' -’’e r des .liehen Teiles a lse k retä r . B e u t n e r , ä lts fü h re r der estlichen Gruppe /e re in s deutscher sen- und S tahl-
In d u strieller.
STAHL HD EISEN
ZEITSCHRIFT
Leiter des technischen Teiles J r . O n g . 0 . P e t e r s e n ,
ste llv e rtr. G eschäftsführer des Vereins deutscher
E isenhüttenleute.
FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENWESEN.
N r . 4 7 . 2 0 . N o v e m b e r 1 91 3. 3 3 . Jahrgang.
D ie V erw en d u n g von H o ch o fen g a s und K ok sofengas auf H üttenw erken.
A uf der H er b stv er sa m m lu n g des Iron and S teel I n s titu te in B rü ssel h ie lt E . H o u b a e r , Serain g, ein en sehr in te re ssa n ten V o rtra g über die V erw en du ng v o n G ich tgas u n d K o k so fen g a s in H ü tten b etrieb en . E r te ilte hierb ei w e se n tlich die eigenen E rfa h ru n g en m it, die er au f d en C ockerill- W erken, die m it z u d en P io n ieren der neu eren G as
w irtsch aft geh ören , g e sa m m e lt h a t.
D ie F rage der A u sn u tz u n g der H o ch o fen g a se schien v o r e in ig e n Jah ren g e lö s t z u s e in ; m a n b en u tzte das üb ersch ü ssige G as a u ssch ließ lich zur E rzeu g u n g von B e trieb sk ra ft, en tw ed er in der D am p fm a sc h in e oder im E x p lo s io n sm o to r. A llm ä h lic h g e la n g te m an dahin, daß d ie H o ch o fen zc n tr a le fa s t sä m tlich e B e triebe ein es H ü tte n w e r k e s , S ta h lw erk e, W alzw erke usw ., m it K ra ft v erso rg te. S e it ein ig en Jahren be
gin n t sich n u n dad urch ein U m sch w u n g a n zu b a h n en , daß H o ch o fen g a s au ch a ls H e iz s to ff für m eta llu r
gische O cfen h era n g ezo g en w ird.
D ie g erin ge M en ge d es früher bei K o k sö fen er
zielten U eb ersch u ß g a ses fa n d w e n ig er B e a c h tu n g , weil alles In teresse der G ew in n u n g der w e rtv o llen N eb enerzeu gn isse z u g e w a n d t w ar. N a c h d em jed och die V ersu ch e, a u ch das ü b ersch ü ssig e K ok sofen gas vo rteilh a ft a u szu n u tze n , E r fo lg h a tte n , beson d ers in bezug au f sein e V erw en d b a rk eit in R e g en e r a tiv öfen, w ar der A u sn u tzu n g d es K o k so fen g a ses der W eg g ew iesen ; h e u te z ä h lt es zu den w e rtv o llste n H eizstoffen . D a s V ersu ch ssta d iu m ist, so w o h l in bezug au f H o ch o fen g a s als au ch au f K o k so fen g a s, überschritten.
H ou b aer g ib t z u n ä c h s t ein ige a llgem ein e B e trach tu n gen über die V erb renn un g der G ase.
A ls G ru nd lage d ien t ein e Z u sa m m en ste llu n g über die V erb ren n u n gstem p eratu ren v o n H o ch o fen g a s, G eneratorgas u n d K o k so fen g a s u n ter A n n a h m e v e r schiedener V orw ärm u n gsgrad e fü r G as un d L u ft (vgl. Z a h len ta fel 1). D ie W erte sin d n a ch L e C hatolier erm ittelt, in allen F ä lle n is t ein L u ftü b ersch u ß von 2 5 % a n gen om m en .
D er B eg riff des „ H e i z w e r t e s “ h a t fü r die B e urteilung , des G e b r a u c h s w e r t e s ein es G ases gar keine B e d e u tu n g , o b w o h l er der ein zige W e rt ist, der sich th e o r etisc h u n d p ra k tisch g en a u b estim m en läßt. B eisp ielsw eise erg ib t ein G en eratorgas v o n
x l v i i.33
10 6 8 W E /c b m H eiz w er t bei 900 0 C L u ftv o rw ä rm u n g ein e V erb ren n u n gstem p eratu r v o n 1 9 8 0 0 C, w äh rend ein K o k so fen g a s v o n 3761 W E /c b m m it 600 ° C w arm er L u ft nur 1940 0 C V crb ren n u n gstem p eratu r ergib t. E in a b so lu ter W ert für ein H eiz g a s b e ste h t ü b erh a u p t n ic h t, der W ert is t je n ach A r t u n d Z w eck der V erw en d u n g ein sehr v ersch ied en er. E s k an n nu r an gegeb en w erd en , w elch en W ert ein H eiz sto ff in ein em b estim m ten vo r lieg en d en F a lle u n d u n ter b estim m ten A n w en d u n g sb ed in g u n g en im V e r g l e i c h z u e i n e m a n d e r e n für d en selb en Z w eck in B e tr a c h t kom m en d en H eiz sto ff h a t. E s is t also in ein em b e stim m ten F a lle die W i r t s c h a f t l i c h k e i t s f r a g e zu en tsch eid e n , als B eisp iel die F rage, ob e s ein e E rsp arn is b ed eu tet, in ein em b esteh en d en M artin ofen au f 9 0 0 ° C erh itztes u n d m it 900 0 C w arm er L u ft v e rb r a n n te s G en eratorgas zu ersetzen durch k a lt c in g efü h r tes u n d m it 1000 0 C w arm er L u ft ve rb ra n n tes K o k s
ofengas, u n d in .w e lc h e n . M en g en v erh ä ltn issen sich die G ase hierbei g e g e n se itig ersetzen . D e r V erfasser s te llt für solch e B erech n u n gen ein e F o rm el auf, die zu n ä c h st dadurch b e stim m t w ird, daß sie ein V er
h ä ltn is au sd rü ck t. S o d a n n is t der G eb rau ch sw ert ein es G ases a b h ä n g ig v o n der H ö h e der V erb ren n u n gs
tem p er a tu r ein erseits, v o n der H ö h e der in ein em b e
stim m ten F a ll n o tw en d ig en A rb eitstem p era tu r a n derseits. E s w ird d em en tsp rech en d in die F orm el ein gefü h rt d i e D i f f e r e n z z w i s c h e n d e r V e r b r e n n u n g s t e m p e r a t u r u n d d e r A r b e i t s t e m p e r a t u r , die fü r die W ä rm eü b ertragu n g in B e tr a c h t k o m m t. E n d lic h is t die A n za h l der in der Z eitein h e it ein g efü h rten W ärm eein h eiten n och in B e tr a c h t z u zieh e n u n d t r it t a ls F a k to r in der F o rm el auf.
D ie so en tw ic k e lte F o rm el la u te t:
Vf = V
T , T
X
• T" r C .t w orin b e d eu tet:
Vr der G ebrauchsw ert der R au m ein h eit K oksofengas, V*
T r T r C,
G eneratorgas, die V crb ren n u n g stem p eratu r von K oksofengas,
„ ,, „ G oneratorgas,
„ A rb e its te m p era tu r im Ofen,
„ A nzahl W ärm eeinheiten, dio in d er Z eiteinheit vom K oksofengas ein g efü h rt w erden,
die A nzahl W ärm eeinheiten, dio in der Z eiteinheit von G eneratorgas ein g efü h rt w erden.
246
1926 Stahl und Eisen. D ie Verwendung von Hochofengas u n i Koksofengas auf Hüttenwerken. 33. Jahrg. Nr. 4.
Z ahlentafel 1. V e r b r o n n u n g s t o m p e r a t u r e n . Z usam m ensetzung d e r Gase.
Bestandteile
Koksofeu- gas
%
Generator
gas
%
Hoc hofen
gas
% W asserstoff . . .
K o h len o x y d . . . K ohlensäure . . . M e t h a n ...
S tick sto ff . . . .
57.00 6,00 2,00 23.00 12.00
12,00 19.00
8,00 2,00 59.00
3,00 26,00 11,00 60,00 Koksofengas
U n terer H eizw ert
Oberer „
V erbrennungs
te m p e ra tu r desgl.
Gas k a lt. . . . . L u ft e rh itz t au f 1000°
Gas k a l t ...
L u ft e rh itz t a u f 600 0 . Gas k a l t ...
L u ft e rh itz t a u f 4 0 0 ° . Gas k a l t ...
