GLÜCKAUF
Berg- und H ü t t e n m ä n n i s c h e Zeitschrift
N r. 41 11. O k t o b e r 1924 6 0 Jahrg.
Der S p eic h e ru n g sg ru n d sa tz im S te in k o h le n b e r g b a u unter b e s o n d e r e r B e r ü c k s ic h tig u n g der G e f ä ß f ö r d e r u n g und ihres Einflusses auf die Kraftwirtschaft.
Von Dipl.-Ing. P. L ü t h , Borlh, Kr. Mörs.
(M itteilung aus d e m A u ssch u ß für Bergtechnik, W ä rm e - und Kraftwirtschaft.) Druckluftwirtschaft u n d S c h a c h tfö rd e ru n g sind an der
D am pferzeugung der Z e ch en des R u h rb ezirk s im Mittel mit etwa 50 % beteiligt. F ü r diese w ichtigsten B etriebs
zweige ist daher die h ö ch ste W irtschaftlichkeit anzustreben.
Es genügt nicht, D am pf, K raftstrom u n d P re ß lu ft in den Zentralen mit dem g e rin g sten K o h le n a u fw a n d zu erzeugen, sondern auch die V e rb ra u c h e r dieser E n erg ien m ü ssen sich auf die geringsten m ö g lic h e n M en g e n b eschränken.
ln der D r u c k l u f t w i r t s c h a f t d e r Z e ch en sind in den Jahren nach dem K riege w esentliche Fortschritte in der Erkenntnis u n d in d e r A u s f ü h r u n g zu verzeichnen.
Diese V erbesserungen sin d teils technischer, teils b etrieb s
wirtschaftlicher Art u n d in zahlreichen Aufsätzen hier u n d in ändern Zeitschriften b e h a n d e lt w o rd e n .
Das Gebiet d er S c h a c h t f ö r d e r u n g hat keine wesentlichen N e u e ru n g e n aufzuw eisen. M an fan d sich mit der G estellförderung, wie sie auf den Z ech en üb lich ist, trotz ihrer Mängel ab u n d blieb d er G e f ä ß f ö r d e ru n g g e g e n über zurückhaltend, die bereits im Erz- u n d K alibergbau geringe, im A uslande a b e r bereits g rö ß e re V e rb re itu n g gefunden hat.
Allgemeine Vorteile der S p eicherung1.
Bekanntlich v e rb rau ch en diejen ig en D a m p fm a sc h in e n am wenigsten Dampf, deren Arbeit bei v o llstän d ig er G le ic h mäßigkeit von Belastung, D am p fd ru c k , D a m p fte m p e ra tu r und Vakuum erfolgt. G le ic h m ä ß ig e B elastung setzt aber einen gleichm äßig d u rc h la u fe n d e n Betrieb voraus, d er die Erzeugung o d er G e w i n n u n g d e r G ü te r g le ic h m ä ß ig g e staltet. Eine g leich m äß ig d u rc h la u fe n d e A nlage w ü r d e mit dem geringsten A ufw and von Anlagekapital, Arbeitskräften und Energie, d. h. m it den n iedrigsten B etriebskosten, arbeiten. N u r in den seltensten Fällen läßt sich jed o ch ein gleichmäßig d u rc h la u fe n d e r Betrieb m it g le ic h m ä ß ig e r Belastung aller E in ric h tu n g e n eines W e rk e s erzielen.
Zwischen E rz e u g u n g u n d V erb rau ch liegt ein Z e itu n te r
schied. Durch die A rbeitseinteilung des T a g e s ä n d e rn sich Energiezufuhr u n d E n e rg ie v e rb ra u ch nach den Schichten.
Jeder Betriebsleiter w ird a b e r b estreb t sein, seinen Betrieb wenigstens ü b er eine m ö g lic h st lange Z eit hin g le ic h m ä ß ig zu belasten, um die A nlagen u n d die B elegschaft m ö g lic h st wirtschaftlich auszu n u tzen .
1 Bei diesen Ausführungen ist die m ir zur V e rfügung gestellte, bisher nichi veröffentlichte Abhandlung des inzwischen v erstorbenen O beringenieurs T e r b e c k in H om berg »Kohlenspeicher in d e r G ru b e und G efäß fö rd eru n g als Schachtförderung, herangezogen w orden.
Ein Mittel z u r E rre ic h u n g dieses Zieles ist die S p e i c h e r u n g , u n d z w a r s o w o h l die des M a t e r i a l s als auch die d e r E n e r g i e . In erster Linie m u ß bei n ich t gleic h m ä ß ig d u rc h lau fen d en Betrieben w e itestg eh en d v o n d er M aterialspeicherung G e b r a u c h g e m a c h t w e rd e n . Erst w e n n alle M öglichkeiten fü r sie ersch ö p ft sind, w ird m an z u r E n e rg ie sp e ic h e ru n g ü b e rg e h e n . Die M aterialspei
c h e ru n g liefert d a n n ein w ichtiges Mittel z u r V e rb e sse ru n g d er Energiew irtschaft, u n d eine auf diese W eise h e rb e i
g efü h rte V e rb e s s e ru n g d e r E nergiew irtschaft b edeutet z u gleich eine erh eb lich e V e rb e sse ru n g d er W ärm ew irtschaft.
Z u n ä c h s t soll u n te rsu c h t w e rd e n , w ie w eit m a n auf d en Z e c h e n v ö n d em G ru n d s a tz der S p e ic h e ru n g G e b ra u c h g e m a c h t hat, u m E n e rg ie s c h w a n k u n g e n wirtschaftlich a u s z u g leich en u n d einen g leic h m ä ß ig d u rch la u fe n d e n Betrieb für län g ere Z eitabschnitte in den einzelnen B etriebszw eigen zu erzielen.
Die Materialspeicherung.
D e r G r u b e n b e trie b läuft T a g u n d N a c h t d u rc h , jed o ch nicht g leich m äß ig . E n ts p re c h e n d d er A rbeitseinteilung in zwei F ö rd ersc h ic h te n u n d eine R eparaturschicht ä n d e rn sich Z u f u h r u n d .V e r b r a u c h v o n Kraft. A uch d er Kraft
bedarf fü r einzelne A rb eitsv o rg ä n g e schw ankt, u n d z w ar z. B. in g a n z b e s o n d e r m M aße zw ischen den Schichten, in d en en die F ö r d e r u n g u m g e h t o d e r ruht.
Die auf den Z ech en fü r die M aterialsp eich eru n g h a u p t
sächlich in F rage k o m m e n d e n Stoffe sind W a sser u n d Kohle.
V o n d e r S p e ic h e ru n g des W a s s e r s hat m an bei der W a sse rv e rs o rg u n g , d e r E n tw ä s s e ru n g u n d d e r W a s s e r
h a ltu n g G e b ra u c h g em acht, 'um diese A nlagen m e h r o d e r w e n ig e r lange g le ic h m ä ß ig betreiben zu k ö n n e n . M an läßt die W a s s e r v e r s o r g u n g s p u m p e n dem m ittlern W a s s e r bedarf e n ts p re c h e n d für eine m ö g lic h st lange Zeit g leich m ä ß ig d u rch lau fen u n d speichert das W a sser im H o c h b e h älter auf, u m S pitzenleistungen ausgleichen zu k ö n n e n . D asselbe gilt für die E n tw ä sse ru n g . Plötzlich auftretende g r o ß e W a s s e rm e n g e n w e rd e n in einem A ufhaltebecken g e sam m elt u n d n ach Bedarf a b g e p u m p t. Die E n tw ässeru n g s-, p u m p e n sin d d em mittlern V e rb rau ch e n ts p re c h e n d b e m essen. A uch im K esselhause findet eine S p e ic h e ru n g des W a sse rs in den S peisew asserbehältern statt.
Im W asse rh a ltu n g sb e trie b e w ir d auf d e n m eisten Z e c h e n das zusitzende W a s s e r in au sg ie b ig e m M aße u n te r tage gesp eich ert u n d die H e b u n g des W asse rs auf Zeiten
g e r in g e m E nergiebedarfes, d. h. m eistens auf die N a c h t
schicht, verlegt. M an ist d a d u rch in d e r Lage, einen g u ten A usgleich zw ischen den Zeiten mit u n d o h n e F ö r d e r u n g zu erzielen u n d die W asserh altu n g sm a sc h in e n für längere Zeit m it g leich m äß ig er B elastung durchlaufen zu lassen.
E ine S p e ic h e ru n g von K o h l e findet bis jetzt n u r ü b e r
tage statt. Im K oh len b eh älter des Kesselhauses, d e r gleich
zeitig E n ergiespeicher ist, speichert m an K ohle als V orrat fü r län g ere Zeit, u m von S tö ru n g e n in der Z u fu h r u n a b h ä n g ig zu sein. F ern er speichert m an K ohle in den R o h k o h le n tü rm e n , u m die W äsch e u n a b h ä n g ig v o n der F ö r d e r u n g für längere Zeit g leich m äß ig betreiben zu k ö n n e n . Eine dritte S p eic h e ru n g kann auf d er H ald e o d e r im H afen erfolgen, dam it bei V e rsa n d sto ck u n g en ein A u s
gleich zw ischen F ö r d e r u n g u n d V ersand m öglich ist.
