Ein Verdampfungsversuch; von Ferd. Fischer. Mit Abbildungen auf Tafel 11. F. Fischer, über einen Verdampfungsversuch. Im Anschlüsse an die früheren Mittheilungen über Dampfkesselfeuerungen (vgl. 1882 245 357) soll in Nachfolgendem über einen vergleichenden Verdampfungsversuch berichtet werden, bei welchem die HH. Oberingenieure Böcking in Düsseldorf und Vogt in Barmen die eigentliche Verdampfungszahl, d.h. die Menge der verbrannten Kohle und des verdampften Wassers feststellten, während dem Verfasser die Untersuchung der Verbrennungsgase, der Kohlen, Schlacken u.s.w. zufiel. Der zuerst untersuchte, so genannte „Seitrohrkessel“ von Schultz, Knaudt und Comp. in Essen, dessen nähere Ausführung aus Fig. 1 bis 3 Taf. 11 zu entnehmen ist, besitzt ein sehr weites Flammrohr aus Wellblech (vgl. 1881 239 * 256 und Parker 1883 249 9), welches seitlich excentrisch eingebaut ist, um leichtere Reinigung und lebhafteren Wasserumlauf zu erzielen. Der darauf auf Zeche Hoffnung untersuchte Kessel (Fig. 4 und 5 Taf. 11) ist ein gewöhnlicher Lancashirekessel mit 2 glatten Feuerrohren. Die Heizfläche beträgt bei beiden Kesseln 86qm, die Rostfläche des Zweiflammrohrkessels ist 2qm,8, während der Wellrohrkessel bei den Versuchen vom 5. und 6. Juli nur 1qm,9 Heizfläche besaſs, welche sodann bei den Versuchen vom 3. und 4. August auf 2qm,4 vergröſsert worden war. Bei dem am 3. August ausgeführten Versuche wurden von Morgens 8 Uhr 45 Min. bis Abends 6 Uhr 45 Min., also in 10 Stunden, wie aus Tabelle 1 zu entnehmen, 2782k Kohlen von der Zeche Sälzer und Neuack verbrannt. 4 kleine Durchschnittsproben von je etwa 50g ergaben: Wasser 2,90 2,95 2,69 3,17 Asche 8,91 5,01 6,59 4,75. Die während des ganzen Versuches genommene Durchschnittsprobe gab bei der sogen. Immediatanalyse (vgl. Gruner 1874 213 73): Wasser 1,09 Asche 6,69 Asche freie Kokes 72,11 Flüchtige Stoffe 20,11 ––––––– 100,00. Die bei 110° im Stickstoffstrome getrocknete Probe bestand aus: Kohlenstoff 82,09 Wasserstoff 4,21 Stickstoff 1,26 Schwefel, flüchtig 0,91 Sauerstoff 4,56 Asche 6,97 –––––– 100,00. Bei der Entnahme und der Zerkleinerung der groſsen Durchschnittsprobe ist somit erheblich Wasser verdunstet und wird man nach den Einzelproben annehmen dürfen, daſs die Kohle mit 3 Proc. Feuchtigkeit verfeuert ist. Dieselbe hatte dann folgende Zusammensetzung: Kohlenstoff 79,63 Wasserstoff 4,08 Stickstoff 1,22 Schwefel 0,88 Sauerstoff 4,43 Wasser 3,00 Asche 6,76 –––––– 100,00. Nach der Dulong'schen Formel entspricht diese einem Brennwerthe von \left[8100\,\times\,79,63+28800\,\left(4,08-\frac{4,43}{8}\right)+2500\,\times\,0,88-600\,\times\,3\right]\,:\,100=7471^c, bezogen auf Wasserdampf von 20° als Verbrennungsproduct. Die abziehenden Verbrennungsgase wurden alle 10 Minuten, zu Anfang, Mitte und Ende des Versuches aber je 1 Stunde alle 5 Minuten untersucht, zur besseren Beurtheilung der vorkommenden Schwankungen. Die Durchschnittswerthe dieser 6 oder 12 Analysen sind in Tabelle 1 mit den