L u ft k a l t ...
Volum on d er V erbrennungsluft jo cbm Gas einschl. 25 % L u f tü b e r s c h u ß ...
R a u c h g a s v o lu m e n ...
H ochofengas desg
desgl.
U n te rer H eizw ert
O berer „
V erbronnungs- I Gas k a lt te m p e ra tu r
desgl.
desgl.
desgl.
desgl.
L u ft e rh itz t au f 200°
G as k a l t ...
L u ft e rh itz t a u f 600°
Gas k a l t ...
L u ft e rh itz t au f 8 00°
Gas e rh itz t auf 600°
L u ft e rh itz t au f 600°
G as e rh itz t au f 900°
L u ft o rh itzt a u f 900°
Volumon der V orbrcnnungsluft ,
„ des R auchgases . . .
desgl.
desgl.
desgl.
1135 „ 1 530° G 1680° C 1760° C 1980° C
k u la rv o lu m e n ‘W asserstoff e in g en o m m en en (22,3k l) e n tsp ric h t.
D ie B erech n u n g w ird d a n n für den a ls B eisp it a n g e fü h rte n F a ll d u rch g efü h rt; es
d ab ei fo lg en d e Z ahlen:
ergeben sich
3761 W E 4212 „
2165 0 C 1940 0 C 1825 0 C 1600 0 C
4,88 cbm 5,48 „
873 W E 891 „ 1 1325° C
1465° C 1540° C 1695° C 1920° C 0,91 cbm 1,76 „
K o k so fe n g a s k a l t L u f t 1000* 0
G en erato rg as 900* 0 L u f t 900* C
A n z a h l d e r d u rc h V e rb re n n u n g d e r V o lu m e n e in h e it G as e in g e fü h rte n W ä rm e e in h e ite n ...
E n ts p re c h e n d e s A bg asv o l.
A n z a h l W ä rm e e in h e ite n in d e r Z e ite in h e it . . . . V e rb ro n n u n g s to m p c ra tu r .
116,02 W E 5 ,4 8 Vol.
21,17 W E 2 1 6 5 ° C
39,01 W E 2,00 Vol.
18,93 W E 1 9 8 0 ° C D a ra u s erg ib t sich
V = V X 2 1 6 5 - 1 0 5 0 21,17 =
f * 1980— 1650 ^ 18,93 *
W ird G en eratorgas im eig en en B etrieb zu einem P reise v o n 0 ,6 4 P f./c b m h e r g e s te llt, so k a n n beim E r se tz e n d es G en era to rg a ses durch K ok sofen gas u n ter den a n g e g eb en en B e d in g u n g e n für das letztere ein P reis v o n
Vf = 0,96 P f.
b e z a h lt w erd en .
H o u b a cr b erec h n et d a n n den W e rt ein es K ub ik
m e te r s K o k so fen g a s, das m it 400 0 C w arm er L uft in ein em b is d a h in m it S te in k o h len feu eru n g betrie
b e n e n W alzw erk s-W ärm ofon v e r b ra n n t w ird, fol
gen d erm a ß en : H eiz w er t der S te in k o h le 7200 W E /k g , 75 % K o h len sto ffg e h a lt, V e rlu st du rch V ersch lack ung 1 0 % , K o ste n der K o h le 16 J t/ t, L u ftü b ersch u ß bei R o stfe u er u n g 100 % . D e r H e iz w e r t der M olekular- m asso (12 g ) is t d a n n 128 W E .
G eneratorgas
U n terer H e iz w e r t... 106S W E Oberer „ ...
V erbronnungs- I Gas e rh itz t a u f 600° . tem p e ra tu r I L u ft k a l t ...
Gas e rh itz t au f 600° . L u ft „ „ 400° . Gas „ ,, 600° . L u ft „ „ 600° . Gas „ „ 900° . L u ft „ „ 900° . L uftvolum en jo cbm Gas einschl. 2 5 % L u ft
überschuß ... 1,22 ebr R a u c h g a s v o l u m e n ...2,06 ,.
D ie W erte T f u n d T R sin d u n ter B e rü ck sich tig u n g des V orerw ärm un gsgrades v o n G as u n d L u ft u n m ittelb a r z u errechn en b zw . a u s Z a h len ta fel 1 a b z u lesen . T r is t die w irk lich e oder n o tw en d ig e T em p era tu r, die im O fonraum zu r D u rc h fü h r u n g des V er
fahrens (F risch en , G lü h en u sw .) herrschen m u ß , beisp ielsw eise beim M artin ofen 1650 0 C. Cf u n d CK w erd en erh a lten als E rg eb n is der B erech n u n g der la te n te n u n d fü h lb aren W ärm e, die m it der V erb ren n u n g der v ersch ied en en G a sb e sta n d te ile e in g efü h r t w ird , w ob ei a ls E in h e it das „ M o lek u la rv o lu m en “ g e w ä h ltw ir d , d .h . d a s je n ig e V o lu m e n ,d a s d e m v o m M o le -
K o h le m i t 1 0 0 % L u ft-
Überschuß
K oksofengas k a lt L u f t 400* O (26 % Ueber-
schuß).
A n z ah l W E , d ie d u rc h ein M o lekül-K ohle bzw . d a s M o le k u la r-V o lu m e n G as e in g e fü h rt w e rd e n . . . E n ts p re c h e n d e s A b g asv o l.
I n d e r Z e ite in h e it einge- fiih rto W ä rm e e in h e ite n . V e rb re n n u n g s te m p e ra tu r .
128,08 W E 10,00 Vol.
12,80 W E 1 5 2 5 ° C
93,52 W E 5,48 Vol.
17,06 W E 1 8 2 5 ° C
N im m t m a n d ie A r b e itstem p er a tu r z u 1300 0 C an , so is t der W ert ein es M olek u lar-V olu m on s Gas gleich dem W ert ein es G ram m olek ü ls K ohle
17,06 525 X 225 X 12,80
N u n i s t das M olek u la rv o lu m en 2 2 ,3 2 1, das Gramm- m o lek iil 1 2 g ; cs e rg ib t sich also
W ert v o n '1 cbm K oksofongas = 1,67 X W e r t von l k g Kohle oder:
W ert von 1 cbm K oksofengas = 2,67 Pf.
E s w ird n o ch m a ls b e to n t, daß diese W erte keine a b so lu ten sin d , v ielm eh r r e la tiv e , in sofern als sie B e zu g h ab en 1. a u f die A r t, in der das G as verb ran nt
20. November 1913. D ie Verwendung von Hochofengas und Iioksofcngas auf Hüttenwerken. Stahl und Eisen. 1927 wird (G as- lin d L u ftte m p e ra tu r), u n d 2. auf den
B rennstoff, d en das G as ersetzen soll (K o h le, G enera
torgas usw .).
B ezü glich der a llg em ein en V erw en du ng v o n H ochofengas u n d K o k so fen g a s darf n iem a ls außer acht gela sse n w erd en , daß d iese G ase N eb en erzeu g
nisse sind, daß m a n also die S c h w a n k u n g e n in B e schaffenh eit u n d M en ge m it in K a u f n ehm en m uß.
Man so llte sich in jed em F a ll g en a u e K en n tn is über den verfü gb aren G asü b ersch u ß v e rsch a ffen u n d für den norm alen B e trieb n ie m a ls die H ö ch stm en g e des zur V erfü gu n g ste h e n d en G ases a n setz e n , d a m it m an Schw ankungen ein ig erm a ß en a u sg leich en k an n . Für W erke m it g erin ger H o ch o fen - oder K ok sofen zahl, bei denen die S c h w a n k u n g e n o ft b eträ ch tlich e sind, sollten fü r m it G a sh eizu n g b etr ie b en e O efen im m er zwei B e h e iz u n g sa r ten v o rg eseh en w erden, d a m it m an jederzeit v o n ein er B e h c iz u n g sa r t auf die andere übergehen k an n .