Endlich w ird gew aschene Kohle in den N u ß k o h len tasch en d e r W äsch e u n d in d en F ein k o h le n tü rm e n d e r Kokerei gespeichert.
O bertage w ird also reichlich von dem G ru n d sa tz der M aterialspeicherung auch d er K ohle G e b ra u c h gem acht u n d d a d u rc h eine gleichm äßige Belastung der Betriebe erreicht. In d er G r u b e hat m an die S p eic h e ru n g der Kohle auf ihrem W e g e v o n d er G e w i n n u n g bis zu r H ä n g e b a n k bis jetzt mit Rücksicht auf den G r u n d s a tz verm ieden, das F ö rd e rg u t so lange wie m öglich in dem selben Gefäß zu belassen.
U ntertage sind drei Arten d e r S p eic h e ru n g von Kohle m ö g l i c h : 1. Die A ufstellung v o n belad en en F ö rd e rw a g e n . Sie erlaubt, die S ch a c h tfö rd e ru n g für längere Zeit gleich
m ä ß ig zu belasten, u n d ist natürlich in jedem U m fa n g m öglich, erfo rd ert a b er se h r viel R aum , der schlecht a u s g en u tz t w ird, u n d verlangt ein g ro ß e s Anlagekapital für die B eschaffung der erforderlichen F ö rd e rw a g e n . 2. Die A n s a m m lu n g des ü b e r eine bestim m te L eistung d er Schacht
f ö rd e ru n g anfallenden Teiles d er S treck en fö rd eru n g in einem Speicher. Sein Inhalt w ird nach Bedarf w ied er in F ö rd e rw a g e n ab g e z o g e n , w e n n die S c h a ch tfö rd eru n g nicht voll belastet ist. Ein solcher Speicher kann ü b er o d e r seitlich o b e rh a lb d er Sohle a n g e o rd n e t w e rd e n u n d als Z u b r in g e r v o n d o rt eine ansteigende K ettenförderung erhalten. Bei dieser S p eich eru n g sart kann m an die G estell
f ö rd e ru n g sow ie alle zw ischen Schacht u n d V e rlad u n g ü b lichen E in ric h tu n g e n beibehalten u n d die S ch ach tfö rd eru n g bei vollständiger A u s n u tz u n g de r F örd erm asch in en w ä h re n d d er g an zen Schicht u m m indestens 25 % steigern. 3. F ü h r u n g d er g an zen S treck en fö rd eru n g d u rc h einen Speicher u n d E rsetzu n g , d e r G e ste llfö rd e ru n g d u rc h die G e fä ß fö rd e ru n g . A us diesem Speicher w erd en dann m it Hilfe eines Zw ischenbehälters, d e r den Inhalt eines F ö rd e r
gefäßes faßt, die Kübel d e r G e fä ß fö rd e ru n g beschickt.
Ü bertag e g ib t das mit B oden-, Seiten- o d e r K ip p en tleeru n g versehene G efäß seinen Inhalt einem F ö rd e rb a n d auf, das ihn d e r Sieberei u n d V e rla d u n g zuführt.
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Die G rü n d e , die bis jetzt die vollständige K o h len sp e ic h e ru n g in d e r G r u b e verh in d ert haben, liegen darin, da ß m an die S c h a c h tfö rd e ru n g als solche hätte g r u n d leg e n d ä n d e rn u n d z u r G e fä ß fö rd e ru n g hätte ü bergehen m üssen, die eine E in ric h tu n g zu m U m sch lag en d er Kohle in d e r G r u b e voraussetzt.
D as als Nachteil d er G e f ä ß f ö r d e ru n g bezeichnete häufige Stürzen d e r Kohle, u n te r dem d e r Stückgehalt leidet, kann du rch zw eck m äß ig e A n o r d n u n g d e r Speicher gem ildert w erden. A uch spielt d e r S tückgehalt d er Kohle heute nicht m e h r die frü h ere Rolle, da m an die K ohle w eit
g e h e n d in d e r W ä sc h e zu veredeln sucht. Fettkohle wird häufig v o r u n d nach d e r W ä s c h e zu dem Z w eck zer
kleinert, m öglichst viel K o k sk o h le zu erzielen. Manche Z echen schicken bereits bis zu 8 0 °/o ih rer F ö rd e ru n g d u rc h die W äsche. D er sich beim S türzen entw ickelnde K ohlen stau b kann a b g e s a u g t w e rd e n u n d fü r K ohlen stau b fe u eru n g en V e r w e n d u n g finden. E ine V e r m e h r u n g des K o h len sch lam m s in der W ä s c h e ist kein Nachteil mehr, da die neuzeitliche S c h la m m a u fb e re itu n g eine e in w a n d freie T r e n n u n g der K ohle v o n L ettenschlam m erm öglicht u n d d er K o h len sch lam m d e r K o k sk o h le zugesetzt wird, o h n e daß m an d a d u rc h eine E r h ö h u n g des A schengehaltes im Koks zu befürchten braucht.
D i e g l e i c h m ä ß i g b e l a s t e t e n B e t r i e b e e i n e r Z e c h e . A u ß er den bereits als m it Hilfe d er M aterialspeicherung gleich m äß ig d u rc h la u fe n d a u fg efü h rten Kraftverbrauchern sind als A nlagen, die u n m ittelb ar z u r K o h le n g e w in n u n g g e h ö re n u n d den Z ech en b etrieb T a g u n d N ach t gleich
m ä ß ig belasten, die A nlagen fü r die B e w e tte ru n g zu rechnen, d. h. die V entilatoren, u n d z w a r s o w o h l fü r die H aupt
ais auch fü r die S o n d e rb e w e tte ru n g , d azu k o m m e n noch die U ndichtigkeitsverluste d er P re ß lu ftw irtsch aft u n d die B eleuchtung untertage. W eite r g e h ö re n zu den Betrieben einer Z eche m it g e rin g e n Ä n d e r u n g e n im Energieverbrauch die M aschinen des Kesselhauses so w ie die Hilfsmaschinen der elektrischen Zentrale u n d d er N e b en b etrieb e, w ie Kokerei, Ziegelei, W erkstätten, H afen, Spülversatzanlage usw.
Die in Betracht k o m m e n d e n V erhältnisse w e rd e n durch die Abb. 1 - 4 veranschaulicht, die sich säm tlich auf eine Z eche m it einer T a g e s fö rd e ru n g v o n 3 0 0 0 t Kohle aus 1000 m Teufe fü r einen 2 4 s tü n d ig e n W inter-Arbeitstag beziehen.
AÄ 4 —
2000
noo *
— - — — — — — — —
im
1200
.
|1U00 1 I
* 7 S 9 10 11 K 1 l J * 5 6 7 g 9 10 11 12 1 2 3 * 5 Uhr
Abb. 1. Kraftbedarf des V entilators bei e in e r W etterleistung von 15 000 cbm /m in un d 350 m m D ep ress io n .
Abb. 1 verzeichnet d en K raftbedarf des Hauptventilators, der w ä h re n d des 2 4 s tü n d ig e n Betriebes m it gleichm äßiger Belastung durchläuft. Beim A n trieb d u rc h eine K on d en sations-D am pfm aschine liegt hier d e r e in g a n g s erwähnte Idealfall einer derartigen E in w ir k u n g des Ventilators auf die D am p fe rz e u g u n g sa n lag e vor, d a ß die A ntriebsm aschine mit konstantem D ruck, k o n sta n te r T e m p e r a tu r u n d kon
stantem V akuum arbeiten kann u n d d a h e r d e n günstigsten D am pfverbrauch ergibt.
In A bb. 2 sind in d e n V e rb ra u c h an elektrischer Kraft untertage die B eleuchtung, die S tre c k e n fö rd e ru n g (G ru b e n lokom otiven), die H aspel m it e in e r L eistu n g v o n ins
gesam t 3 0 0 K W u n d die W a s s e r h a ltu n g (1 c b m Gruben-
11. Okt obe r 1924 G l ü c k a u f 921
KVv 2M0.
2000_
1600.
1000 Z 12001
10001
¿001
m l
wo:
ä :
f f
6 7 3 9 10 11 12 1 2 3 9 S 6 7 3 9 10 11 12 1 2 3 9 5Uhr
Abb. 2. V erbrauch an elektrischer E nergie u n te rtag e (J) und ü b e rta g e (II).
wasser auf l t Kohle) e in g esch lo ssen . D e r elektrische Kraftverbrauch ü b ertag e u m fa ß t säm tliche Tagesbetriebe, soweit sie nicht an d er F ö r d e r u n g der K ohle beteiligt sind.
