Ueber Economiserleistungen. Von Ingenieur M. R. Schulz, Braunschweig. SCHULZ: Ueber Economiserleistungen Eigentlich müßte die Ueberschrift dieses Aufsatzes heißen „Ueber Economiser nicht leistungen“, denn Zweck des Artikels soll es sein, aufklärend dahin zu wirken, daß vieles von dem, was verbreitet wird, von den wirklichen Betriebsresultaten weit abweicht. Es ist zu bedauern, daß manches davon geradezu den Grundzügen der Feuerungstechnik widerspricht, denn sonst dürfte man nicht noch fortgesetzt Garantiebedingungen finden, in denen es beispielsweise heißt: Man übernimmt Garantie dafür, daß eine bestimmte Menge Wasser von 40° auf 60° oder sogar darüber erwärmt wird. Diese so allgemein gehaltene Garantiebedingung kann doch nur zutreffen, so lange die Gase, die dem Economiser zur Verfügung stehen, überhaupt so viel Wärme enthalten, wie dazu erforderlich ist, um die bestimmte Wassermenge um etwa 60° oder noch mehr zu erwärmen. Hiervon hat man noch 10 bis 15 v. H. für Strahlung, Leitung und Ruß im Economiser selbst abzusetzen, und wenn es sich um gußeiserne Economiser mit sogenannten Kratzervorrichtungen handelt, noch etwa 30 v. H., denn gußeiserne Economiser arbeiten im Durchschnitt höchstens mit einem Nutzeffekt von 50 bis 70 v. H. Die durch die Kratzeröffnungen eintretende kalte Luft, die die Gasmenge bis zum Economiseraustritt um etwa 20 bis 30 v. H. vergrößert, kühlt die Rauchgase um eine entsprechende Wärmemenge ab. Eine einwandfreie Garantiebedingung müßte deshalb etwa lauten: Die Erwärmung von 5000 l um 60° kann nur erreicht werden, wenn der Nutzeffekt der Kesselanlage einschließlich Ueberhitzer höchstens 60 bis 65 v. H. beträgt. Ist der Nutzeffekt höher, so ist es ausgeschlossen, den Gasen die erforderliche Wärme zu entziehen, ist er niedriger, so kann die Erwärmung höher sein. Für die Praxis ist es natürlich schwierig, mit dem Nutzeffekt der Kesselanlage zu rechnen, deshalb habe ich vor Jahren in der Zeitschrift für Dampfkessel- und Maschinenbetrieb schon vorgeschlagen, den Kohlensäuregehalt der Rauchgase beim Eintritt in den Economiser für die Garantiebedingungen zugrunde zu legen. Der Kohlensäuregehalt gibt Aufschluß über den Nutzeffekt der Kesselanlage, und es läßt sich aus dem Kohlensäuregehalt und der Rauchgastemperatur beim Eintritt und Austritt des Economisers die Wärmemenge errechnen, die dem Economiser zur Verfügung steht. Ich möchte aber bei dieser Gelegenheit auch darauf aufmerksam machen, daß nur die Messungen beim Eintritt und Austritt des Economisers, im Hauptfuchs maßgebend sein können, denn Temperaturmessungen im Economisergehäuse selbst, wie sie hier und da vorkommen, sind nur dazu angetan, ganz falsche Versuchsresultate zu ergeben. Hiermit komme ich zur Beleuchtung einzelner Fälle. Mir liegt ein neuer Prospekt vor, auf dessen Rückseite eine Rentabilitätsberechnung dahingehend aufgemacht wird, daß sich ein Apparat bei Tag- und Nachtbetrieb in sieben Monaten, bei Tagbetrieb in 14 Monaten bezahlt macht. Solche Berechnungen sind irreführend. Es heißt in dem Prospekt, daß bei 200 m2 Economiserfläche 6000 l Wasser um 70° bei einem Kohlensäuregehalt der Rauchgase von 11 v. H. und einem Nutzeffekt der Kesselanlage von 67 v. H. stündlich vorgewärmt werden. Das würde einer stündlichen Wärmeaufnahme von \frac{6000\,.