D ie F ra g e, ob H o c h o f e n g a s in der elektrisch en Zentrale b esser u n m itte lb a r in G askraftm aschinen oder in D a m p fk e sse ln in V erb in d u n g m it T urbo
generatoren z u v e rw e n d en sei, is t v o n den m eisten H ü tten w erk en d a h in en tsc h ie d e n w orden, daß die erstere V erw en d u n g sa rt bei rein en G asen größere Vorteile b ie te t. G en au e V ersu ch e au f den Cockcrill- schen W erk en h a b en ergeben, daß in der G roßgas- m aschino der V erb rau ch für die e ffe k tiv e P ferde
stärke 2300 W E b etru g . B ei ein em H eiz w er t v o n 875 W E /c b m d es G ases b e tr ä g t der G asverbrauch für die e ffe k tiv e P ferd estä rk e also 2,63 cbm . N im m t m an a n d erseits a n , daß ein g u ter D a m p fk essel m it 1 kg K oh le 8 k g D a m p f e rzeu g t, die K oh le 16 JC/t k ostet, u n d daß in ein er g u te n T urb in e 5 k g D a m p f für die e ffe k tiv e P ferd estä rk e v e r b ra u ch t w erd en, so entsp richt
1 offektivo P S = 0,96 P f K ohle = 2,3 cbm Gas.
E s k a n n also der P reis fü r 1 cb m Ga- 0 ,3 6 8 P f.
betragen. D e sh a lb so llte m a n allen K raftb ed arf für G ebläse-, ’W alzw erk sm asch in en u sw . n a ch M öglichk eit aus der v o n G roß gasm asch in en e rzeu g ten E nergie decken.
B em erk en sw ert sin d die V ersu ch e, die L e o n G r c in e r a n g e stc llt h a t b ezü g lich der A u sn u tzu n g des W ä rm ein h a lts der A u sp u ffg a se a u s den G as
m aschinen in D a m p fk e sse ln . E s ließ sich au f diese W eise in F o rm v o n D a m p f v o n 8 a t ein E n erg ie
betrag g e w in n en , der 1 3 % der v o n der G ask raft
m aschine g e lie fe r ten E n erg ie b etru g . D e r D a m p f kann in T u rb ogen eratoren V e rw en d u n g find en.
U m im F a lle des A u sb le ib en s v o n H o ch o fen g a s in der Z entrale ein e R eserv e zu h a b en , w ird die A u f
stellu ng v o n D ie se lm o to r en em p fo h len , deren B ren n stoff im eig en en K ok ereib etrieb erzeu g t w ird.
B etreffs der V erw en d u n g v o n H o ch o fen g a s in G ießereien zu m T ro ck n en der G uß form en, H eizen von T rock en öfen , A n w ä rm en v o n G ießp fan n en w ird auf die A r b e iten v o n <£)r.*3ng. B u c k * v erw iesen ,
* St. u. E. 1911, 20. Juli, S. 1172.
w ob ei die N o tw en d ig k e it einer P a rfü m ieru n g des G ases b e to n t wird.
E n d lich ford ert der V erfasser auch für das zur O fen b eh eizu n g verw en d ete H o ch o fen g a s ein e g u te R ein ig u n g zur V erm eid u n g v o n V ersto p fu n g en der W ärm esp eicher u n d B ild u n g v o n V ersch lack u n gen aus G ich tstau b u n d feu erfestem M aterial.
D a s K o k s o f e n g a s so llte w e g en seiner sehr h o h en V erb ren n u n gstem p eratu r n a ch M ö g lich k eit nur d a V erw en d u n g fin d en , w o es au f h oh e T em p eratu r a n k o m m t, d. h. im M artinofen. In der G roß - ga sm a sch in c v erb ra n n t, w erd en n a ch a n g e stc lltc n V ersuchen 2500 W E für die e ffe k tiv e P ferd estä rk e v erb ra u ch t; das K u b ik m eter G as s t e llt sich d an n auf 1 ,3 6 Pf.
H ou b aer sc h lä g t d a n n v o r, u m g e g e n S tö ru n g en oder S tillstä n d e in der G aslieferu n g g esich ert zu sein , G asom eter zu b au en , u n d fü h rt folgen d e V o rteile in s F eld :
1. die M ög lich k eit, w en ig ste n s ein en T eil des S o n n ta g s u n d F eierta g s erz eu g ten G ases au f
zusp eichern ;
2. A u sg leich im G asdruck u n d in der G asb e
sch a ffen h eit;
3. R eserve für d en F a ll ein es S tills ta n d es in der K okerei oder verm in d erter G asanlieferung.
F ü r m a n ch e F ä lle k a n n es a u ch v o n B e d e u tu n g sein, daß bei A n w en d u n g ein es G asd ru ck es das G as vorher v o m S c h w efe lg eh a lt b efreit w ird.
E in G asom eter v o n 5 0 000 cbm I n h a lt w ird m it 400 000 JC a n g e se tzt, d. li. bei en tsp rech en d er A b sch reib u n g 28 000 JC jäh rlich . R e c h n e t m a n d agegen , daß m ittels des G asom eters so n n tä g lich 50 000 cbm G as, das K u b ik m eter zu 0 ,9 6 P f., fü r den M artin ofen g ew o n n en w erd en k ön n en , so m a c h t das ein en G ew in n v o n 50 000 x 5 2 x 0 ,9 6 = 2 4 960 JC im Jahr. D ie K o ste n des G asom eters w erd en also b e i
nahe ged eck t.
D ie G a s w i r t s c h a f t b e i C o c k c r i l l g e s ta lte t sich folgen d erm aß en : H o c h o f e n g a s : V o n der G e
sam tm en ge w erd en 6 0 % im H o ch o fen b etrieb e v e r b raucht, es b leib en ü b ersch ü ssig 1 800 000 c b m /2 4 st, d. h. bei 875 W E /c b m H eiz w er t in der S tu n d e 65 625 000 W E . D a 2300 W E bei H o ch o fen g a s 1 elek trisch en P S en tsp re ch en , ste h e n stü n d lich zur V erfü gu n g — = 28 5 0 0 elek trisch e P S , die folgen d erm aß en v e r te ilt sind :
6 G askraftm aschinon in der Z entrale je 1250 P S 7 500 P S
2 „ „ „ „ „ 900 „ 1800 „
2 „ „ „ „ „ 200 „ 400 „
1 „ „ „ „ „ 6500 „ 6500 „
1 Stalihverks-G obläsem asehine 2400 „ 2400 „ zusam m en 18 600 P S . D er R e s t des H o ch o fen g a se s w ird u n ter D a m p f
k esseln verfeu ert, die a u ch m it K o h le g e s to c h t w erd en k ö n n en u n d als R eserv e d ien en für den F a ll ein es S tillsta n d es im H o ch o fen b etrieb .
1928 S ta h l u n d Eisen. D ie Verwendung von Hochofengas und KoJcsofengas auf Hüttenwerken. 33. J a h rg . N r. 47.
A • 6eö/cf sc ß ' ßtjcfr/otffrcg/cr
C • U m to J fr ep/er 0 * A/ap/fbo/fn-fVoscöcr f w Oruc/rrcp/cr
* f'cn/i/oforcn G a so m e te r
Gosrcf
Gasometer h a t 50 m D urchm esser, besteht aus drei teleskopartig ineinander gesteckten Teilen und h at 40 m H öhe. D er niedrigste D ruck b eträgt 175 m m , der H öchstdruck 275 m m W S. D er Gasom eter liegt nahe bei den K oksöfen, 1200 m vom W erk entfernt, zu dem eine 300 m m w eite L eitung führt. D as von der R ebcnproduktenanlagc kom m ende Gas geh t durch die Gebläse A, die V erbindungsstücke e f, e'f', e"f"
zur N aphthalinw aschung D.
V on dort wird das Gas entw eder durch die L eitung g, h, i nach den Schwefelreinigern und von diesen durch die L eitung 1, m , n, o, p nach dem Gasometer geführt, oder es geh t durch g, j, k und die Druckregler E nach der W erkleitung über w, x, y. D as aus dem Gaso
m eter kom m ende Gas geh t durch die L eitung q, r, s, t, u, v nach deii R eglern E und dann durch Ver
teilungsstücke zur Kraftzentrale. D ie durch 18-PS- E lektrom otoren angetriebenen Gebläse leisten 75 000 cbm /24 st; zw ei sind im Betrieb, einer dient zur
Abbildung 1.
Gasometer-Anlago von 50000 cbm auf den Cockerillsehen Werken.
K oksofengas eine Lufterhitzung auf 1000 0 C an, so ergibt nach der angegebenen Formel:
1 cbm Ivoksofongas ersetzt; 1,26 cbm Generatorgas.