KV 3900 3200 3000 2300 2600 2900 2200 2000 W O 1600
J
1M0[
d
6 7 3 9 10 11 12 1 2 3 9 5 6 7 3 9 10 11 13 1 2 3 9 SUhr
Abb. 3. Mittlere N etz b e la stu n g des elektrischen Betriebes oh n e die S chachtförderung.
Das vorsteh en d e S ch au b ild d er m ittlern N etz b e la stu n g des g e s a m t e n elektrischen B etriebes ausschließlich der Schachtförderung zeigt, d a ß die N etzb elastu n g , ab g ese h e n von den B eleuchtungsspitzen m o r g e n s u n d a b en d s, keine erheblichen S c h w a n k u n g e n im K raftverbrauch aufweist, da für die m eisten dieser V e rb rau ch er, wie bereits e r wähnt, d e r G r u n d s a tz d e r M a te rialsp eich eru n g d u r c h geführt ist.
D i e u n g l e i c h m ä ß i g b e l a s t e t e n B e t r i e b e e i n e r Z e c h e .
Als M aschinen m it g r o ß e m E nerg ieb ed arf, w elche die H a u p tsch w an k u n g en im K raftverbrauch e in er Z ech e h e r vorrufen, bleiben die z u r G e w i n n u n g u n d F ö r d e r u n g der Kohle dienenden ü brig, d . h . die M aschinen fü r die D r u c k l u f t w i r t s c h a f t u n d di e S c h a c h t f ö r d e r u n g , auf die etwa 35 u n d 1 5 % d e r D a m p f e r z e u g u n g entfallen.
Die F ö rd erleistu n g ist bei d e r h eu te fast allgem ein üblichen F örderart im W a g e n v o m Flöz b is z u tag e u n mittelbar a b h ä n g ig von d e r K o h le n g e w in n u n g , also a u s schließlich von d e r A rbeitszeit u n d d e r L eistu n g des Kohlenhauers. F ü r d e n A rb eiter u n tertag e bleiben von der Siebenstundenschicht, die m it d e m Betreten d es F ö r d e r korbes b e g in n t u n d m it seinem V erlassen auf d er H ä n g e bank endet, also die Zeit fü r die Seilfahrt, den W e g zu u n d von der Arbeitsstätte u n d die F rü h s tü c k s p a u s e ein schließt, als n u tzb are Zeit z u r K o h le n g e w in n u n g n u r 4 % st übrig. Die w irkliche Arbeitszeit eines H a u e rs stellt also
n u r einen Bruchteil d er Schichtzeit dar, u n d hiernach richten sich die g a n ze G e w in n u n g , F ö r d e r u n g u n d V er
la d u n g d er Kohle. E ine vollstän d ig e T r e n n u n g zw ischen G e w i n n u n g u n d F ö r d e r u n g w ü r d e d a h e r fü r die Z eche eine w esentliche V e rb e sse ru n g d er W irtschaftlichkeit b e deuten.
V o n d er G e w in n u n g sste lle bis z u r H ä n g e b a n k m u ß die K ohle vier Arten v o n F ö r d e r u n g e n d u rc h la u fe n : die A b b a u fö rd e ru n g , die S tapelförderung, die Streckenförde
r u n g u n d die Schach tfö rd eru n g .
Ü b e r die zeitliche A u feinanderfolge v o n A b b au - u n d S ta p e lfö rd eru n g u n d ü b e r die H ö h e ih rer S tu n d e n le istu n g sind v o n M a t t h i a s s 1 A u fzeic h n u n g e n v o r g e n o m m e n w o r den. D araus ist zu e n tn e h m e n , daß die F ö r d e r u n g am w irt
schaftlichsten sein dürfte, w e n n sich die W a g e n in g leich m äß ig em S trom e v o m A b b a u z u m Stapel u n d d u rc h diesen b e w eg en , w as a b e r m eistens nicht d e r Fall ist. G e w ö h n lich treten in d e r A b b a u fö rd e ru n g , h auptsächlich d u rc h In standsetzungsarbeiten an d en S chüttelrutschen, längere P a u se n ein, die d a n n d u rc h raschere W a g e n fo lg e w ie d e r a u sg eg lich en w e rd e n m üssen. Diese P a u se n h ä n g e n aber auch m it d e n N eb en arb eiten d e r S ch le p p e r zu sa m m e n u n d ferner damit, d aß die A n sc h lä g e r am Stapel zu Arbeiten im A b b a u h e ra n g e z o g e n w erd en , w as verm ieden w e rd e n m u ß , dam it die F ö r d e r u n g keine U n te rb re c h u n g erfährt. D u rc h den u n g le ic h m ä ß ig e n F lu ß d er K ohle vom A b b a u bis z u r S tre c k e n fö rd e ru n g treten d a h e r g rö ß e re o d e r g erin g e re S c h w a n k u n g e n im K raftverbrauch auf.
D er E n e rg ie v e rb ra u ch d er S tre c k e n fö rd e ru n g fällt s o w o h l bei S eilb ah n an lag en als auch bei elektrisch o d e r m it D ru ck lu ft b etrieb en en L o k o m o tiv en w e n ig e r in die W a g - schale. D ie G r u b e n w a g e n stellen h ier eine Art von S peicher dar. D ie L o k o m o tiv e n w e rd e n je nach Bedarf v o m Stapel angefordert, d er auch die Z ahl d e r zu m A b h o le n bereit
steh en d en W a g e n meldet. G leichzeitig b rin g e n die L o k o m otiven die leeren u n d B erg ew ag en z u m Stapel zurück.
Die F a h rtd a u e r v o m F ü llo rt bis zu m Stapel beträg t häufig 2 0 - 3 0 m in. Die Fahrzeiten d er Voll- u n d L eerzüge ü b e r decken sich, so d a ß die S treck e n fö rd e ru n g keine g r o ß e m S c h w a n k u n g e n im K raftverbrauch bedingt.
% 20
10
o LLl l _ J l . L l J — — — — —
6 7 S 9 10 11 12 1 2 3 9 5 6 7 Uhr
Abb. 4. B e la stu n g d e r O esteilfö rd eru n g in d en einzelnen S tu n d e n .
Zahlentafel 1 u n d A bb. 4 zeigen, d a ß ' d i e Seilfahrt von 6 U h r bis 6 30 dauert. Die S c h a c h tfö rd e ru n g b e g in n t erst u m 7 30. Die Zeit zw ischen 10 u n d 11 U h r e rg ib t die S pitzenleistung. G e g e n E n d e d e r F ö rd e rsc h ic h t n i mmt die L eistung w ie d e r ab. U m 1 U h r ' m ü sse n die F ö r d e r m a sc h in e n für die Seilfahrt z u r V e r f ü g u n g stehen u n d säm tliche K o h le n w a g e n zutage g e fö rd e rt h a b e n . In der M ittagschicht w ie d e rh o lt sich d asselbe Bild.
1 Glückauf 1920, S. 177 und 417; 1921, S. 453.
Ü b e r die zeit
liche B elastung d e r S ch ach tfö r
d e r u n g w ä h re n d d er Schicht sin d auf ver
sch ied en en Z e c h e n U n te r s u c h u n g e n a n g e stellt w o rd e n .
Z a h l e n t a f e l 1. Zeitliche Belastung d er Schach tfö rd eru n g in der Frühschicht.
1 2 3 4 5
Zeit
Von der Schichtleistung
%
Angenommene Stundenleistung
je Maschine t
Errechnete Stundenleistung
(Zahlen der Spalte 2x750)
t
Zahl d e r Züge je st (Zahlen d e r Spalte 3 : 6) 6 - 7
7 - 8 7 54 52,5 9
8 - 9 15 114 112,5 19
9 - 1 0 20 150 150,0 25
1 0 - 1 1 21 156 157,5 26
1 1 - 1 2 20 150 150,0 25
1 2 - 1 17 126 127,5 21
zus 100 750 750,0 125
N a c h t e i l e e i n e s u n g l e i c h m ä ß i g b e l a s t e t e n B e t r i e b e s .