\,70}{200}=2100\mbox{ WE} pro m2 Heizfläche entsprechen. Abgesehen davon, daß ich bisher überhaupt noch keinen gußeisernen Economiser gesehen habe, der bei 300° C Abgastemperatur der Rauchgase und natürlichem Schornsteinzug pro m2 Economiserheizfläche stündlich 2100 WE aufnehmen kann, ist auch leicht zu beweisen, daß eine Erwärmung um 70° bei 11 v. H. Kohlensäure und 67 v. H. Nutzeffekt technisch unmöglich ist. Bei einer Kohle von 7500 WE Heizwert werden, um 6000 kg Wasser bei 67 v. H. Nutzeffekt zu verdampfen, 700 kg Kohlen pro Stunde verbrannt. 1 kg Kohle von 7500 WE und 11 v. H. Kohlensäure gibt 4,6 WE pro Grad C, mithin ergeben 700 kg bei einer Temperaturerniedrigung von 300 auf 165° = 700 . (300 – 165) . 4,6 = 434700 WE. Hierbei ist Bedingung, daß das Economisergehäuse vollkommen dicht ist, denn ich nehme sowohl vor wie hinter dem Economiser 11 v. H. Kohlensäure an. Von diesen 434700 WE gehen 10 bis 15 v. H. für Strahlung und Leitung ab, ich nehme nur 10 v. H., so daß dem Economiser noch 391230 WE zur Verfügung stehen. Hieraus ist ersichtlich, daß der allerbeste Economiser nicht imstande ist, unter den gegebenen Verhältnissen 6000 l Wasser um 70° C zu erwärmen, denn 6000 . 70 ergibt 420000 WE, also mehr Wärme, wie dem Economiser überhaupt zur Verfügung stand. Bei gußeisernen Economisern von etwa 200 m2 Heizfläche würde der Kohlensäuregehalt der Rauchgase, wenn er beim Eintritt 11 v. H. betragen hätte, beim Austritt nur höchstens noch 9,5 v. H. betragen haben. Man hätte somit von 391230 WE noch etwas für angesaugte Luft abzusetzen: Die Rechnung ergibt: 700 . 300 . 4,6 = 966000 WE bei 11 v. H. CO2 700 . 165 . 4,6 = 531300 WE bei 11 v. H. CO2 –––––––––––––––– Rest 434700 WE 700 . 165 . 5,3 = 612150 WE bei 9,5 v. H. CO2 ab 531300 WE bei 11 v. H. CO2 –––––––––––––––– Rest 80850 WE 434700   80850 ––––––– 353850 WE Hiervon gehen noch 10 v. H. für Leitung und Strahlung ab, so daß 318465 WE dem Economiser zur Verfügung ständen, und der Economiser überhaupt nur \frac{318465}{6000}=53^{\circ} aufnehmen könnte. Gußeiserne Economiser arbeiten aber im Mittel höchstens mit einem Nutzeffekt von 65 v. H., mithin können von den 434700 WE nur 282535 WE nutzbar gemacht werden. \frac{282535}{6000}=47^{\circ}\mbox{ C} ist dann die Erwärmung, die mit einem gußeisernen Economiser bei Verdampfungsversuchen in solchen Fällen erreicht wird. Hätte der Economiser 200 m2 Heizfläche, dann würde er pro Quadratmeter Heizfläche 6000\,.\,47=\frac{282000}{200}=1410\mbox{ WE} aufgenommen haben. Dies würde dann noch immer nicht der Wirklichkeit entsprechen, denn mir vorliegende Versuche von Kesselvereinen ergeben noch nicht so hohe Zahlen. Immerhin wären es nur Versuchszahlen von einem mehrstündigen Versuch herrührend; es ist sehr zweifelhaft, ob während eines Jahres die Erwärmung im Mittel dieselbe bleibt. In der Praxis kann man wenigstens feststellen, daß bei Economisern, namentlich gußeisernen, wenn sie erst anfangen sich im Innern voll Schlamm zu setzen, die Wärmeaufnahme ganz bedeutend schon im ersten Jahre nachläßt. Lasse ich aber eine Erwärmung von im Mittel um 47° bestehen, so sieht die Rentabilitätsberechnung ganz anders aus, \frac{6000\,.\,47}{7500\,.\,0,67}=56\mbox{ kg}, mithin werden in 300 Tagen 56 . 24 = 300 = etwa 400 t pro Jahr gespart. Den Preis einer guten Steinkohle darf man auch nicht im Mittel in Deutschland mit 22 M annehmen, sondern wenn man schon sehr hoch rechnet und eine sehr gute Kohle annimmt, so ist 20 M schon hoch genug. Mithin würden im Jahre 400 . 