1 „ H ochofengas „ 0,89 „ „ N im m t m an an, daß die Verbrennungstemperatur tun 20 % höher liegen m üsse als die A rbeitstem pera
tur, also 1680 0 C betrage, und n im m t m an als Kam m crtem peraturcn 600 0 C an, so ergibt sich
Koksofengau kalt, L u ft auf
G00» O erhitzt
A n zah l W ärm eein
h eiten , die jo E in heits-V olu m en des Gases ein gefü hrt
■ n o r d e n ...
E ntsprechend es A b g asvolu m en . . . A n zah l W ärm eein
h eiten in der Z eit
e in h e it ...
V erb renn un gstom - peratur ...
100,76 W E 5,48
18,40 W E 1 9 4 0 ° C
H ochofengas Generatorgas auf 000° O,
L u ft auf c 00» C erhitzt
27,95 W E 1,70
15,90 W E 1 6 9 5 ° C
auf «00» O, L u ft auf
tOO» O erhitzt
33,65 WE 2,06
16,36 W E 1 7 6 0 ° C K o k s o f e n g a s . E s stehen in 24 st 90 000 cbm
U ebcrschußgas zur V erfügung oder 3740 cbm i. d. st, die folgenderm aßen verteilt sind:
U ngefährer Stundenverbrauch
cbm
E in 9-t-M artinofen...520
E in 12- bis 13-t-M artinofen... 600
Zwei G l ü h ö f e n ... 90
Zwei W ä r m ö fe n ...450
Zwoi elektrische 500-PS-M aschinen . . . 750
Eine elektrische 1000-PS-Masehine . . . 750
Zwei 500-PS-M aschincn... 100
Eino 6 0 0 -P S -M a sch in o ... 440 Zusammen 3700 D er Verfasser g ib t dann eine Beschreibung der G asom eteranlage bei Cockerill (vgl. Abb. 1). D er
Reserve. D ie ganze Anlage ist in reichlicher Weise m it U m lauf- und Druckreglern versehen. Abb. 2 zeigt einen der von der Berlin-Anhaltisclien Maschinenbau- A ctien-G csellschaft gelieferten Druckregler.
B e h e i z u n g d e r M is c h e r . Bei Mischern, die nicht als Vorfrischapparate dienen, is t im allgemeinen eine B eheizung nicht nötig; sie sollte aber für alle Fälle vorgesehen werden. D er Brennstoffaufwand (ausgedrückt im Kohlenverbrauch bei Goneratorgas- beheizung) beträgt dann etw a 4 % vom ausgebrachten Roheisengew icht.
R echnet m an bei Vorfrischmischern m it einer Arbeitstem peratur von 1400 0 C und nim m t m an für Generatorgas und Hochofengas eine E rhitzung der Luft und des Gases auf 9 0 0 0 C, bei k a lt eingeführtem
20. N ovem ber 1913. Z ur Beurteilung der Bone-Sclmabcl-Kessel. S ta h l u n d Eisen. 1929
kalt zuführen, so daß nur Luftkam m ern notw endig sind. Sehr einfache Bauarten ergeben sich, w enn man, bei genügender Nähe des Hochofenwerkes, das Gas m it Cowperwind verbrennt. Bei 800 0 C W indtem peratur beträgt die Verbrennungstempera
tur 1540 0 C. Abb. 3 zeigt die Brennereinrichtung für die letztere Beheizungsart an einem G00 - 1 -
Abbildung 3.
D a die Verbrennungstem peratur von Hochofen
gas vollkom m en ausreicht, wird m an im Mischer auf Generatorgas und K oksofengas verzichten. Bei ge
nügender Lufterhitzung kann m an sogar Hochofengas
Mischer bei Cockcrill. Durch die schraubenförmige, für L uft und Gas entgegengesetzte Führung wird eine innige Mischung und gute Verbrennung erzielt.
(Schluß folgt.) D araus folgt aber:
1 cbm Koksofengas = 1,G7 cbm Goncratorgas, 1 cbm Hochofengas = 0,80 cbm Generatorgas.
Gas
smtr/ff ausGi/f
Brenner für einen GOO-t-Miseher.
Abbildung 2. Druckregler.
Z u r Beurteilung der B o n e -S c h n a b e l-K e s s e l.
Von G. N e u m a n n in Düsseidorf.
^ e i t den ersten V eröffentlichungen über die so-
^ genannte „Flam m lose oder Oberflächenverbren
nung“ h at diese Feuerungsart lebhaftes Interesse in der F ach w elt erw eckt, und m an h a t alsbald daran große H offnungen für die A nwendung der
selben im Großbetriebe geknüpft. Zur Erklärung der E igenschaften dieser Feuerungsart h at m an verschiedene verw ickelte und w enig erforschte Theo
rien aus der P h ysik und E lektrotechnik heran
gezogen. D ie diesen Theorien zugrunde liegenden N aturerscheinungen sind jedoch säm tlich unter Ver
hältnissen beobachtet worden, die von denjenigen der P raxis sehr stark abw eichen, und m an kann daher n ich t beurteilen, in welchem Grade dieselben den Verbrennungsvorgang in den Bonc-Schnabel- Fcuerungen zu beeinflussen verm ögen, ganz ab
gesehen davon, daß m an sich noch gar nicht darüber einig ist, w elche von den aufgestellten Theorien eigentlich ernstlich in Frage kom m t. E s erscheint
som it nicht unberechtigt, nach einer einfacheren Er
klärung zu suchen. Im nachstehenden soll ver
sucht werden, die w ichtigsten E igenschaften der Bone-Schnabel-Feuerungen auf Grund von bekannten einfachen N aturgesetzen zu erklären, die bei w eitem besser erforscht sind als die den oben erwähnten Theorien zugrunde liegenden Erscheinungen. Zweck
mäßigerweise werde ich mich dabei ausschließlich auf die Betrachtung der Vorgänge in den B one- Schnabel-K esseln beschränken, um so mehr, als von den auf die W irtschaftlichkeit des gesam ten H ü tten betriebes größeren Einfluß besitzenden, m öglichen Anwendungsgebieten dasjenige des Dam pfkesselbc- triebes m eines E rachtens das einzige ist, auf dem sich die B one-Schnabel-Fcuerung zu einer praktisch brauchbaren Form entw ickelt hat. D ie Ergebnisse der nachstehenden Betrachtungen können natürlich in geeigneter A npassung auch auf andere A rten der Bone-Schnabcl-Feuerung angew endet werden.
1930 S ta h l u n d Eisen. Z u r Beurteilung der Bone-Schnabel-Kessel. 33. J a h rg . N r. 47.
D ie U r s a c h e n d e r h o h e n L e i s t u n g s f ä h i g k e i t u n d d e s h o h e n t h e r m i s c h e n W i r k u n g s
g r a d e s d er B o n e - S c h n a b e l - K e s s e l . Aus den erw ähnten Theorien — Theorie der E xplosionsw ellen ( J i ip t n e r ) , Theorie der k ata
lysierenden Oberflächen (B o n e ), Elektronentheorie ( C a r le t o n E l l i s ) — fä llt vor allem auf, daß sich dieselben ausschließlich auf den Verbrennungsvor
gang beziehen, welcher durch die betreffenden zu
grunde gelegten Naturerscheinungen angeblich be
schleunigt w erden soll. Ob diese E rscheinungen ta t
sächlich einen w esentlichen Einfluß besitzen, soll hier n ich t weiter untersucht worden. E s ist zu zugeben, daß die große Gasgeschw indigkeit in den m it kleinen Tonkörpern ungefüllten Heizröhren die Frage nahelegt, ob eine Verbrennung in normaler W eise, ohne Einw irkungen der oben erwähnten A rt, noch m öglich ist. E s is t jedoch auch zu berück
sichtigen, daß durch die F üllung der H eizrohren m it kleinen, feuerfesten Tonstückchen im Innern der Röhren eine gegen W ärm eabgabe an die Rohrwand ausgezeichnet geschützte Zone en tsteh t, die — einm al bei geringer Gaszufuhr auf hohe Tem peratur erhitzt — sehr w ohl im stande sein kann, die Ver
brennung dauernd, ohne die H ilfe der erw ähnten Erscheinungen zu unterhalten. Im m erhin soll diese Frage offen gelassen worden, da sie — w ie im nach
stehenden gezeigt werden wird — von geringerer B e
deutung ist.