D u rc h die kurze n u tzb are Zeit z u r K o h le n g e w in n u n g sow ie d u rc h die U nreg elm äß ig k eiten in d e r Abbau-, Stapel- u n d S ch a c h tfö rd e ru n g treten S ch w a n k u n g e n im K raftverbrauch auf, die alle E in rich tu n g en , w elche die E n e r g ie u m w a n d lu n g vermitteln, w ie Kessel, R ohrleitungen, Leitungskabel u n d M aschinen, in ih rer W irtschaftlichkeit b eeinträchtigen. Jede A nlage u n d jed er Teil einer Anlage arbeitet m it einem W irk u n g s g ra d , d er v o n d e r Belastung abhängt. E rg ib t die G e sam th eit d e r einzelnen T eil
verluste bei einer bestim m ten B elastung das M indestm aß, so erreicht der W irk u n g s g ra d dabei d as H ö ch stm aß . D as trifft bei D a m p fm asch in en u n d Kesseln zu. Bei ä n d e rn M aschinen erhält m an d en gü n stig sten W ir k u n g s g ra d bei d er g rö ß te n Belastung. Die A b m e ssu n g e n einer g leich m äß ig belasteten M aschine kann m an derart w ählen, d a ß sie im m e r im G eb iet gü n stig sten W irk u n g sg ra d e s arbeitet. D agegen m u ß m an bei einer Anlage, die S c h w a n k u n g e n au fzu n e h m e n hat, m it d e r mittlern Be
lastu n g so w eit un ter d er zulässigen H ö ch stlast bleiben, daß die g rö ß te S c h w a n k u n g n o c h a u fg e n o m m e n w erden kann. D a d u rc h k o m m t m an h äufig m it der mittlern B elastung auf recht g erin g e Teillasten u n d dam it u n g ü n stig e W irk u n g s g ra d e . Die gerin g e mittlere B elastung b r in g t es a u ß e rd e m m it sich, daß m e h r o d e r g rö ß e re E inheiten aufgestellt w e rd e n m üssen u n d d a d u rch die A nlagekosten wachsen.
Bei sc h w a n k e n d e r B elastung verhalten sich die Kraft- u n d A rbeitsm aschinen hinsichtlich der Ä n d e r u n g ihres W irk u n g s g ra d e s verschieden. D er W irk u n g s g ra d der G asm a sc h in e n z .B . sinkt bei T eilbelastung stärker g e g e n ü b e r V ollast als d e r W ir k u n g s g r a d d er D am pfm asch in en , da diese mit ihrem wesentlich g e r in g e m L eerlaufverbrauch erheblich w e n ig e r em pfindlich sind. G asd y n a m o m a sc h in e n w ird m a n d a h e r eine gleichbleibende G ru n d b e la s tu n g g eben, u m sie bei Vollast bei bestem W ir k u n g s g ra d d urch lau fen zu lassen, w ä h re n d D am p fd y n a m o m a sc h in e n die S pitzenleistungen ausgleichen. In d er P reß lu ft
wirtschaft ü b e rläß t m an dag eg en den T u r b o k o m p re s s o re n die G r u n d b e la s tu n g , w ä h re n d die S pitzenleistung der bessern R e g lu n g w e g e n v o n den K o lb e n k o m p re sso re n ü b e r n o m m e n w ird. Elektrische M aschinen, ob G e n erato ren o d e r M otoren, zeigen bei sc h w a n k e n d e r Belastung n u r einen g e rin g en Abfall des W irk u n g sg ra d e s. Bei Leitungs
kabeln fallen, Leerlaufverluste w ä h re n d des Stillstandes der
M aschinen fort, w ä h r e n d bei D ru ck lu ftb etrieb die U n dichtigkeitsverluste s o w o h l d e r D ru ck lu ftleitu n g als auch d er D ru ck lu ftm o to re n bestehen bleiben, so la n g e die K o m p resso ren arbeiten. A uch die D am p fv erlu ste in R o h r
leitungen w achsen bei g e rin g e re r B e a n s p r u c h u n g g e g e n ü b e r Vollast, da die R o h rle itu n g e n fü r die S pitzenleistungen bem essen w e rd e n m ü ssen . B e so n d e rs u n g ü n s tig wirkt sc h w a n k e n d e B elastung auf d en W i r k u n g s g r a d d e r F e u e r u n g ein, w o ra u f w eiter u n te n e in g e g a n g e n wird.
Die Energiespeicherung.
Die K raftv erb ra u ch ssc h w a n k u n g e n , die bei D am p f
betrieb letzten E n d es die w irtschaftliche V e r b r e n n u n g der Kohle auf dem Rost, d. h. die W irtschaftlichkeit der F e u e ru n g beeinflussen, v ersu ch t m an d u rc h K r a f t s p e i c h e r u n g zu m ildern. Als E n erg ie trä g e r kom m en a u ß e r d er u n te r d en Kesseln verfeuerten K ohle in Frage:
D am pf, Gas, D ruckluft u n d elektrischer S trom .
Die d u rc h die S c h a c h t f ö r d e r u n g auftretenden S ch w a n k u n g e n im E n erg ie v e rb ra u ch k ö n n e n verschiedene D auer h a b e n : Die F ö rd e rp a u s e n z w isc h e n zwei Z ügen verursachen S c h w a n k u n g e n in d e r G r ö ß e n o r d n u n g einer Minute. Die S c h a c h tfö rd e ru n g als G e s te llfö rd e ru n g weist, da sich die Zahl d er Z ü g e in d e r S tu n d e ändert, auch S ch w a n k u n g e n in d e r G r ö ß e n o r d n u n g e in e r S tu n d e auf.
Die F ö rderschichten m it den P a u s e n fü r die Seilfahrt und die N achtschicht zeigen S c h w a n k u n g e n n ach T agesab
schnitten. Diese S c h w a n k u n g e n d e r v e rsch ied en en G rö ß e n o rd n u n g e n beeinflussen die B e trieb sein rich tu n g en in ver
schiedenem M aße u n d w e rd e n d u r c h verschiedenartige Mittel ausgeglichen.
D er A usgleich der M i n u t e n s c h w a n k u n g e n er
folgt bei D a m p ffö rd erm asch in eji d u rc h B ean sp ru ch u n g der Speicherfähigkeit des W a s s e rra u m e s im Kessel und du rc h D ru ck a b se n k u n g . Bei F la m m ro h rk e sse ln ergeben sich D ru c k sc h w a n k u n g e n , die, o h n e d a ß die Feuerung d a d u rc h in ihrer W irtschaftlichkeit b eein trä c h tig t wird, praktisch 0,4 at nicht übersteig en . Bei W asserrohrkesseln w erd en , w e n n auf den A ntrieb d er D am p ffö rd erm asch in en etwa 1 5 % d e r D a m p fe rz e u g u n g entfallen, bei hohem Kesseldruck u n d Z en tralisieru n g des ge sa m te n D am p fb e
triebes D ru c k s c h w a n k u n g e n v o n 0,8 at n ich t überschritten.
Die g r o ß e m D ru c k s c h w a n k u n g e n bei W asserrohrkesseln rü h re n daher, daß bei h ö h e rn D rü c k e n auf 1 c b m W asser
inhalt w e n ig e r K ilogram m D a m p f d u rc h D ru ck a b se n k u n g frei w e rd e n als bei n ie d rig e m D rü ck en . A u ch das Ver
hältnis des W asserinhalts z u r Heizfläche, das bei F la m m ro h r
kesseln 1 : 5 beträgt, hat sich bei W asse rro h rk e sse ln , je nachdem , o b Steil- o d e r S ch räg ro h rk e sse l V erw e n d u n g finden, bis auf 1 : 1 2 u n d 1 : 2 4 ern ied rig t. D e r Nachteil kleiner W a sse rrä u m e w ird a lle rd in g s d u rc h die w eit größere A npassungsfähigkeit der W asserro h rk e sse l teilweise wieder ausgeglichen. Infolge d e r M inuten- u n d S tu n d e n sc h w a n k u n g e n wechselt auch d er Anfall v e rw e rtb a re r Abwärme.
O b diese n u n zu Kraftzwecken, d .h . in A b d a m p f- o d e r Zwei
dru ck tu rb in en , o d e r zu H eizzw eck en (W arm w asserh eizu n g , W a rm w a sse rb e re itu n g , S p e is e w a s s e rv o rw ä rm u n g , Destillat
e rz e u g u n g usw.) V e r w e n d u n g findet, w irtschaftlich ist es im m er, diese A bfallw ärm e d u rc h einen S p e ic h e r zu schicken, selbst w e n n es sich g ezeigt hat, d a ß bei Z w eid ru c k tu rb in e n
11. Okt obe r 1924 G l ü c k a u f 923
auf die D a m p fsp e ic h e ru n g verzichtet w e rd e n k a n n 1. Als Speicher k o m m e n bekanntlich H eißw asser-, Rateau-, G lok- ken- o d er R au m sp eich er in Frage.
Bei elektrisch b etrie b e n e n F ö rd e rm a s c h in e n w e rd e n die M inutenstöße e n tw e d e r d u rc h ein I lg n e r-S c h w u n g ra d au f
g en o m m en , das bei L e o n a rd -S c h a ltu n g m it b e s o n d e rm G enerator für d en F ö r d e r m o to r m it d em G e n e r a to r auf derselben U m fo rm e rw e lle sitzt, o d e r d e r G e n e r a to r w ird durch eine leicht regelbare D a m p ftu rb in e an g etrieb en , die als G ru n d b e la s tu n g einen D re h s tro m e rz e u g e r mitantreibt.