20 = 8000 M an Kohlen gespart. Wie aber die Economiserlieferantin einen Economiser von 200 m2 Heizfläche einschl. aller Zubehörteile, Einmauerung und betriebsfertiger Aufstellung für 7800 M liefern will, muß sie jedem Reflektanten im Einzelfalle vorrechnen. Nach meinem Dafürhalten ist das ausgeschlossen, selbst wenn der Economiserlieferant weit unter den Selbstkosten liefern will. Es führt somit Reflektanten auf Economiser irre, wenn eine Rentabilitätsberechnung aufgestellt wird, daß sich ein gußeiserner Economiser in sieben Monaten bei Tag- und Nachtbetrieb bezahlt machen soll. Er macht sich vielleicht nach meinen auf diesem Gebiete gemachten Erfahrungen in etwa 2 ½ bis 3 Jahren bezahlt, wenn sonst keine Betriebsstörungen auftreten, und der Apparat in der Zwischenzeit nicht gereinigt werden muß. In einem anderen Falle werden zwei wesentlich voneinander abweichende Rentabilitätsberechnungen gegeben. Ich stelle beide Berechnungen gegenüber und füge der Uebersichtlichkeit halber nochmals die vorstehende Rentabilitätsberechnung als III. an. I II III Kesselheizfläche                                                         m2 4 . 100 = 400 7 . 100 = 700 3 . 100 = 300 Economiserheizfläche                                                 m2 200 460 200 Verdampfung pro m2 Heizfläche und Stunde              kg 20 20 20 Wassermenge pro Stunde                                            l 8000 14000 6000 Erwärmung des Wassers von 40° auf 100°                  °C um 60° um 60° um 70° Wärmeaufnahme pro m2                                           WE \frac{8000\,.\,60}{200}=2400 \frac{14000\,.\,60}{460}=1820 \frac{6000\,.\,70}{200}=2100 Kosten des Economisers ab Fabrik ohne Mauerwerk M 6000 14000 7800inkl. Mauerwerk, Montage usw. Wirkungsgrad der Kesselanlage                              v. H etwa 64 etwa 64 etwa 67 Kohlenersparnis                                                          M 8580 14950 – Bei den Rentabilitätsberechnungen I und II ist der Heizwert der Kohle nicht angegeben. Es heißt nur, von der verfeuerten mittleren Steinkohle werden 4800 WE nutzbar gemacht. Eine mittlere Steinkohle gibt 7500 WE, und wenn 4800 WE nutzbar gemacht werden, so würde das gleichbedeutend mit einem Nutzeffekt von 64 v. H. der Kesselanlage sein, und einem Kohlensäuregehalt der Rauchgase von höchstens etwa 10 v. H. entsprechen. Dieselbe Rechnung wie bei Rentabilitätsberechnung III ergäbe im Mittel für gußeiserne Economiser eine Erwärmung um etwa 50°, und wenn der Economiser 8000 . 50 = 400000 WE aufnehmen würde, so ergäbe dies eine Wärmeaufnahme von 2000 WE pro m2, was in einem gußeisernen Economiser unter sonst normalen Verhältnissen zu erreichen unmöglich ist, siehe Zusammenstellung einiger Versuchsresultate, ausgeführt von Dampfkessel-Ueberwachungsvereinen an gußeisernen Economisern bei natürlichem Schornsteinzuge. Kesselheizfläche                               m2 – 100 90 200 170 520 300 520 Economiserheizfläche                            m2 192 96 96 192 192 384 360 192 Wassermenge pro Stunde                       l 4870 2247 1560 4550 3550 6700 6590 6700 Speisewasser-Eintrit im Economiser     °CSpeisewasser-Austritt aus Economiser   °C 3893,5 55,5 52104 52 60139 79 50105 55 52107 55 72143 71 3395 62 97143 46 Rauchgase Economiser-Eintritt              °C 241 322 312 – 342 292 293 292 Kohlensäuregehalt der Rauchgase     v. H. 8,2 10,3 7,1 8,5 8,2 8,6 – 8,6 Wärmeaufnahme pro m2 Heizfläche    WE 1407 1217 1283 1303 1016 1230 1130 1600 Der Economisererbauer mutet somit