Tabelle 1. Stunde d. Versuches Wasser AbgewogeneKohle Rauchgasuntersuchung Zugstärke Bemerkungen Menge Tempera-tur Kohlen-säure Kohlen-oxyd Sauerstoff Tempera-tur k k. Proc. Proc. Proc. mm   1  2  3  4  5  6  7  8  910   2670,0  2640,3  2329,2  2674,5  2420,1  2257,3  2453,1  2142,6  2535,0  1988,3 18°1818   17,7   17,91818181818   262  310  280  265  310  280  310  255  210  300 15,915,615,014,314,913,213,014,813,914,1 00––SpurSpur00–– 3,13,54,24,84,15,95,94,45,05,1 395398400401396391398402390404   9  91010  9  9  910  7  9 Abgeschlackt.Abgeschlackt.Feuer gereinigt.Abgeschlackt.Feuer gereinigt. 24110,4     17,96 2782   14,47 – 4,6 398 stündlich verbrannten Kohlen und verdampften Wassermengen zusammengestellt. Die Temperatur wurde, da das Quecksilberthermometer nicht ausreichte, mit einem vor und nach dem Versuche genau controlirten Graphitpyrometer bestimmt. Der Wärmeverlust durch die höhere Temperatur der Verbrennungsgase beträgt somit bei 23° und 80 Proc. Feuchtigkeit der Verbrennungsluft für je 1k Kohle: 375 × Sp. W. Wärmeverlust Kohlensäure 1,390cbm 178,1 248c Sauerstoff 0,442 116,6   52 Stickstoff 7,774 114,7 892 Wasserdampf 0,554k 180,2   99 –––––– 1291c. Die Ruſsbildung war so gering, daſs sie vernachlässigt werden kann. Von Zeit zu Zeit eingeschmolzene und im Laboratorium untersuchte Proben ergaben höchstens Spuren unverbrannter Gase. Von den Kohlen wurden 7k Schiefer mit 35,5 Proc. Kohlenstoff zurückgelegt, vom Roste 101k Asche mit 54,8 Proc. und 133k Schlacke mit 54,0 Proc. Kohlenstoff entfernt, entsprechend 129k Kohlenstoff oder für 1k Kohle 0k,0463 Kohlenstoff mit einem Brennwerthe von 375c. Wasser wurde nicht mit übergerissen, wie die mehrfach ausgeführte Untersuchung des Dampfes mit Silbernitrat ergab. Der am folgenden Tage von 6 Uhr 5 Min. bis 5 Uhr 50 Min. ausgeführte Versuch ergab die in Tabelle 2 zusammengestellten Resultate. Tabelle 2. Stunde des Ver-suches Wasser Kohle Rauchgasuntersuch. Zugstärke Bemerkungen Menge Tempera-tur Kohlen-säure Sauerstoff Tempera-tur k k Proc. Proc. mm   1  2  3  4  5  6  7  8  91011   11¾ 2135,62641,12377,02673,42104,02377,62056,72482,62220,42436,22550,22185,7    18,31818181818181818181818   240  320  285  285  260  260  285  265  260  290  360  180 16,415,714,913,614,815,314,614,216,113,215,415,5 2,73,54,25,54,23,74,65,03,06,13,83,6 421432429420424429422430432427431429   810  9  9  9  8  910  9  7  9  8 Abgeschlackt u. gereinigt.Abgeschlackt.Feuer gereinigt. 28240,5 18 3290 15,0 4,2 427 Auch hier wurden die Gase stündlich 6mal, in der ersten, sechsten und letzten Stunde aber alle 5 Minuten untersucht, so daſs während des ganzen Versuches in 90 Proben Kohlensäure und Sauerstoff bestimmt wurden. In der ersten Stunde schwankte der Kohlensäuregehalt nur von 14,7 bis 17,3, in der Mitte von 13,4 bis 15,8, in der letzten Stunde von 14,4 bis 17,1; nur während des Abschlackens fiel derselbe auf 8,3 Proc., sonst während des ganzen Versuches nicht unter 13,1 Proc. Bei einem