Die F örderstöße des d u rc h Z a h n ra d v o rg e le g e v o n der D am pfturbine m itan g e trie b e n e n G le ic h s tro m -G e n e ra to rs nimmt der Kessel auf. ln ein em f r ü h e m A ufsatz2 ist von mir em pfohlen w o rd e n , bei H o c h d ru c k k e sse ln u n d elek
trisch betriebenen F ö rd e rm a s c h in e n m it D a m p f tu r b in e n antrieb der S te u e rd y n a m o s die M in u te n stö ß e v o n den Kesseln selbst fernzuhalten u n d sie d u rc h d en R uths-S peicher aufnehmen zu lassen.
D er Ausgleich d er S t u n d e n s c h w a n k u n g e n kann durch den R uths-S peicher u n d d u rc h S p e ise ra u m sp e ic h e ru n g erfolgen, w e n n m a n die S c h w a n k u n g e n in d er Be
lastung vom F e u e ru n g sb e trie b fernhalten will, o d e r d urch die Feuerung selbst, in d em d u rc h Ä n d e r u n g d er B re n n geschwindigkeit die D a m p fe n tw ic k lu n g d e r B elastung a n gepaßt wird. Die V orteile d es R uths-S peichers für den Ausgleich von S tu n d e n s c h w a n k u n g e n u n d sein g ü n stig e r Einfluß auf die W irtschaftlichkeit d e r F e u e ru n g e n dürften hinreichend b ek a n n t s e in 3. D ie W i r k u n g v o n S p eiserau m speichern4 b e ru h t darauf, d a ß w ä h r e n d d er S chw achlast
zeiten ein Vorrat heißen W asse rs v o n a n n ä h e r n d S ättig u n g s
temperatur g esam m elt w ird, d e r bei Ü berlast an Stelle des norm alen Speisew assers in die Kessel g e p u m p t w ird und dadurch eine dem U n tersc h ie d d e r Flüssigkeitsw ärm en entsprechende W ä rm e m e n g e z u r zusätzlichen D a m p fe rz e u g u n g freimacht. V o n M ü n z i n g q , r 5 w ird als Nachteil der S p eiserau m sp eich eru n g a n g e g e b e n , d a ß bei stärker beanspruchten Kesseln die Ü b e r h itz u n g um g a n z b e träch t
liche Beträge zurückgeht, u n d z w a r desto stärker, je g rö ß e r der Unterschied zw ischen d er S p e ise w assertem p eratu r im norm alen Betrieb u n d d e r S ä ttig u n g ste m p e ra tu r ist. D er G ru n d liegt darin, d a ß bei D e c k u n g d er Ü berlast d u rc h den S peiseraum speicher die W ä r m e z u f u h r in d er F e u e ru n g nicht en tsprechend d e r d u rc h den Ü b e rh itz e r fließenden zunehm enden D a m p fm e n g e verstärkt w ird. Die Ü b e rh itz e r
tem peratur geht zurück. Infolge des R ü c k g a n g e s der Dam pftem peratur w ird w e n ig e r A rbeit erzeugt, als d e r v e r
hältnismäßigen M eh rleistu n g an D a m p f entspricht, weil mit der D a m p ftem p eratu r das in d e r T u r b in e au sn u tz b a re Wärmegefälle als so lch es u n d a u ß e rd e m d e r t h e r m o dynamische W ir k u n g s g r a d d e r T u r b in e a b n e h m e n . D a ferner bei D e c k u n g d er Ü b erlast au s S p e iserau m sp eich ern auch der spezifische D a m p f- u n d W ä r m e v e rb ra u c h für 1 KW st u n d infolgedessen das in d e r T u r b in e arbeitende D am pfgew icht m erklich steigen, g e h t d as V a k u u m zurück.
Man verliert also die V orteile g le ic h m ä ß ig e r T e m p e ra tu r u n d gleichm äßigen V ak u u m s, auf die ich e in g a n g s a u f
merksam gem acht habe. A u ch b eim R u th s-S p eich er w e rd e n
1 Glückauf 1923, S . 481.
8 Glückauf 1922, S . 1341.
3 Olückauf 1922, S. 1309; W ärm e 1923, S. 234 und 341.
* W ärme 1923, S. 385; Stahl und Eisen 1923, S. 265.
5 Amerikanische und deutsche Großdam pfkessel, 1923, S. 159.
V ak u u m u n d spezifischer D a m p f verbrauch schlechter, w e n n er eine Spitze deckt. Im G e g e n sa tz zu den S p e ise ra u m speichern w ird d a d u rc h a b e r die H ö h e d er ausgleich b aren Spitze nicht beeinträchtigt, so n d e rn bei g e g e b e n e m Speicher
volum en, e b e n so w ie bei S p e iserau m sp eich ern , n u r die Zeit, w ä h re n d d er die volle S pitzenleistung h e rg e g e b e n w e rd e n kann. D e r Vorteil des R uths-S peichers liegt ferner n o ch darin, daß er in den eigentlichen K esselbetrieb ü b e r h a u p t nicht eingreift u n d sein selbsttätiges Arbeiten n u r von w en ig en R egelorganen a b h ä n g t, w ä h re n d der Speiserau m sp eich er den Betrieb d e r g an zen Kesselanlage stark b eein flu ß t u n d zahlreicher R egelo rg an e bedarf. F ü r den Ü b e rg a n g zu D am p f von h o h e m D ru ck hat M ü n z in g e r auf der H o c h d r u c k ta g u n g l n Berlin e rn e u t d e n Ruths- Speicher bei reinen K raftanlagen z u m A usgleich von B ela stu n g ssc h w a n k u n g e n em pfohlen.
Als F e u e r u n g e n , d ie den A usgleich d e r E n e rg ie s c h w a n k u n g e n ü b e r S tu n d en erfüllen sollen, k o m m e n die A bh itzefeu eru n g en , G a s fe u e ru n g e n u n d K o h len fe u e ru n g e n in Frage.
Die A b h itze fe u e ru n g ist w e n ig regelbar, da sie von d er Abhitze d e r K oksöfen o d e r G a sm a sc h in e n a b h ä n g t u n d diese nicht nach Bedarf erzeugt w e rd e n kann.
Mit der G a s fe u e ru n g v e rm a g m an bei s c h w a n k e n d e r H e iz flä c h e n b e an sp ru c h u n g eine g e n a u e R e g lu n g d e r F e u e r u n g bei bestem W ir k u n g s g r a d v o rz u n e h m e n , da sich das V erhältnis des G ases z u r V e rb re n n u n g slu ft bei w e c h se ln d e r B elastung g e n a u regeln läßt, w o b e i m an stets g ü n stig e n K o h len säu reg eh alt u n d g erin g e A b g a ste m p e raturen bei vo llstän d ig er V e r b r e n n u n g erzielt. V o ra u s se tz u n g ist dabei v o r allem eine u n u n te rb ro c h e n e u n d m ö g lich st g le ich m äß ig e G a sz u le itu n g bei konstan tem H e iz w ert u n d konstantem D ruck, dam it das F eu e r keine u n erw artete U n te r b r e c h u n g erfährt. Ein G aslu ftg em isch v e rm a g selbsttätig, also o h n e ä u ß e re W ärm e q u e lle , zu v erb re n n e n , w ä h re n d ein S taubluftgem isch bei d er K o h le n s ta u b fe u e ru n g z u r E n tz ü n d u n g stets ein er ä u ß e rn W ä r m e quelle bedarf. Bei G a s fe u e ru n g e n läßt sich a u c h sofort bei B etriebsbeginn d e r günstigste Z u s ta n d des Feuers herstellen.
D e r H auptnachteil starker B e la s tu n g ssc h w a n k u n g e n f ü r die m it K ohle beheizten Kessel liegt in d er N o t w en d ig k eit d a u e rn d e r Eingriffe in d en V e r b r e n n u n g s v o r g a n g u n d in d e r Schwierigkeit, z. B. bei W a n d e rro s te n S ch ü tth ö h e, R o stv o rsc h u b u n d L u ftm en g e im m e r richtig g e g e n e in a n d e r a b zu stim m en . Bei w e c h se ln d e r B ean s p r u c h u n g der Heizflächen u n d b e s o n d e rs bei m in d e r w ertigen B rennstoffen v o n w e c h se ln d e r Z u s a m m e n s e tz u n g bietet die E rre ic h u n g des B e h a rru n g sz u sta n d e s bei ver
sch ied en en H e iz flä c h e n b e an s p ru c h u n g e n S chw ierigkeiten.
Eine v e rh ältn ism äß ig gerin g e Ä n d e r u n g d e r n o rm a le n B elastung ist m it einer w esentlichen B eein trä c h tig u n g d er W ä r m e a u s n u tz u n g v e rb u n d e n . So e rg e b e n sich zu sätz
liche Verluste d u rc h m angelhafte V e r b re n n u n g , die d en W ir k u n g s g r a d d e r F e u e r u n g herabsetzen. D ie g e w ä h r leisteten g ü n stig e n W ir k u n g s g r a d e e rg e b e n sich im m e r n u r bei A b n ah m e v e rsu c h e n , bei d en en die Lieferfirmen einen im B e h a rru n g sz u sta n d befindlichen Kessel, n o rm a le D am p fle istu n g u n d geeignete K ohle verlangen. D iese Z u s tä n d e w e rd e n im Betriebe selten erreicht, d e n n d er B etrie b sw irk u n g sg ra d ist im m e r se h r viel u n g ü n s tig e r als
de r P a ra d e w irk u n g sg ra d . D er U nterschied b e ru h t nicht allein auf d er F e u e ru n g , s o n d e rn auch auf d er H eiz
f l ä c h e n a n o r d n u n g 1.