in einem seiner Prospekte seinem Apparat beinahe doppelt so hohe Leistungen in der Rentabilitätsberechnung zu, als sie laut Versuch erreicht worden sind. Aus diesem Grunde würde sich schon der Kohlenpunkt bedeutend verschieben. Um 8000 l Wasser um etwa 60° C zu erwärmen, sind etwa 400 m2 erforderlich, und dann ließe sich eine Erwärmung um 60° überhaupt nur bei zwanzigfacher Beanspruchung bei etwa 9 v. H. CO2 erreichen. In der Rentabilitätsberechnung I heißt es zum Schluß: Im Jahre werden 8580 M an Kohlen gespart, mithin macht sich die Economiseranlage in einem Jahre bezahlt. Der Economiser kostet 6000 M ab Fabrik, hinzu käme Fracht, Montage, Mauerwerk, Drehklappen, Motor usw. Dies alles kann aber nicht für den Rest von 8580 – 6000 = 2580 M geliefert werden. Setzen wir der Wirklichkeit entsprechend für verlangte Leistung 400 m2 Heizfläche ein 12000 M Drehklappen, Motor, Mauerwerks-     verankerung usw   1000  „ Mauerwerk   3000  „ Montage, Rohrleitungen, Fracht usw.   1500  „ ––––––– so würde der Economiser 17500 M kosten, mithin würde sich der Economiser wieder unter der Voraussetzung, daß keine Betriebsstörungen vorkommen, und daß der Apparat während eines Jahres nicht gereinigt zu werden braucht, in etwa 2 ½ bis 3 Jahren bezahlt machen. Bei der heutigen Wirtschaftlichkeit der Kesselanlagen kann man bei natürlichem Schornsteinzuge mit den besten Economiseranlagen nur eine Erwärmung von im Mittel 50 bis 60°, mit gußeisernen Economisern überhaupt nur 40 bis 50° C erreichen. Dies entspricht dann einem Kohlensäuregehalt der Rauchgase beim Economisereintritt von 10 bis 12 v. H. Eine Erwärmung von 50 bis 60° bedeutet eine Kohlenersparnis von 10 bis 12 v. H., eine Erwärmung von 40 bis 50° eine Kohlenersparnis von 8 bis 10 v. H. Werden Kesselanlagen schlechter bedient, als 10 bis 12 v. H. CO2 entspricht, so kann die Erwärmung und dementsprechend die Kohlenersparnis höher liegen. Bei natürlichem Schornsteinzug ist der Ausnutzung der Rauchgase in einem Economiser eine bestimmte Grenze gesetzt. Sie wird bedingt durch die für den Schornsteinauftrieb einer Kesselanlage erforderliche Wärmemenge, und beträgt je nach der Beanspruchung der Kesselanlage 8 bis 15 v. H. der Gesamtwärmemenge des Brennmaterials, d.h. bei vielleicht 16 bis 18facher Beanspruchung genügen 8 v. H., bei 25 bis 30facher Beanspruchung sind aber schon 15 v. H. des Brennmaterials für Auftrieb erforderlich. Mit Erhöhung der Rauchgasgeschwindigkeit wächst die Wärmeaufnahme im Economiser, und zwar in einem bestimmten Verhältnis, wie die Temperatur abnimmt. Deshalb kann man unter Verwendung künstlichen Zuges einmal die Wärmeaufnahme eines Economisers steigern, und zweitens, da man mit Anwendung des künstlichen Zuges nicht mehr an die für den Schornsteinauftrieb erforderliche Wärme gebunden ist, kann man die Rauchgase weiter ausnutzen. Ich bemerke hier aber gleich, daß der Economiser, der nicht mit Kratzern arbeitet, sondern vollkommen dicht ist, den Apparaten, die mit Kratzern arbeiten, weit überlegen ist. Wenn die Kratzer an gußeisernen Economisern an und für sich schon den Uebelstand haben, daß durch die vielen Kratzeröffnungen sehr viel kalte Luft eintritt, die die Wärmeabgabe der Rauchgase an das Wasser beeinträchtigt, so wird es noch viel schlechter, wenn man die Gase im Economiser mehr beschleunigt, denn mit jeder Beschleunigung wird noch mehr falsche Luft angesaugt. Mir stehen zwei Versuche über eine Economiseranlage mit künstlichem Zug zur Verfügung, die ich nachstehend folgen lasse. Städtisches Elektrizitätswerk Brandenburg. Kesselheizfläche                                        qm 200 200 Economiserheizfläche                              qm 144 144 Wassermenge                                              l 6080 7305 Speisewasser Economiser-Eintritt            ° CSpeisewasser Economiser-Austritt           ° C 4582 37 3637 35 Rauchgase vor dem Economiser             ° C 341 342 Rauchgase hinter dem Economiser.        ° C 190 201 Zug vor dem Economiser                        mm 10–11 31–32 Kohlensäure vor dem Economiser         v. H.Kohlensäure hinter dem Economiser     v. H. 11,08,1 2,9 10,27,9 2,3 Wärmeaufnahme                                     WE 1562 1772 Obschon das Gasvolumen hinter dem Economiser in Anbetracht dessen, daß die Gase auf 190 bzw. 201°C von 340° abgekühlt sind, kleiner hätte werden müssen, ist das Gasvolumen am Economiseraustritt etwa 20 v. H. größer geworden als beim Eintritt, mithin ist ein großer Prozentsatz der Wärme, die der Economiser aus den Rauchgasen hätte aufnehmen müssen, an die eingetretene kalte Luft abgegeben, zweitens mußte der Ventilator etwa 40 v. H. mehr Gasvolumen aus dem Economisergehäuse absaugen, es muß infolgedessen der Kraftverbrauch des Ventilators ungefähr noch einmal so groß sein, als wenn zum Beispiel der Economiser ohne Kratzer arbeiten würde, bzw. wenn das Economisergehäuse vollkommen dicht wäre. Aus diesem Beispiel ist schon zu ersehen, wie begrenzt die Möglichkeit ist, durch gußeiserne Economiser bei künstlichem Zuge eine höhere Wärmeaufnahme zu erzielen. Leider war bei den Versuchen nicht der jeweilige Kraftverbrauch des Ventilators angegeben, sonst hätte ich mir die Mühe gemacht, rechnerisch festzustellen, ob die höhere Wärmeaufnahme ein Aequivalent für den Kraftverbrauch des Ventilators ist. Einflechten möchte ich hier, um Irrtümern vorzubeugen, daß bei Versuch II ein Fehler beim Messen der Rauchgastemperatur-Economisereintritt vorgekommen sein muß, denn die Abgastemperaturen können an zwei aufeinander folgenden Tagen, an denen die Kessel unter sonst gleichen Verhältnissen nur unter verschiedenen Beanspruchungen, am ersten Tage 30,2 pro m2 Heizfläche und Stunde, am zweiten Tage 36,5 kg. nicht 341 bzw. 342° C betragen haben, vielmehr muß die Abgastemperatur bei 36-facher Beanspruchung der Kessel entschieden höher gelegen haben. Aus den Versuchszahlen ist aber mit großer Sicherheit zu entnehmen, daß die Wärmeaufnahme pro m2 Economiserheizfläche bis auf das Aeußerste gesteigert war, und daß der Economiser nicht imstande war, mehr Wärme aufzunehmen, denn sonst hätten bei dem geradezu enormen Zugunterschied von 7 bis 8 bzw. 10 bis 11 mm in einem solch kleinen Apparat, die Rauchgase weiter abgekühlt sein müssen. Auf alle Fälle stelle ich aber auch hier wieder fest, daß die Leistung des Apparates bedeutend überschätzt war, denn es wurde eine Garantie abgegeben, daß bei 200 m2 Kesselheizfläche mit 144 m2 Economiserheizfläche 5600 l von 40 um 60° C erwärmt werden sollten. 5600 l entspricht einer 28-fachen Beanspruchung, also einer noch niedrigeren Rauchgastemperatur, als 340° C. \frac{5600\,.\,60}{144} entspricht einer Zufuhr von 2333 WE, erreicht sind aber nur 1772 bzw. 1562 WE, also rund 25 bzw. 35 v. H. weniger als garantiert. Ich hoffe, daß dieser Artikel dazu beitragen wird, ruhigere Zustände in die Economiserindustrie hineinzutragen.