guten Heizer sind daher die Schwankungen in der Zusammensetzung der Rauchgase nicht bedeutend, so daſs man aus den 90 Analysen wohl einen der Wirklichkeit entsprechenden Mittelwerth wird ableiten können. Die Untersuchung der kleineren Kohlenproben ergab: Wasser 2,84 3,08 3,01 3,08 Asche 2,62 8,90 4,51 8,06. Die in den ersten und letzten 6 Stunden genommenen gröſseren Durchschnittsproben ergaben: I II Wasser 1,28 1,13 Asche freie Kokes 72,12 72,24 Asche 5,65 6,10 Flüchtige Stoffe 20,95 20,53 –––––– –––––– 100,00 100,00. Die Kohle, berechnet auf 3 Proc. Wassergehalt, hatte folgende Zusammensetzung: I II Mittel Kohlenstoff 79,95 78,94 79,45 Wasserstoff 4,34 4,46 4,40 Stickstoff 0,91 1,09 1,00 Schwefel, flüchtig. 0,56 0,88 0,72 Sauerstoff 5,82 5,18 5,50 Wasser 3,00 3,00 3,00 Asche 5,42 6,45 5,93 –––––– –––––– –––––– 100,00 100,00 100,00 entsprechend einem Brennwerthe von 7504c. Die Luft im Kesselhause hatte im Durchschnitte 22° und 85 Proc. Feuchtigkeitsgehalt. Die Rauchgase enthielten trotz des hohen Kohlensäuregehaltes höchstens Spuren von Kohlenoxyd, ein Umstand, welcher auſser der Geschicklichkeit des Heizers und der guten Kohle wesentlich dem weiten Flammrohre zu verdanken ist, in welchem sich die Gase vollständiger mischen und vereinigen können als in den engen Rohren eines gewöhnlichen Zweiflammrohrkessels. Der Wärmeverlust durch die Rauchgase beträgt somit: 1k Kohle gibt 405 × Sp. W. Wärmeverlust Kohlensäure     1,363cbm 124 265c Sauerstoff 0,381 126   48 Stickstoff 7,342 124 910 Wasserdampf 0,570 194 110 ––––––– 1333c. Als Rückstände ergaben sich 10k Schiefer mit 20,1 Proc., 170k Asche mit 58,04 Proc. und 168k Schlacke mit 55,5 Proc. Kohlenstoff oder für je 1k Kohle 0k,0595, entsprechend 482c. Ein am 5. Juli auf gleiche Weise und mit demselben Kessel, nur unter Anwendung eines kleineren Rostes (vgl. die punktirte Lage der Feuerbrücke in Fig. 1 Taf. 11) durchgeführter Versuch lieferte in 10 Stunden 20 Minuten und ein gleicher am folgenden Tage in 11 Stunden 55 Minuten die in Tabelle 4 mit den übrigen zusammengestellten Resultate. Die Einzelproben der verwendeten Kohlen ergaben: 5. Juli 6. Juli Wasser 3,81 3,32 3,21 2,74 3,19 3,10 Asche 9,91 4,35 5,97 7,56 6,98 8,11. Die Hauptproben lieferten bei der Immediatanalyse: V VI Wasser 1,42 1,50 Asche 6,38 6,00 Asche freie Kokes 72,30 71,52 Flüchtige Stoffe 19,90 20,98 –––––– –––––– 100,00 100,00. Tabelle 3. Stunde des Ver-suches Wasser Kohle Rauchgasuntersuch. Zugstärke Bemerkungen Menge Tempera-tur Kohlen-säure Sauerstoff Tempera-tur k k Proc. Proc. mm   1  2  3  4  5  6  7  8  9101112 2316,32196,72264,72446,52098,41089,82200,52000,92670,12268,21660,31801,9 47,548,638,823,8  20,25  19,6621,9  36,75  43,7546,247,247,5   175  220  205  250  250  300  240  260  300  250  250  200 14,413,913,2  9,812,111,210,012,114,213,0  9,111,3   4,6  5,2  6,010,0  7,2  8,0  9,5  7,2  5,1  6,610,9  8,2 396392400410422410390401402390384400 10  9101010  9  9  8  8  7  6  9 Abgeschlackt.Feuer gereinigt.Feuer gereinigt. 