D er Verbrennungsvorgang ist, w ie aus verschie
denen V eröffentlichungen hervorgeht, bereits 20 cm hinter der vorderen R ohrm ündung beendet, der übrige, 90 cm lange Teil der Heizrohre dient nich t m ehr als Feuerung, sondern nur noch als Heizraum , d. h. nicht zur U m w andlung der gebundenen W ärme des Gases in fühlbare W ärme der Verbrennungsgase, sondern nur noch zur U ebortragung der letzteren an dio Rohrwand. E benso findet im Vorwärmer keine Verbrennung, sondern lediglich W ärm eübertragung sta tt. E s erhebt sich nunmehr die Frage, warum die Vorwärmerheizrohre und derjenige Teil der Kcsselheizrohre, in w elchem keine Verbrennung sta tt
findet, in gleicher W eise w ie der in der Verbrennungs
zone liegende T eil m it den für die B one-Sclm abel- Feuerung kennzeichnenden porösen Tonkürpern angefüllt sind, w enn letztere lediglich auf den Ver
brennungsvorgang so vorzüglich einwirken sollen, wie die obigen Theorien behaupten ? H ätten diese Tonkörper lediglich den Zweck, dio Verbrennung zu beschleunigen oder vollkom m ener zu gestalten , so wäre cs doch zweckm äßig, sie nur in dem vordersten, 20 cm langen Teil der Heizrohre anzuw enden, im übrigen Teil sowie im Vorwärmer hingegen fort
zulassen, um den zum A bsaugen der A bgase be
nötigten Unterdrück hinter dem Vorwärmer, -der bei den B one-Sehnabel-K esseln nach Versuchen 515 m m W S beträgt, zu vermindern, wodurch der außerordentlich große Kraftverbrauch des A bgas- vcntilators auf einen geringen B ruchteil verm indert
werden könnte. A us dem U m stand, daß dies dennoch n ich t geschieht, w ie auch aus der T atsache, daß sich die K csselleistung in vollkom m en gleicher W eise auf die K esselheizfläche verteilt, w ie dies bei den nor
m alen K esseln der F a ll ist, näm lich zu 70 % auf das erste D rittel, zu 22 % auf das zw eite D rittel und zu 8 % auf das letzte D rittel, som it zu etw a 40 % auf die Verbrennungszone, glaube ich bereits den Schluß ziehen zu können, daß weder K atalyse noch E x plosionsw ellen noch Elektronenström e bedeutenden E influß auf die günstigen E igenschaften der Bone- Schnabel-K essel ausüben, daß vielm ehr andere, mit dem V erbrennungsvorgang gar n ich t oder nur zum geringeren Teil zusam m enhängende Ursachen dieso E igenschaften bedingen.
V ergleicht m an den B one-Schnabel-K essel m it gew öhnlichen D am pfkesseln, so sind es grundsätz
lich drei Merkmale, die uns auffallen:
1. in den Verbrennungsgasstrom absichtlich ein
gebaute H indernisse (Tonkürper), auf welche die Verbreunungsgase ununterbrochen aufstoßen m üssen;
2. E inschaltung einer zw eiten, m ittelbar wirken
den H eizfläche (die der Rohrwand zugekehrtc wärm eausstrahlende F läche der äußeren Ton
körper) in den V erbrennungsgasstrom ;
3. Vergrößerung der G eschwindigkeit der Ver
brennungsgase infolge Verringerung des freien Rohrquerschnitts durch E inbau der Tonkörper.
A ls w esentlichste E igenschaft dieser K essel im B etriebe is t die hohe W ärm eaufnahm e je qm Heiz
fläche hervorzuheben, woraus die hohe spezifische L eistung und die niedrige A bgastem peratur dieser K essel sich erklären. B eachtensw ert ist ferner die vollkom m ene Verbrennung in diesen Kesseln.
W as die A nfüllung der H eizrohre in der Ver
brennungszone m it kleinen Tonkörpern anbetrifft, so h at diese in vielen Fällen zw eifellos einen vor
teilhaften E influß auf die V ollkom m enheit der Verbrennung, der gleichw ohl nich t überschätzt w erden darf. D ie m eisten B rennstoffe, sow ohl feste als auch flüssige und gasförm ige, enthalten bzw.
ergeben bei der der Verbrennung vorausgehenden V ergasung ziem lich v iel schwere Kohlenwasserstoffe, die in gew öhnlichen Feuerungen m eist die Ursache unvollkom m ener Verbrennung infolge Rußbildung sind. U m diese restlos m it zu verbrennen, ist es nötig, säm tliche Gase bei schneller und sorgfältiger M ischung m it L uft in einem durch feuerfestes Mauer
werk gegen W ärm eausstrahlung an die Kesselheiz
fläche und gegen L eitungsverluste nach außen ge
schützten R aum , einer sogenannten Vorfeuerung, zu verbrennen, d. h. in hoher Tem peratur, die nötig ist, um die Zersetzung der schweren Kohlenwasser
stoffe zu bewirken, worauf erst die Verbrennung der K om ponenten derselben erfolgen kann. Diese B edingungen w erden in der P raxis selten in wün
schenswerter V ollkom m enheit erfüllt, es ist jedoch nicht zu bezw eifeln, daß dam it eine vollkommene Verbrennung praktisch sehr w ohl durchführbar wäre
20. N ovem ber 1913. Z ur Beurteilung der Bone-Schnabel-Kessel. S ta h l und E isen. 1931 In der Bone - Schnabel - Kesselfeuerung werden
tatsächlich die Gase so verbrannt. Durch die Anfüllung m it kleinen Tonkörpern werden inner
halb der Heizrohre zahlreiche H ohlräum e ge
bildet, die •— abgesehen von den durch die Kohrwand begrenzten H ohlräum en — infolge des schlechten W ärm eleitungsverm ögens der Tonkörper, besonders poröser Tonkörper, gegen A usstrahlung an die Kohrwand geschützt sind und som it die obigen Bedingungen sehr g u t erfüllen, eino hohe Ver
brennungstem peratur ermöglichen und dam it eine restlose V erbrennung der Gase herbeiführen. Hierzu kom m t noch, daß durch die bereits vor der E in führung in den Verbrennungsraum erfolgte vollkom m ene M ischung von Gas und L uft die Verbrennungs
geschw indigkeit und die Verbrennungstemperatur ganz bedeutend erhöht werden, besonders w enn m an einen so außerordentlich niedrigen Lufttiborschuß anw endet, w ie dies bei don veröffentlichten Versuchen geschehen ist. D a die aus den Tonkörpern gebildeten Hohlräum e keine in der Längsrichtung der H eiz
rohre zusam m enhängenden, ununterbrochenen Ka
näle bilden, so sind die Gase gezw ungen, häufig auf die Tonkörper aufzustoßen, und m üssen infolgedessen heftige W irbel- und Zickzackbewegungen machen.
Infolgedessen und infolge E xpansion bei der Ver
brennung m üssen diejenigen Gem ischtoile, welche sich am A nfang der Verbrennungszone in don inneren Hohlräum en befanden, bald nach außen gelangen und dort ihre W ärme an die kalte Rohrwand augen
blicklich abgeben, während die vorher außen befind
lichen und an. der kalten Rohrwand nicht zur Ver
brennung gelangten G em ischteile ebensobald in die inneren Hohlräum e gelangen, sich an den heißen Tonkörpern erhitzen und verbrennen, um hierauf wieder an die Rohrwand geschleudert und abgekühlt zu werden. D ie M ischung von Gas und L uft, sofern dieselbe n ich t bereits vor E in tritt des Gemisches in die Verbrennungszone vollkom m en dm chgcftikrt sein sollte, wird hierdurch natürlich ebenfalls w esent
lich beschleunigt.
Hier m öchte ich noch einige B etrachtungen über die angeblich erforderliche P orosität der Tonkörper einschalten. V on don Erfindern wird der P orosität der Tonkörper bekanntlich eine große Bedeutung beigem essen und behauptet, daß ohne dieselbe' die
„flam m enlose V erbrennung“ keinen so hohen W ir
kungsgrad ergeben würde. E s ist zuzugeben, daß die P orosität bei der Diaphragm onfeuerung, wo sie ohnedies V oraussetzung für den Gasdurchgang ist, der katalysierenden W irkung der Oberflächen ge
gebenenfalls einen größeren Einfluß verleihen kann, da w ahrscheinlich diese W irkung um so größer sein muß, je größer die berührten Oberflächen im Ver
hältnis zur durchströmonden Gasmenge und je dünner die einzelnen Gasström e sind. L u gasdurchflossenen Tonkörper ist natürlich die Sum m e der berührten Oberflächen außerordentlich groß, die einzelnen Gas
ström e dagegen sind sehr dünn; es ist infolgedessen m öglich, daß für Diaphragm enfeuerungen eine der
aufgestellten Theorien größero B edeutung haben kann. Im B one-Schnabel-K essel jedoch kann die Porosität der Tonkörper unmöglich einen solchen Einfluß ausüben, da hier nicht die Tonkörper selbst, sondern lediglich die von diesen gebildeten H oh l
räume von dem Gas-Luft-Gem isch durchströmt werden können, in den Poren selbst aber kein Gaswechsel stattfindet. Zudem werden die Poren bei staub- haltigem Gas, z. B. Gichtgas, bald verstopft sein.
