke eingetaucht w urden, die im Sandtiegel eingeschmolzen w ar. Die V ersuchsstäbe w urden d an n in der R e
aktionszone aufgeschnitten un d m ikroskopisch u ntersucht.
Abb. 1 und 2 zeigen die R andzone in zwei S täben, die 1 und 4 h b ehandelt w urden. W ährend in Abb. 1 die V erm inderung der E in schlüsse in der R andzone vielleicht noch n ich t sehr ausgeprägt in E rscheinung tr it t , ist sie in Abb. 2 ganz deutlich. H ier zeigt auch die G renzschicht zur E isensilikat-Schlacke eine m erkw ürdige V erzahnung von Schlacke und Eisen. Ih re U rsache d ü rfte diese E rscheinung wohl in einer gewissen L öslichkeit der Schlacke für
2) E inführung in die physikalische Chemie der E is en h ü tten prozesse, Bd. I (B erlin: Ju liu s Springer 1932) S. 186
2) Met. & Alloys 3 (1932) S. 362.
3) M itt. K ais.-W ilh-Inst. Eisenforschg., Düsseid 15 (1933) S. 271.
A bbildung 1. V erteilung der E isen oxyd u lein sch llisse nach 1 b Versuchsdauer.
A bbildung 2. V erteilung der E isen oxyd u leiu sch lllsse nach 4 h Versucbsdauer.