Allgem ein gilt, daß bei d er V e rb re n n u n g fester B re n n stoffe in D am pfkesselfeuerungen eine augenblickliche A n p a ssu n g der W ä rm e e rz e u g u n g an d en W ärm eb ed arf bis
h er nicht geglückt ist. Sie w ird auch w o h l deshalb nicht gelingen, weil feste Brennstoffe eine tiefergehende U m w a n d lu n g (Trocknen, E ntzü n d en , Vergasen, V erb re n n u n g des Koks) d u rc h m a c h e n m üssen, die erhebliche Zeit u n d die A n o r d n u n g a u s g ed eh n ter g lü h e n d e r M au er
w erksm assen z u r E inleitung u n d A ufrechterhaltung der v ollständigen V e rb re n n u n g erfordern. F ern er kön n en die g lü h e n d e Brennstoffschicht auf d em Rost u n d die a u s g e d eh n ten heißen M auerw erksm assen schnellen S c h w an k u n g en des W ärm ebedarfs nicht folgen. Bei Belastungsstei
g e r u n g ist die zu geführte W ä rm e m e n g e zunächst zu gering, der K esseldruck sinkt u n d bei diesem g eringen D ruck steigt d e r spezifische D am p fv erb rau ch d er M aschinen, w o durch der D am pfbedarf noch w eiter wächst. U m g ek eh rt steigt bei plötzlich a b n e h m e n d e r Belastung d er D am pf
druck, die Sicherheitsventile blasen ab, u n d es entstehen unm ittelbare Dampfverluste. A uch bei K ohlenstaubfeu
eru n g e n , bei d en en es an sich m ö g lich wäre, die B ren n stoffzufuhr d er Belastung schnell u n d g u t anzupassen, liegen infolge d e r erforderlichen g lü h e n d e n M auerw erks
m assen die V erhältnisse nicht w esentlich a n d ers als bei Rosten. Die S trah lu n g sw ärm e in d e r V e rb re n n u n g s k am m er m u ß für die fortlaufende Z ü n d u n g des K o h len staubluftgem isches im n o rm alen Betriebe so g r o ß sein, daß sie bis in den Kern des Staubluftgem isches eindringt.
Dies soll bei T e m p eratu ren erfolgen, die keine zu h o h e n A n fo rd e ru n g e n an die feuerfesten Steine stellen. F ern er ist das Verhältnis d e r F e u erg asm en g e zu r G r ö ß e des V e rb re n n u n g s ra u m e s wichtig. D ieser darf nicht zu g ro ß sein, dam it die strahlende W ä rm e z u r Z ü n d u n g des Staubluftgem isches w irksam w erd en kann. Bei einer zu kleinen V e rb re n n u n g s k a m m e r w ird der ganze V e rb re n n u n g s v o r g a n g zu m g rö ß te n Teil in den Kessel h in e in getragen, w as die b ekannten Nachteile m it sich bringt.
D a h e r ist d er Regelbereich d er S tau b feu eru n g en nach den A n g ab en von B l e i b t r e u 2 g erin g e r als bei allen G a s o d e r Ö l- u n d den meisten R ostfeuerungen. Eine ü b e r ra g en d e B e d eu tu n g fü r Kesselanlagen ist d ah er den K o h len sta u b feu eru n g en vorläufig nicht zuzusprechen.
D u rch die beiden F örderschichten u n d die R eparatur
schicht verändern sich E n erg iezu fu h r u n d Energieverbrauch auch nach T agesabschnitten. Diese T a g e s s c h w a n k u n g e n k ö n n en allein w e d e r du rch D am pfspeicher noch d urch G assp eich er wirtschaftlich ausgeglichen w erden.
D a sich G as- u n d Abhitze nicht nach Bedarf erzeugen lassen, bildet der K o h len b eh älter den besten Speicher.
Steinkohle b e a n sp ru c h t auf 1000 K W st etwa 1,25 cbm R aum inhalt, ein R uths-S peicher je nach der zulässigen D ru c k a b s e n k u n g u n g e fä h r 100 cbm , ein G asb eh älter rd.
10 0 0 cbm.
D er Ü b e rg a n g w ech se ln d e r B e a n s p ru c h u n g der Kessel
heizflächen w ä h re n d d er einzelnen Tagesabschnitte w ird
■ O t t e : Die zahlenmäßige Bewertung von Heizflächenanordnungen, Z. Bayer. Rev. V. 1924, S 19.
2 Kohlenstaubfeuerungen, S. 133.
am zw eck m äß ig sten d u rc h d e n R uths-S peicher gemildert, dam it sich die Z usatz Verluste d u rc h gestörte V e rb re n n u n g verringern.
In d en letzten Jah ren hat m a n V e rb e sse ru n g e n an den m it Kohle beheizten Kesseln, z. B. bei den W an d e rro ste n d u rch die selbsttätige F e u e r s c h ü r u n g u n d den Schlacken
g en erato r nach P f l e i d e r e r 1 so w ie d u rc h den Vesuvio- K askaden-Schürrost, zu erzielen gesucht. Mit Hilfe dieser N e u e ru n g e n soll erreicht w e rd e n , d a ß a u c h bei stark s c h w a n k e n d e r H e iz flä c h e n b e a n s p ru c h u n g d e r W irk u n g s g rad d er F e u e ru n g äh n lich w ie bei d er S tokerfeuerung n u r g e rin g en Ä n d e r u n g e n u n te rw o rfe n ist. Die Versuche m it diesen V o rrich tu n g en sin d je d o c h n o c h nicht a b g e schlossen. G e lin g t es, die K o h le n fe u e ru n g regelbar zu m achen u n d ihren Betrieb d er verän d erlich en D am pf
e n tn a h m e schneller anzu p assen , so w ü r d e sich die W irt
schaftlichkeit der D am p fb etrieb e a u c h o h n e Kraftspeicher w esentlich verbessern lassen.
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0 2 V 6 i 10 12 n 16 1 t 20 22 2« 26 22 30 32 S * 36 U W K
1 Wasserrohrkessel m it Stokerfeuerung, 2 Wasserrohrkessel m it Kettenrost, 3 Unterwind- Wanderrost,
4 Kohlenstaubfeuerung,
5 Unterwind-Wanderrost in Verbindung m it Kohlenstaubfeuerung,
6 Wanderrost nach Pfleiderer, 7 Lopulco-Kohlenstaubfeuerung.
Abb. 5. W i rk u n g sg ra d e von D am p fk e sselan la g en in Abhängigkeit von der H eizfläc h en b e an sp ru ch u n g . In Abb. 5 sind die W ir k u n g s g ra d k u rv e n v o n Dampf
kesselanlagen m it verschiedenen F e u e ru n g e n in A bhän
gigkeit von d er H e iz flä c h e n b e a n s p ru c h u n g dargestellt. Sie zeigen, d aß jeder Kessel bei einer b e stim m te n Heizflächen
b e a n s p ru c h u n g im S cheitelpunkt d e r K u rv en seinen g ü n stigsten W irk u n g s g ra d hat, d e r sich g e w ö h n lic h bei Ab
nah m ev ersu ch en ergibt. Bei B e la s tu n g ssc h w a n k u n g e n unter o d e r ü b e r der günstigsten H e iz flä c h e n b e a n s p ru c h u n g sinkt stets der W irk u n g s g ra d d er Kesselanlage a u s den bereits a n g eg e b e n e n G rü n d e n . D er W i r k u n g s g r a d fällt stärker bei der n orm alen W a n d e rro s tfe u e ru n g als bei d er Kohlen
staub- o d e r S tokerfeuerung. A m g ü n s tig s te n erscheint a u ß e r den K urven 1 d e r S to k e rfe u e ru n g u n d 7 der am erikanischen L o p u lc o -K o h le n s ta u b fe u e ru n g die Kurve 6 des W an d e rro ste s m it S ch lac k e n g e n e ra to r u n d Schürvor- ric h tu n g nach Pfleiderer. E ine W ir k u n g s g r a d k u r v e der V esu v io -F eu eru n g bei v erschiedenen H eizflächenbean
s p ru c h u n g e n w a r bis jetzt n ich t zu erhalten.