E s ist som it anzunehm en, daß durch Anfüllung der Heizrohre in der Verbrennungszone m it kleinen feuerfesten Körpern, besonders bei v o r h e r ig e r M ischung von Gas und L uft und bei geringstem Luftüberschuß, die bei anderen Kesselfeuerungen in
folge schlechter M ischung, vorzeitiger Berührung m it den kalten K esselheizflächen und niedrigerer, durch höheren Luftüberschuß bedingten Verbrennungs
tem peratur entstehenden Verluste durch Ruß und unverbrannte Gasreste verm ieden werden, w as je
doch nur dann von B edeutung ist, w enn — w ie dies bei dem ausgeführten B o n e -S c h n a b e l-K e ss e l der F all ist — Gase oder flüssige Brennstoffe m it hohem Gehalt an schwer verbrennbaren K ohlen
wasserstoffen zur Beheizung dienen. Bei Hochofen- und anderen Gasen, die auch in niedriger Tem peratur vollkom m en verbrennen, fällt dieser V orteil der Bonc-Schnabel-Fouerung natürlich weg.
D ie in verschiedenen Veröffentlichungen ange
gebene spezifische Verdam pfung der Bone-Schnabel- K essel is t tatsächlich außerordentlich groß; sie soll 80 bis 150 k g/q m betragen, während m it modernen H ochleistungskesseln normaler Konstruktion höch
stens 40 kg/qm erzielt werden. Bei letzteren ist allerdings zu beachten, daß dieselben hoch über
hitzten D am pf erzeugen, während die Bone-Schnabel- Kessel Sattdam pf liefern. W ürde m an einen H och
leistungskessel normaler K onstruktion auf Sattdam pf betreiben, so würde m an sicher eine Verdampfung von 50 k g/q m erhalten, d. h. die H älfte der Leistung der Bone-Schnabel-K essel. Außer der hohen spe
zifischen Verdampfung ist für die Bone-Schnabel- Kessel sehr kennzeichnend die niedrige Temperatur der A bgase, sow ohl hinter dem K essel w ie auch hinter dem Vorwärmer. D ie Temperaturen der A b gase bei normalen H ochleistungskesseln und bei Bone-Schnabol-K esseln betragen ungefähr
am i hinter dem ICcsselendc j Vorwärm er
» C ! . o C H o ch leistu n g sk essel... : 350
Bone-Schnabel-Kessel . . . j 230 U n t e r s c h ie d ... 120
D a, w ie bereits erwähnt, die Verdam pfung bei den Bone-Schnabol-K esseln sich auf die einzelnen Teile der H eizfläche in gleicher W eise verteilt w ie bei normalen D am pfkesseln, so folgt, daß säm tliche Teile der H eizfläche in gleichem V erhältnis an der
selben teilhaben, daß also die größere Wärmeüber
tragung keineswegs auf die Verbrennungszone be
1932 S ta h l uncl Eisen. Z ur Beurteilung der Bone-Schnabel-Kessel. 33. J a h rg . N r. 47.
schränkt ist. W elche U m stände sind es nun, die den B one-Schnabel-K essel in den Stand setzen, auf jedem Quadratm eter H eizfläche doppelt bis dreimal soviel W ärme zu verarbeiten als der beste normale H ochleistungskessel ?
S tellt m an sich diese Frage, so fällt vor allem auf, daß außer der direkten H eizfläche der K essel
rohre noch eine zw eite, m ittelbar wirkende H eizfläche vorhanden ist, näm lich die der R ohrw and zugekehrten Flächen der äußeren Tonkörper. D a die H eizgase n ich t nur die R ohrwand, sondern auch die Ton- körper bespülen, so m üssen diese, sofern sie im Innern des R ohres, gegen W ärm eausstrahlung ge
schützt, liegen, che Temperatur der H eizgase anneh
m en; die der Rohrwand benachbarten Tonkörper
flächen aber werden eine Tem peratur annehm en, die zw ischen der Tem peratur der R ohrw and und derjenigen der H eizgase liegt, und die so hoch sein m uß, daß die durch Berührung von den H eizgasen an die indirekte H eizfläche übertragene W ärme
m enge gleich is t der v o n der letzteren an die R ohr
w and ausgestrahlten W ärm em enge. D ie H öhe dieser Tem peratur und dam it den W ert der indirekten H eizfläche, bezogen auf den W ert der direkten H eizfläche, rechnerisch zu erm itteln, ist leider gänz
lich ausgeschlossen, da die hierfür nötigen U n ter
lagen, insbesondere die in die Form eln für den W ärm e
übergang durch Strahlung und Berührung einzu
setzenden K oeffizienten, zu w enig zuverlässig bekannt sind. Im m erhin w issen wir, daß besonders in höheren Tem peraturen der W ärm eübergang durch Strahlung zw ischen zw ei Flächen bei gleichem Tem peratur
unterschied bedeutend größer ist als derjenige durch bloße Berührung einer F läche m it Gasen. o * E s sei daher schätzungsw eise angenom m en, daß der W ert der indirekten H eizfläche etw a gleich dem halben W ert der gleich großen direkten H eizfläche ist, d. h. daß der W ert der Gesam theizfläche
H s = 1,5 Hd
beträgt, worin Ha den W ert der direkten H eizfläche ausdrückt.
V on noch größerer B edeutung ist jedoch die durch Verringerung des freien Rohrquerschnitts gegenüber normalen K esselbauarten vielfach ver
größerte G eschwindigkeit der Verbrennungsgase. E s ist eine längst bekannte Tatsache, daß bei gleichem Tem peraturgefälle zw ischen der zu heizenden Fläche und den Verbrennungsgasen der W ärm eübergang für die Zeit- und F lächeneinheit um so größer ist, je größer die Geschwindigkeit der Gase ist. U eber diese A bhängigkeit h at N u s s e l t U ntersuchungen m it L uft und anderen Gasen angestellt.* W enngleich diese U ntersuchungen nur an einem von außen durch D am pf auf 1 0 3 0 C erwärmten Messingrohr von 22 m m 1. Durchm. ausgeführt wurden, so lassen sich die E rgebnisse dennoch auch auf hohe Tem pera
turen beziehen, w om it natürlich keinesw egs behaup
te t werden soll, daß die Zahlenwerte bei hohen
* VgL M itteilungen über Forschungsarbeiten. H eft 8 9 .
Tem peraturen die gleichen seien. N u sselt fand für D ruckluft v o n 0,15 a t U eberdruck folgende W erte:
G eschw in d igk eit W ärm eü b ergan g G eschw in d igk eit "Wärmeübergang- m /sek W E /q m , st, 1 0 C m /sek W E /qm , st, 1» C
0 , 4 9 8 7 ,3 3 1 1 ,8 9 4 6 , 9
0 , 9 9 4 7 ,7 5 1 4 ,9 5 5 6 , 2
2 , 2 3 4 9 ,5 7 1 9 ,8 0 7 1 ,2
4 , 2 3 1 8 ,6 6 2 4 , 5 0 8 6 , 4
8 ,5 1 3 5 ,7 2 7 , 2 0 9 1 ,7
Aus dieser Zusam m enstellung ersehen wir, daß durch Vergrößerung der G asgeschw indigkeit v o n 11,89 m /sek auf 27,2 m /sek der W ärmeübergang je qm H eizfläche, Stunde und 1 0 C Temperatur- differenz von 46,9 auf 91,7 W E sich erhöht, also fast verdoppelt wird.
D ie G eschw indigkeit der V erbrennungsgase in den Heizrohren der B one-Schnabel-K essel wird natür
lich noch bedeutend höher sein als 27,2 m /sek.