25014,3 37,4 2900 12,0   7,4 400 Tabelle 4. Wellrohrkessel Zweiflammrohr-kessel 5. Juli 6. Juli 3. August 4. August 19. Juli 20. Juli Dauer des Ver-  suches          Min. 620 715 600 705 600 720 Wasser ver-  dampft               k 23174 25902 24110 28241 19945 25014 Mittl. Tempera-  tur desselben     18,1     18,8     18,0     18,0     32,1     37,4 Mittlerer Dampf-  druck                at 3,5 3,18 3,02 3,18 2,84 2,87 Wasser auf 1qm  Heizfläche         k     27,6     26,6     29,5     29,5     23,9     24,7 Kohle auf 1qm  Rost   127,5   123,8   116,0   116,6     87,5     86,3 Kohlenverbrauch 2548 2804 2782 3290 2450 2900 1k Kohle verd.  Wasser v. 600c       9,604       9,724       9,13       9,054       8,384       8,806 Asche, Schlacke  und Schiefer   163   174   241   348   367   357 Theoret. Brenn-  werth d. Kohle   c 7505 7364 7471 7504 – 7235 Davon durch d.  Wasser aufge-  nommen             c 5762 5834 5478 5432 5030 5284 Verlust durch  Rauchgase         c 1660 1310 1291 1333 – 1492 Verlust durch  Herdrückst         c   146   162   375   482   408   279 Auf den Wassergehalt der Einzelproben berechnet, hatten die Durchschnittsproben folgende Zusammensetzung: V VI Kohlenstoff 80,01 78,29 Wasserstoff 4,16 4,24 Stickstoff 4,02 0,94 Sauerstoff 4,62 5,92 Schwefel, flüchtig 0,59 1,32 Wasser 3,44 3,01 Asche 6,16 6,28 –––––– –––––– 100,00 100,00. Die Untersuchung der Rauchgase ergab am ersten Tage im Durchschnitte 11,1 Proc. Kohlensäure und 8,5 Proc. Sauerstoff bei 399°, am zweiten 13,8 Proc. Kohlensäure und 5,5 Proc. Sauerstoff bei 396°. Die Zugstärke entsprach am ersten Tage 13 bis 19mm bei 0qm,19 freier Schieberöffnung, am zweiten 14 bis 16mm Wassersäule bei 0qm,16 freier Schieberöffnung. Die Temperatur am Ende des Flammrohres, mittels Calorimeters gemessen, betrug 629 bis 635°. Die abgefahrenen Schlacken und Aschen enthielten für je 1k Kohlen nur 0,018 bezieh. 0k,020 Kohlenstoff, entsprechend 146 bezieh. 162c Wärmeverlust. Bei der Untersuchung eines Zweiflammrohrkessels auf der Zeche Hoffnung in Essen am 20. Juli von 5 Uhr 45 Min. Morgens bis dahin Abends ergab die in Tabelle 3 zusammengestellten Resultate. Die Einzelproben der Kohlen enthielten: Wasser 3,41 3,02 3,11 2,98 Asche 13,12 11,09 8,91 7,09. Berechnet auf den durchschnittlichen Wassergehalt von 3,13 Proc., bestand die groſse Durchschnittsprobe aus: Kohlenstoff 76,01 Wasserstoff 4,26 Stickstoff 1,01 Sauerstoff 4,42 Schwefel 1,21 Wasser 3,13 Asche 9,96 –––––– 100,00 entsprechend einem Brennwerthe von 7235c. Die Immediatanalyse ergab: Wasser 1,67 Asche 10,00 Asche freie Kokes 69,63 Flüchtige Stoffe 18,70. Die entfernten 5k Schiefer, 206k Asche und 146k Schlacke enthielten zusammen 100k,1 Kohlenstoff, für je 1k verwendete Kohle somit 0k,0345, entsprechend 279c. Obgleich der Heizer das Feuer jedenfalls sehr gut bediente (es war der Lehr-Heizer des Rheinischen Vereins) sind die Schwankungen in der Zusammensetzung der Gase von Stunde zu