1 Z. V. d. I. 1924, S. 305.
11. Okt obe r 1924 G l ü c k a u f 925
In dem Bestreben, d u rc h V e rb e s s e ru n g d er feuerungs- u n d w ärm etech n isch en E in ric h tu n g e n eine m ö g lich st g ro ß e K ohlenersparnis zu erreichen, ist m an , w ie die Kraft
speich eru n g zeigt, se h r weit g e g a n g e n . D as* H au p tau g en - merk hat m an a b e r dabei a u f eine m ö g lic h s t'g le ic h m ä ß ig e Belastung aller E in ric h tu n g e n ein er Z ech e zu^richten, dam it die höchste W irtschaftlichkeit erzielt w ird.
cbm r 2S000Z 260001 24000y 220001 20000
1S000 16000 14000 12000
'000%
10L 2000
t x
= \
%
V
6000
0000
2000
6 7 9 9 1 0 11 1 2 1 2 3 ¥ 5 6 7 6 9 10 11 12 1 2 3 9 5 U hr
Abb. 6. T h eo retisc h er ( /) un d wirklicher. ( //) D ruc kluft
verbrauch eines A rb e itstag e s bei 6 at Ü berdruck.
Von der S p e ic h e ru n g d e r a u ß e r D a m p f u n d G a s fü r die Zechen w ichtigsten Betriebsmittel, w ie P re ß lu ft u n d elektrischer Energie, hat m a n b ish e r keinen au sg ie b ig e n Gebrauch gem acht. D ie V o rsch läg e z u m Speichern v o n Druckluft in dafür geeig n eten o d e r b e s o n d e r s hergestellten Räumen im G e b irg e zu m A usgleich zw ischen E r z e u g u n g und Verbrauch sind b is h e r n u r an w e n ig e n Stellen v er
wirklicht w o r d e n 1. A bb. 6 stellt d en th eo retisch en u n d den wirklichen P reß lu ftv e rb ra u c h e in er Z eche w ä h re n d eines Arbeitstages u n te r d e r A n n a h m e eines P re ß lu ftv e r
brauches v o n 100 cb m je t gefö rd e rte r K ohle u n d eines Preßluftdruckes von 6 at Ü. e in a n d e r g e g e n ü b e r. M an hat versucht, die u n te r einem m ittlern L uftverbrauch liegenden Preßluftm engen w ä h re n d d e r S chw achlastzeit d e r K o m pressoren aufzuspeichern, u m die K o m p re s s o re n g leich mäßig zu belasten, u n d bei stärkerm Luftbedarf den M e h r verbrauch aus dem Speicher zu decken. E in g a n g hat dieses Mittel jedoch nicht g efu n d e n . A u s alledem erg ib t sich, daß die S p eich eru n g d e r le b e n d ig e n E n e rg ie erheblich weniger einfach als die des to ten Materials ist.
1 Glückauf 1920, S. 594.
Die d u rc h die Preßluftw irtschaft w ä h r e n d d e r Schichten m it u n d o h n e K o h le n g e w in n u n g h erv o rg e ru fe n en E n e rg ie sc h w a n k u n g e n lassen sich m ildern, w e n n es g elin g t u n d die G ru b e n v e rh ä ltn isse es gestatten, nach ein em s c h o n h äu fig g em ach ten V o rsc h la g die P re ß lu fte n e rg ie zum g rö ß te n Teil d u rc h elektrische E n e rg ie zu ersetzen. D a die D am pfkesselanlage d u rc h einen 10-P S -P reßlufthaspel, dessen L uftverbrauch 50 m 3 je P S u n d st beträgt, m it der E r z e u g u n g v o n 10 • 50 • 0,6 = 3 0 0 k g D am pf, d u rc h einen elektrisch b etrie b e n e n H asp el d a g e g e n n u r m it 7,5 • 7,0
= 52,5 k g belastet w ird, so erg ib t sich, d a ß d u rc h w eit
g e h e n d e E in f ü h r u n g des elektrischen Betriebes untertage die E n ergiebedarfsspitzen d e r P reßluftw irtschaft w ä h re n d d e r Zeit d er K o h le n g e w in n u n g auf ein Sechstel h e ra b gesetzt w e rd e n k ö n n en , g a n z a b g e se h e n v o n d em w e ite m g ü n stig e n E influß auf die V e rrin g e ru n g des gesam ten D am p fv e rb ra u c h es d er Zeche.
A u ch d e r A usgleich zw ischen E r z e u g u n g u n d V e r bra u c h elektrischer E nergie d u rc h S p e ic h e ru n g hat im G r u b e n b e trie b b ish e r n u r w e n ig A u fn ah m e g efu n d en , weil die V o rz ü g e d es D reip h a se n w e c h selstro m s (die w irtschaft
lich g ü n stig e F o rtle itu n g g r ö ß e re r E n e rg ie m e n g e n ) fü r die m eisten Betriebe viel g r ö ß e r sind als d e r G e w in n d u rc h d en A usgleich m it Hilfe v o n A k k u m u lato ren . H ä u fig sind die räu m lich au sein a n d e rlie g e n d e n Schächte eines B erg w erks d u rc h Kabel m itein an d er v erb u n d e n . D e r d a d u rc h m ö g lic h e A usgleich in d er elektrischen E nergiew irtschaft bietet stets einen g r o ß e n Vorteil, sollte je d o c h n ich t auf die A nlagen e i n e r Z eche b esc h rä n k t w e rd en , d e n n d u rc h die A u s d e h n u n g auf alle b en a c h b a rte n Z ech en w ü r d e viel Anlagekapital g esp a rt w e rd e n k ö n n e n . V o n R o e r e n 1 w ird darauf hin g ew iesen , daß die A u s n u tz u n g d e r Z e c h e n zentralen a u ß e ro rd e n tlic h schlecht ist, da d er A u s n u tz u n g s faktor, d. h. die mittlere Jahresleistung, geteilt d u rc h die insgesam t e rz e u g b a ren Kilowatt, n u r 27,3 beträgt. Diese u n v o llk o m m e n e A u s n u tz u n g b e r u h t darauf, daß h eute auf fast säm tlichen Z e c h e n 5 0 % d e r e in g e b a u te n K ilowatt z u r Aushilfe d ien en sollen. D u rc h R e c h n u n g weist R oeren nach, d a ß d u rc h die Z u s a m m e n fa s s u n g d e r Z e chenzentralen, d u rc h V e r k u p p lu n g dieser Kraftwerke, also d u rc h die G em einschaftsarbeit aller Z echen, jährlich u n g e fä h r 8 7 5 0 0 0 t K o h le g esp art w e rd e n k ö n n e n .
(Schluß f.)
1 W ege und Ziele d e r deutschen Brennstoffwirtschaft, Preisausschreiben d e r Deutschen B ergw erks-Z eitung, S. 98.
D e r Einfluß d e s Sauerstoffs der K o h le bei der V e rk o k u n g .
V on B e triebsdire ktor A. T h a u u n d Dr.-Ing. T r u t n o v s k y , H alle (Saale).
Der nachteilige E in flu ß des in d e r K o h le e n th alten en Sauerstoffs auf die Backfähigkeit d e r K o h le u n d d a m it auf die K oksbildung ist eine E rk en n tn is, die m it d e n A n fängen der Kokereitechnik zu sam m en fällt. D e r Sau ersto ff
gehalt der K ohle k e n n z e ic h n e t zu g leich ih r g e o lo g is c h e s Alter, so daß sich die B rennstoffe v o m H o lz b is zu m Anthrazit auf G r u n d ihres S auerstoffgehaltes in m e h r o d e r w e n ig er scharf abgestufte Klassen einteilen lassen. W e n n man trotzdem bei d e r B e s tim m u n g d e r B ackfähigkeit ein er
K o h le n ich t einfach den S auerstoffgehalt z u g ru n d e le g t, so deshalb, weil es ein V erfahren z u r B e s tim m u n g des S a u e r
stoffs in d er K ohle n ich t gibt. M an ist g e z w u n g e n , s ä m t
liche ä n d e rn K ohlebestandteile zu erm itteln u n d d e n an 100 feh len d en Rest als Sauerstoff einzusetzen, w o d u r c h sich die B e s tim m u n g se h r u m stä n d lic h u n d z e itra u b e n d gestaltet, ab g ese h e n v o n d e n F ehlerq u ellen , m it d e n e n m a n bei ein er m ittelbaren B e s tim m u n g stets zu re c h n e n hat. M e h r als d e r Sauerstoff an sich scheint das V er
hältnis zw ischen Sauerstoff u n d W asserstoff für die Back
fähigkeit m a ß g e b e n d zu sein, obgleich auch hier keine u n b e d in g te G esetzm äßigkeit aufgestellt w erden kann, w o rauf auch S i m m e r s b a c h 1 hinweist. T ro tzd em steht fest, d aß dem Sauerstoff- u n d Wasserstoffgehalt g e g e n ü b e r dem an Kohlenstoff eine viel g rö ß ere B edeu tu n g für die Backfähigkeit zukom m t. D er Sauerstoff allein ist fü r die Backfähigkeit nicht von g ru n d le g e n d e r B edeutung, w as d araus hervorgeht, daß die der B raunkohle n a h e stehenden K ohlen jü n g e rn g eologischen Alters e b e n s o w e n ig Koks bilden wie die g eologisch altern, an den A nthrazit h eranreichenden m it verhältnism äßig sehr niedrigem Sauerstoffgehalt, w o ra u s m an ableiten kann, daß für den G ehalt der Kohle an Sauerstoff u n d W asserstoff bestim m te G ren zen nach oben u n d unten bestehen. Selbst innerhalb dieser G ren zen sind Fälle nicht selten, in denen K ohlen auf G r u n d ihrer Elementaranalyse aus dem R ahm en dieser scheinbaren G esetzm äßigkeit herausfallen, w o fü r S i m m e r s b a c h 2 Beispiele anführt.