D ie Verbrennungstem peratur und dam it der m ittlere Tem peraturunterschied zw ischen Heizrohren und Verbrennungsgasen ist aus bereits erörterten Ursachen bedeutend größer als bei normalen D am pfkesseln, w as ebenfalls auf die Steigerung der spezifischen Verdam pfung einen wesentlichen E influß h at. Man kann daher w ohl m it Sicherheit annehm en, daß die vergrößerte Gasgeschw indigkeit u nd Temperaturdifferenz ein A nwachsen der W ärme
aufnahm e je qm H eizfläche auf m indestens den doppelten B etrag zur F olge hat. D a nun auch die G esam theizfläche rd. um die H älfte vergrößert ist, so ergibt sich die L eistung eines Bone-Sehnabel- K essels, bezogen auf die L eistung eines normalen K essels von gleich großer direkter H eizfläche, zu m indestens 1,5 x 2, also dreimal so groß. Dieses Ergebnis erklärt n ich t nur die hohe spezifische Ver
dam pfung der B one-Schnabel-K essel, sondern auch die um rd. 120 0 C tiefere Tem peratur der den Kessel verlassenden A bgase.
Z w e c k m ä ß i g k e i t d er v o n B o n e - S c h n a b e l a n g e w a n d t e n M i t t e l z u r E r r e i c h u n g h o h e r s p e z i f i s c h e r L e i s t u n g e n u n d n i e d r i g e r A b
g a s t e m p e r a t u r e n .
E s ist bereits ausgesprochen worden, daß sich die V ollkom m enheit der Verbrennung auch m it M itteln erreichen läß t, die den erforderlichen U nter
drück hinter dem K essel nich t w esentlich erhöhen;
selbst w enn bei kohlenw asserstoffreichen Gasen trotz bester Brennerausbildung 1 bis 2 % V erlust durch unverbrannte G asreste auftreten sollten, so würde m an dennoch diesen geringen V erlust für eine ent
sprechende Kraftersparnis am V entilator gern in K auf nehm en. E s ist nunm ehr zu untersuchen, ob die A nfüllung der Heizrohre m it kleinen Tonstücken das richtige M ittel ist, um die W ärmeaufnahme
fähigkeit der K esselheizfläche w esentlich zu erhöhen.
D er größte F ehler der B one-Schnabel-K essel besteht m eines E rachtens darin, daß die Verschiedenartigkeit der A ufgaben der Verbrennungszono und der eigent
lichen H eizzone nich t berücksichtigt ist. Wir haben gefunden, daß für die Vergrößerung der spezifischen
20. N ovem ber 1913. Zur Beurteilung der Bonc-Schnabcl-Kessel. S ta h l und Eisen. 1933
W ärm eaufnahm e eine hohe H eizgasgeschw indigkeit und der E in b au einer zw eiten indirekten Heizfläche, die von den gleichzeitig die direkte H eizfläche be
spülenden H eizgasen durch Berührung Wärme auf
nim m t und sie durch Strahlung an die Rohrwand überträgt, von großem V orteil ist. D ie Lösung dieser A ufgabe ist bei den Bonc-Schnabel-K esseln zw eifellos eine unvollkom m ene, da hier durch Ver
stopfung der Rohre der B ew egungsw iderstand der Verbrennungsgase beispiellos erhöht wird und zudem unnötigerweise ein bedeutender Teil (vgl. Abb. 1) durch schlechte W ärm eleiter v o n der Heizfläche abgesperrt und dam it von der W ärmeübertragung ausgeschlossen wird. W enngleich infolge der unregel
mäßigen, zickzackförm igen und wirbelnden B ew e
gung jedes G asteilchen häufig an die K esselheiz
fläche gelangt und dort Wärme abgibt, so ist es dennoch nachtei
lig, daß die Berührung der Gase m it der H eizfläche nich t eine ununterbrochene ist. E s ist an
zunehm en, daß die Bone-Schna- Abbildun" l. bel-K essel infolgedessen w esent- Heizrohrfüllung lic]l w eniger günstige Ergebnisse nachBone-Schnabel. aufw eisen würden, w enn nicht zufällig an der glatten Rohrwand der Bew egungsw iderstand gerin
ger wäre als im Innern der ver
stopften R ohre; hierdurch aber w ird bew irkt, daß die Gasge
schw indigkeit an der Rohrwand größer ist und größere Gasmengen Abbildung 2. an derselben entlangström en.
Vorgeschlagene Zweckm äßiger lassen sich die Heizrohrfüllung, genannten B edingungen durch Einbau kom pakter Körper nach Abb. 2 in die Heizrohre erfüllen, wodurch der freie Querschnitt der H eizrohre verringert, die Geschwin
digkeit der Verbrennungsgase bedeutend erhöht und eine zw eite, indirekt durch Strahlung w irkende H eiz
fläche geschaffen wird. D er am Kesselende benötigte Unterdrück verringert sich au f einen geringfügigen Bruchteil des bei den Bone-Schnabel-K esseln benö
tigten, wodurch eine bedeutende K rafterspam is am Ventilator erreicht würde, und ferner könnte die Füllung behufs R einigung der R ohre leicht entfernt und w ieder eingesetzt werden, w as besonders bei Gichtgaskesseln von größerer B edeutung wäre.
W as bezüglich der W ärm eübertragung in den Kesselheizrohren gesagt wurde, g ilt natürlich in gleicher W eise bezüglich des Vorwärmers.
V e r g le i c h d e r B o n e - S c h n a b e l - K e s s e l m i t n o r m a le n D a m p f k e s s e l n h i n s i c h t l i c h d e s
w ä r m e t e c h n i s c h e n W ir k u n g s g r a d e s . Lx den bisher erfolgten Veröffentlichungen über den B one-Sclm abel-K essel spielt der geringe L u ft
überschuß, m it dem m an bei dieser Kesselbauart an
geblich soll auskom m en können, eine große R olle. In einer V eröffentlichung is t dafür einm al 2 % , das
X L V II.33
andere Mal sogar nur 0 ,5 % (!) angegeben.* D ie Frage, ob eine vollkom m ene Verbrennung m it einem derartig geringen Luftüberschuß an und für sich im B one-Sclm abel-K essel m öglich ist, hat für die Praxis nur eine sehr untergeordnete Bedeutung, da aus anderen Gründen ohnedies stets für einen be
deutend größeren Luftüberschuß gesorgt werden m uß. E s ist nich t angängig, den m ittleren L u ft- überschuß übermäßig einzuschränken, da m an — selbst w enn an und für sich vollkom m ene Ver
brennung ohne jeglichen Luftüberschuß erzielt w er
den könnte — zwei T atsachen Rechnung tragen m uß: es ist dies einerseits die V eränderlichkeit des H eizwertes und der Zusam m ensetzung des Gases und anderseits die selbst unter Voraussetzung der denkbar besten Regeleinrichtungen nie verm eid
baren Aendcrungen des V erhältnisses der je Sekunde zuströmenden L uft- und Gasmengen zueinander.
Ersterer U m stand würde eine ununterbrochene B e stim m ung der G aszusam m ensetzung und dem ent
sprechende Regelung des L u ftzutrittes erfordern, letzterer entzieht sich überhaupt jeglicher Ueber- w achung, da er von zu vielen veränderlichen B edin
gungen abhängt, w ie D ruck, Temperatur und sp e
zifischem Gewicht des Gases, Belastungsänderungen, G eschicklichkeit des Heizers usw . Man stelle sich z. B. folgenden F all vor: D er W asserstoffgehalt des K oksofengases nehm e auf K osten des Stickstoff
rind Kohlensäuregchaltes zu; infolgedessen m üßte, um noch vollständige Verbrennung zu erzielen, die Luftzufuhr erhöht werden, w as jedoch n ich t geschieht, da der Unterdrück hinter der Luftregelklappe n ich t verändert ist. W ar der Luftüberschuß bisher gleich N ull, so b leib t eine entsprechende Menge W asser
sto ff und Methan unverbrannt. Obendrein aber vergrößert sich die je Sekunde zuström ende Gas- m enge infolge des verrixxgerten spezifischen G ew ichtes des Gases, der V erlust w ird um so größer. Man kann sich leicht die Folgen ausdenken, w enn zu
fällig — w as oft genug der F all sein wird — auch noch der Druck in der Gasleitung steigt! D er B one- Sclm abel-K essel b en ötigt daher ebenso w ie jedes andere K esselsystcm einen gew issen, n ich t zu ge
ringen m ittleren Luftübersclm ß. Man wird den
selben w ohl selten ohne N achteil au f w eniger als 15 bis 25 % beschränken können. D urch Verringerung des Luftüberschusses von 25 % au f 15 % könnte übrigens selbst bei normalen D am pfkesseln m it 18 0 ° C Abgastem peratur nur 0 ,4 % bei Gichtgas und 0 ,6 % bei Koksofengas-Feuerung gewonnen w erden;
bei einer A bgastem peratur von 1 0 0 ° C verringert sich diese Ersparnis sogar auf 0,2 bzw. 0,3 %. So geringfügige V orteile rechtfertigen keine vielteiligen R egeleinrichtungen; anderseits sind die V erluste durch unverbrannte Gasreste im F alle eintretenden Luftm angels um ein Vielfaches größer.