Stunde doch viel gröſser als bei dem weiten Rohre aus Wellblech, ein Umstand, der doch wohl wesentlich auf die verschiedene Weite der Feuerrohre zurückzuführen ist. Bei 20° Lufttemperatur und 75 Proc. Feuchtigkeit beträgt der Verlust durch die Rauchgase: 380 × Spec. W. Wärmeverlust Kohlensäure 1,345cbm 180     243c Sauerstoff 0,829 118     98 Stickstoff 9,033 116 1048 Wasserdampf 0,565 183   103 ––––––    1492c. Die am Tage vorher verwendete Kohle enthielt im Durchschnitte nur 8,12 Proc. Asche, war also etwas besser als am zweiten Tage und doch gingen nur 5030c in das Wasser über. Das Resultat würde wahrscheinlich noch weniger günstig ausgefallen sein, wenn eine minder leicht zu behandelnde Kohle als die zu sämmtlichen Versuchen verwendete der Zeche Sälzer und Neuack gewählt wäre. Da die Untersuchung der Rauchgase an diesem Tage nicht vollständig durchgeführt werden konnte, so ist der durch dieselben bedingte Verlust nicht festzustellen. Obgleich somit sich bei den Versuchen am 5. und 6. Juli der starke Zug in der Zusammensetzung der Rauchgase, am 3. und 4. August die gröſseren Rostspalten in der Zusammensetzung der Herdrückstände bemerkbar machen, so ist doch die Ausnutzung der verfügbaren Wärme in Rücksicht auf die groſse Leistung für 1qm Heiz- bezieh. Rostfläche als recht befriedigend zu bezeichnen. Lieferte doch bei den bekannten Düsseldorfer VersuchenDie Untersuchungen an Dampfmaschinen und Dampfkesseln und an einigen rheinischen und westfälischen Kohlensorten auf der Gewerbeausstellung in Düsseldorf 1880. 1k der verschiedenen Kohlen, wie Tabelle 5 Tabelle 5. Name der Zeche Zusammensetzung der Kohlen Wasser ver-dampft1k = 600cRost Wasser Kohlenstoff Wasserstoff SauerstoffundStickstoff Schwefel Asche VergasbarerTheil Kokes eng weit % % % % % % % % k k Rhein Elbe n. Alma 1,52 81,38 5,03 4,38 2,08 5,61 32,68 67,32 7,50 7,66 Bonifacius 1,79 80,88 5,51 4,53 1,37 5,92 30,52 69,48 8,32 8,00 Kohlscheid, Briquets 2,58 84,94 3,99 2,89 0,80 4,80 16,61 83,39 8,08 7,96       „           Flammkohle 1,20 87,86 5,21 0,95 0,74 4,04 13,00 87,00 9,15 9,60 Königsgrube 5,27 72,21 4,83 8,91 1,38 7,40 37,16 62,84 7,08 7,19 Zollverein 4,08 76,92 4,69 6,51 1,54 6,26 31,80 68,20 7,60 8,36 Holland 1,97 81,61 4,56 7,11 1,25 3,50 28,96 71,04 7,68 7,38 Pluto 1,52 83,84 4,78 6,63 1,15 2,08 25,20 74,80 8,79 8,31 Germania 1,52 80,83 4,42 5,90 1,12 6,21 28,11 71,89 9,02 8,44 Königin Elisabeth. 1,26 85,62 5,30 3,00 1,10 3,72 19,40 80,60 7,44 bis 10,06 zeigt, in je 2 Versuchen nur 7,08 bis 9k,6 Dampf von 600c Erzeugungswärme; ja als die letzte Kohle unter verschiedenen Kesseln verbrannt wurde ergab 1k derselben in 12 Versuchen 7,445 bis 10k,059 Dampf. Leider wurden die Verbrennungsgase so unvollkommen untersucht., daſs an eine einigermaſsen zutreffende Berechnung der durch dieselben bewirkten Verluste nicht zu denken ist. Zu bemerken ist noch, daſs vorliegende Versuche als Stütze für die Richtigkeit der Dulong'schen Formel nicht zu bezeichnen sind.