N ach diesen Feststellungen ist es begreiflich, daß man bei der praktischen B ew ertung einer Kohle für die Koks
herstellung nicht von ihrem Sauerstoffgehalt ausgeht, so n d e rn d en wesentlich einfachem u n d zuverlässigem W e g der P ro b e v e rk o k u n g im Tiegel wählt. Bei Kohlen, die trotz eines mittlern o d e r h o h e n G ehaltes an flüchtigen Bestandteilen keinen festen K oksrückstand hinterlassen, kann m an mit Sicherheit auf einen h o h e n Sauerstoffgehalt schließen, w as m an stets d urch die Elem entaranalyse b e stätigt findet.
D er w echselnde Sauerstoffgehalt der Koks- o d e r G a s kohle tritt a b er nicht n u r durch die g rö ß e re o d e r g eringere Festigkeit des Koks in die E rscheinung, so n d e rn b e e in flußt auch in merklicher W eise die Beschaffenheit des Gases, w o fü r L e w e s 3 in der nachstehenden Z u sam m e n ste llu n g ein kennzeichnendes Beispiel anführt.
Sauerstoffgehalt der Kohle
5 —6,5°/y
“Io
6 ,5 - 7 ,5 0/0
°/o
7,5-9o/o
°/o
9 - 110/0
»/0
11— 12 0/0
°/o O a s z u s a m m e n -
s e t z u n g : K ohlendioxyd . . Kohlenoxyd . . . W asserstoff . . . Benzolkohlen
wasserstoffe . . M ethan . . . Ä th y le n ...
1.47 6 , 6 8 54,21 0,79 34,37 2.48
1,58 7,19 52,79 0,99 34,43 3,02
1,72 8,21 50,10
0 , 6 6 35,03 3,98
2,79 9,86 45,45 1,04 36 42
4,44 3,13 11,93 42,26 0 ,8 8 37,14 4,76 G a s d i c h t e . . . 0,352 0,376 0,399 0,441 0,482
W ä h re n d sich au s d e r E lem entaranalyse der K ohle in b ezu g auf die Beschaffenheit des au s ihr erzeugten G ases nichts vorausbestim m en läßt, kann m an auf G r u n d des in ihr enthaltenen Sauerstoffs bestim m te Schlüsse ziehen, die aus der o b ig e n Z u sa m m e n ste llu n g ersichtlich sind.
Z unächst ist d araus abzuleiten, daß für die E rz e u g u n g eines g u ten G ases die V erhältnisse bei einer Kohle mit 7 , 5 - 9 % Sauerstoff am günstigsten liegen. Bei einem g e rin g e m S m erstoffgehalt d er Kohle e rh ö h t sich die K oks
ausbeute, jedoch w ird die G asbeschaffenheit schlechter, w ä h re n d bei h ö h e rm Sauerstoffgehalt die K oksbeschaffen
heit entsp rech en d d er g e rin g e m Backfähigkeit der Kohle
1 Koks-Cheraie, 2. Aufl., S. 34.
8 a. a. O. S. 37.
8 Liquid and gaseous fuels, S. 145.
merklich nachläßt. D ieser U m s ta n d d eu tet d arau f hin, d a ß die für die G a s b ild u n g w ertvollen K ohlenw asserstoffe sauer
stoffhaltige V e rb in d u n g e n darstellen, die sich u n te r dem E influß h o h e r T e m p e ra tu re n w ie F ettsäuren o d e r A lkohole zersetzen, u n d z w a r u n te r B ild u n g v o n Ä thylen, Methan, W asserstoff u n d K o h len o x y d en , w ä h r e n d m an frü h e r all
gem ein a n n a h m , daß dabei paraffinartige K ö rp e r entständen.
Die W erte d er Zahlentafel lassen e rk en n en , d a ß sich das Verhältnis d er K o h le n o x y d e m it s te ig e n d e m Sauerstoff
gehalt d e r K ohle e rh ö h t, zugleich mit d e m Äthylen, w ä h re n d sich die W a ssersto ffm en g en v e rrin g e rn . Diese Z u s a m m e n h ä n g e w e rd en an g efü h rt, u m zu zeigen, daß sich d e r Sauerstoff, e n tg e g e n d e r weitverbreiteten A nnahm e, in der E n tg a su n g sre to rte n ich t restlos m it Wasserstoff zu W a s s e rd a m p f verbindet, w ä h r e n d d e r ü b rig e verfügbare, so g e n a n n te d isp o n ib le W asserstoff eine G r ö ß e darstellt, die sich n u r u n te r B e rü ck sich tig u n g d e r b e s o n d e r n Be
d in g u n g e n g e n a u erre c h n e n läßt.
F ü r diese B e h a u p tu n g sp rich t n o c h ein a n d e re r U m stand, d er sich b e m e rk b a r m acht, w e n n m an d e n Heiz
w ert der K ohle au s ihrer E lem entaranalyse b e re c h n e n will.
Es ist eine bek an n te E rs c h e in u n g , d a ß d e r au s den E rg eb n issen einer g e n a u a u sg e fü h rte n Elem entaranalyse errechnete H e iz w e rt ziem lich g u t m it d em kalorimetrisch ermittelten ü b erein stim m t, w e n n es sich u m eine Kohle m it n ie d rig em Sauerstoffgehalt handelt. Bei sauerstoff
reichen K ohlen jedoch, m it h o h e m G eh a lt an flüchtigen Bestandteilen, fällt d e r kalorim etrisch erm ittelte g eg en ü b er d em rechnerisch festgestellten H e iz w e rt stets viel höher aus. D er B e re c h n u n g des H e izw ertes a u s den E rg eb nissen d er E lem entaranalyse liegt die V o ra u s s e tz u n g zu
g ru n d e , d a ß sich d e r g esam te W asserstoff m it d em Sauer
stoff zu W a sse r b in d e t u n d sein H e iz w e rt d a h e r in der B e re c h n u n g a u ß e r Betracht bleibt, o b w o h l bei d er De
stillation der K ohle g ro ß e M en g e n v e rfü g b a re n W asser
stoffs entstehen, u n d daß, w e n n nicht die T em peratur verh ältn ism äß ig n ied rig ist, w e n ig W a s s e r geb ild et wird u n d der g rö ß te Anteil des Sauerstoffs sich im T eer in B in d u n g m it K ohlenw asserstoffen vorfindet. D e r ver
wickelte A ufb au d e r S au e rsto ffv e rb in d u n g e n in d er Kohle u n d die Art d e r S p altu n g dieser V e r b in d u n g e n sin d für die m a n g e ln d e Ü b e re in s tim m u n g b eid e r W e rte verantwortlich.
Dieses Beispiel w ird angeführt, u m zu bew eisen, daß das Verhalten des Sauerstoffs d e r K ohle u n te r d em Einfluß h o h e r T em p e ra tu re n keinesw egs so einfach u n d gesetz
m äß ig aufgefaßt w e rd e n kann, w ie es m e isten s geschieht, w o b ei eine B in d u n g des g esam ten Sauerstoffs an W asser
stoff un ter B ildung von W asser V o ra u s s e tz u n g ist, während d er restliche W asserstoff als v e rfü g b a r a n g e n o m m e n wird.
F ü r den K okereifachm ann hatten diese U m s tä n d e n u r eine rein wissenschaftliche B edeu tu n g , d e n n es h a n d e lt sich um chem ische Reaktionen in d e r E n tg a su n g sre to rte , die sich kaum beeinflussen lassen, a b g e s e h e n v o n g r o ß e n Llnter- schieden in d er D estillationstem peratur, die w o h l für die T ieftem peraturverkokung, so n s t a b e r w e d e r fü r den Be
trieb des Koksofens n o ch für d en d e r G a s re to rte in Frage k o m m en , da m an im allgem einen m it d e n h ö c h ste n Be
h eizu n g stem p eratu ren arbeitet, die sich auf G r u n d der örtlichen V erhältnisse a n w e n d e n lassen. Es erre g te daher m Fachkreisen ein gew isses A ufsehen, als d e r amerika- msc e K oksofenerbauer R o b e r t s m it e in e r n e u e n O fen