V on einer den Erfindern nahestehenden Seite wird behauptet,** der W irkungsgrad des B one-Schnabel-
* Vgl. St. u. E. 1913, 10. April, S. 593/9.
** Vgl. St. u. E. 1913, 10. April, S. 593/9.
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1934 S ta h l u n d Eisen. Z ur Beurteilung der Bone-Schnabel-Kessel. 33, J a h rg . N r. 47.
K essels habe sich zu etw as über 90 % eigeben, und durch Verbesserung der K onstruktion sei es neuer
dings sogar gelungen, einen D urchschnittew irkungs
grad von 92,5 % zu erreichen, w obei sich die Verluste w ie fo lg t verteilen sollen:
S trah lu n gsverlu ste 3 %
K raft Verlust (Wärmewert) am Exhaustor . 2 y2 % A b g a s v c r lu s t ... 2 %
In dieser Zusam m enstellung ist der einzige glaub
w ürdige W ert der Strahlungsverlust. D er V erlust durch A bgase ist unbedingt zu niedrig angegeben;
er beträgt selbst u nter V oraussetzung vollkom m ener Verbrennung ohne jeglichen L uftüberschuß 3,3 %, also 1,3 % m ehr, bei 8 0 0 C Temperaturgefälle.
E in auch nur oberflächlicher B lick lelirt aber, daß der größte F ehler in der A ngabe über den K raft
verlu st am E xhaustor steckt. Gewöhnliche Saug*
zuganlagen m it nur 30 nun W S Unterdrück ver
brauchen bereits rd. 1 % der erzeugten K raft für den Betrieb des V entilators; da der V entilator des B one-Sclm abel-K essels aber einen W iderstand von 515 mm W S zu überw inden hat, so muß der K raftbedarf desselben natürlich um ein Vielfaches größer sein — und zwar um so größer, als m an, w ie bereits nachgew iesen, in der P raxis keineswegs m it 0,5 % Luftiibcrscliuß auskom men kann, sondern durchschnittlich 25 % w o h l anwenden wird, wodurch n ich t nur das zu fördernde A bgasvolum en größer w ird, sondern auch der W iderstand bedeutend steigt.
D en folgenden Berechnungen lege ich daher für K oksofengas einen W iderstand von 550 m m W S zugrunde, für H ochofengas dagegen 600 m m W S, entsprechend den größeren Abgasm engen. D iese Ziffern sind eher zu niedrig als zu hoch gegriffen, w enn m an beachtet, daß m it der Zeit die Hohlräum e zwischen den einzelnen T onkörpem sich m ehr oder w eniger verstopfen werden, w as besonders leich t beim B etrieb m it Gichtgas eintreten wird. A uch muß der A bgasstrom m it R ücksicht au f R egelbarkeit durch eine vor den V entilator eingebaute D rossel
klappe m ehr oder w eniger gedrosselt werden, selbst wenn die Um drehungszahl des V entilators in mehreren Stufen veränderlich ist.
In den Zahlentafeln 1 bis 5 sind die W irkungs
grade für K oksofengas und H ochofengasfeuerung be
rechnet, und zwar sow ohl für gew öhnliche D am pf
kessel norm aler B auart als auch für Bone-Sclm abel- K essel. D en Berechnungen ist ein Luftüberschuß von 25 % zugrunde gelegt. D er V erlust durch Strah
lung und L eitung is t für B one-Sclm abel-K essel zu nur 2,5 % angenom m en, dagegen für norm ale Kesselbauarten zu 3,5 %. D er H eizw ert und die spezifische W ärme der Gase sind nach „ H ü tte “ angenom m en. D ie in L uft und Gas enthaltenen F euchtigkeitsm engen sind der E infachheit halber nich t berücksichtigt, da sie nur einen sehr geringen und in allen F ällen fa st gleichen E influß au f den A bgasverlust haben. D ie Tem peratur der L u ft und des Frischgases ist zu 15 0 C angenom m en, die A b
gastem peratur für norm ale K essel zu 175 °C , für
B one-Schnabel-K essel zu 95 0 C, das Tem peratur
gefälle som it zu 1 6 0 ° bzw. 8 0 ° C. F ür die Ver
brennung von K oksofengas unter normalen Kesseln is t der Sicherheit w egen ein V erlust von 2,5 % durch unverbrannte Gasreste angenom m en.
W ie bereits nachgew iesen, ist die schwache Seite der B one-Sclm abel-K essel der bedeutende K raft
verbrauch des A bgasveutilators. D er Kraftverbrauch ist in Z ahlentafel 1 für K oksofengas und in Zahlen
tafel 2 für H ochofengas aus U nterdrück und A bgas
m enge überschläglich erm ittelt. Für norm ale D am pf
kesselfeuerungen ist der V erlust durch K raftver
brauch der Saugzuganlage in Zahlentafel 3 bzw. 4 zu 1 % der Dam pferzeugung eingesetzt.
D ie Zusam m enstellung Z ahlentafel 5, bei der auch die W erte für 15 % L uftüberschuß eingetragen sind, zeigt die w ärm etechnische Gleichw ertigkeit normaler D am pfkessel m it B one-Sehnabel-K esseln bei Gicht
gas und eine geringe U eberlegenheit bei Koksofengas.
D ab ei ist aber zu bem erken, daß die berechneten W irkungsgrade der B one-Sclm abel-K essel als H öchst
w erte zu betrachten sind, die nur bei großer V oll
kom m enheit der Zentrale und des A bgasventilators erreicht werden können. D agegen erscheint es m ög
lich, den W irkungsgrad normaler K oksofengaskcsscl noch etw'as zu erhöhen, indem m an durch entspre
chende A usbildung der Brenner den in Z ahlentafel 3 vorgesehenen V erlust durch unverbrannte Gasreste in H öhe von 2,5 % verm eidet und d am it innerhalb der R echnungsgenauigkeit auch in diesem F alle zu annähernd dem gleichen wrärm etechnischen W irkungs
grade kom m t vrie bei Bone-Schnabel-K esseln. W esent
lich zuungunsten dieser verschiebt sich das Bild, w enn m an auf den w irtschaftlichen Wirkungsgrad R ü ck sich t nim m t. N ach den bisher vorliegenden A ngeboten stellt sich der Preis für den Bone-Sclm abel- K essel höher als der entsprechender Wasserrohrkessel, selb st w enn m an die durch den Eigenkraftbedarf etw a erforderliche Vergrößerung der M aschinenanlage außer acht läß t. Ein Hindernis für die Ausbreitung sind w eiter die geringe Größe der bis heute liefer
baren E inheiten, die Schw ierigkeit der Belastungs
regelung und der Erzeugung überhitzten Dam pfes, bei w elcher der im mer angeführte V orteil des geringen Platzbedarfes verloren zu gehen scheint. Grund
sätzlich bedenklich im H inblick auf Betriebssicher
h eit ist die hohe B elastung der H eizfläche, beson
ders in H insicht auf W asserum lauf und die U nzu
gänglichkeit der w asserberührten H eizflächen. Die restliche A usnutzung der A bgase im Vorwärmer er
scheint richtiger als die im K essel, so daß auch die niedrige Temperatur der den K essel verlassen
den A bgase keinen Vorteil für den Bone-Sclm abel- K essel bedeutet. Mag auch durch die zukünftige konstruktive A usgestaltung die Mehrzahl der letzt
hin aufgeführten Bedenken hinfällig werden, so kann doch schon je tz t auf Grund der ersten theoretischen Ausführungen gesagt werden, daß der Bone-Schnabel- K essel die auf ihn bei seinem ersten Auftreten ge
setzten H offnungen n ich t erfüllen kann und gegenüber
