Wärmetechnische Berechnung der Feuerungs- und Dampfkessel-Anlagen: Taschenbuch mit den wichtigsten Grundlagen, Formeln, Erfahrungswerten und Erläuterungen für Büro, Betrieb und Studium 9783486776416, 9783486776386

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NUBER • W Ä R M E T E C H N I S C H E B E R E C H N U N G E N

Wärmetechnische Berechnung der Feuerungsund Dampfkessel-Anlagen Taschenbuch mit den wichtigsten Grundlagen, Formeln, Erfahrungswerten und Erläuterungen für Büro, Betrieb und Studium von

Friedrich Nuber Fach-Ingenieur

Zwölfte Auflage Mit 41 Abbildungen

V E R L A G V O N R.

OLDENBOURG

MÜNCHEN

Copyright 1949 by Leibniz Verlag (bisher R . Oldenbourg Verlag) München. Druck- und Buchbinderarbeiten: R . Oldenbourg, Graph. Betriebe G.m.b.H., Hünchen.

INHALT Vorwort Bezeichnungen, Abkürzungen, Chemische Zeichen I. T e i l : 1. A l l g e m e i n e G r u n d l a g e n 2. W a s s e r d a m p f 3. H e i z m i t t e l 4. V e r b r e n n u n g a) Allgemeines b) Grundlagen c) Verbrennungstabelle d) Berechnung (Heizwert, Luftmenge, Gasmenge, Kohlensäuregehalt usw.) . e) Vereinfachte Berechnung (Ji-Diagramm) f) Luftübersc'huß g) Kontrolle der Verbrennung . . . . 5. R a u c h g a s e a) Spez. Gewicht b) „ W ä r m e c) Wärmeinhalt d) Jl-Diagramm e) Rauminhalt f) T a u p u n k t 6. V e r b r e n n u n g s - u n d Feuerraumt e m p e r a t u r (Allgemeines, Berechnung, eingestrahlte Wärme) 7. W ä r m e v e r l u s t e u n d W i r k u n g s g r a d Zusammensetzung der Verluste . . . . a) Berechnung der Verluste b) Erfahrungswerte für Verluste . . . . c) Wirkungsgrad, Berechnung und E r fahrungswerte d) Eigenkraftverbrauch u. Wirkungsgrad 8. B r e n n s t o f f v e r b r a u c h u n d V e r dampfungsziffer 9. V e r d a m p f u n g s v e r s u c h u n d W ä r m e bilanz II. Teil: 10. W ä r m e ü b e r t r a g u n g Allgemeines a) W ä r m e ü b e r t r a g u n g durch Feuerraumstrahlung . b) ,, ,, Gasstrahlung c) ,, ,, Berührung . d) ,, ,, Gasstrahlung u. Berührung e) Wärmedurchgang

Seite VIII X 1—7 7—13 13—17 17—33 17—20 20 —22 23 22—29 29 29—31 31 —33 33—38 33—34 34—35 35—36 36—37 37 37—38 38—44 44—52 44—45 45—47 47 47 —50 50 —52 52—53 53—55 55—69 55—57 57—58 58—61 61—67 67 67—69

VI

Inhalt 11. Kesselheizfläche a) Erfahrungswerte für Leistung . . . . b) Berechnung der Heizfläche c) Beanspruchung der Heizfläche 12. Ü b e r h i t z e r h e i z f l ä c h e a) Kesselzugüberhitzer b) Direkt befeuerte Überhitzer c) Strahlungsüberhitzer d) Druckverlust im Überhitzer 13. N a c h s c h a l t h e i z f l ä c h e n a) Speisewasservorwärmer b) Lufterhitzer 14. H e i z i l ä c h e n v e r t e i l u n g auf K e s s e l , Überhitzer, Vorwärmer und L u f t e r h i t z e r b e i 20—120 at (Beispiel) . . . 15. W ä r m e a u s t a u s c h e r Wasser an Wasser, Dampf an Dampf, Wasser und L u f t 16. W ä r m e m i s c h u n g Dampf mit Dampf, Dampf mit Wasser und Dampfdrosselung 17. W ä r m e s p e i c h e r 18. I t o s t f l ä c h e u n d F e u e r r a u m g r ö ß e . . 19.Feuerzüge 20. S c h o r n s t e i n 21. V e n t i l a t o r z u g u n d U n t e r w i n d g e b l ä s e 22. R o h r l e i t u n g e n

III. Teil: 23. D a m p f k r a f t e r z e u g u n g a) Allgemeines b) Krafterzeugung (Kondensations- und Auspuff betrieb; Einfluß der Dampfdruckund Temperatursteigerung; Einfluß der Anzapfdampf-Speisewasservorwärmung; Anzapfdampfbetrieb; Gegendruckbetrieb) 24. W ä r m e w i r t s c h a f t l i c h e B e t r i e b s ü b e r w a c h u n g u n d D ampf kos t e n e r m i 11lung 25. Die n e u e r e E n t w i c k l u n g d e r K e s s e l a n l a g e ; Speisewasser und Kesselwasser 26. G e s a m t r e c l i n u n g e n ; B e i s p i e l e 55 b i s 61 IV. Teil ( T a b e l l e n u n d D i a g r a m m e ) : 27. Sattdampftabelle (Auszug der VDI-Taf.) 28. Heißdampftabelle ( ,, ,, ,, ) 29. Tabelle der log. nat. 1—10 30. Schornsteinzug-Tabelle

Seite 69—77 69—71 71—74 74—77 77—81 77—79 79—80 80—81 81 81—89 81—86 86—89 89—93 93—96 96—98 98—101 101—104 104—105 105—107 108—111 111—113 114—139 114—118

118—139 139—147 147—169 169—223 224—225 226—228 229 229

Inhalt

VII Seite

31. Dichte, Volumen und spez. Wärme des Wassers bei 0 — 320» 230 32. Spezitische Wärme der Gase 231 33. Spezifische Wärme von festen Körpern und Flüssigkeiten 232 34. Wärmeleitzahlen f ü r Isolier-, Ziegel- und Schamottesteine 232 35. Wärmeausdehnung (in % der ursprünglichen Länge) für Eisen und Steine . . 232 36. Raumgewichte f ü r Kohle, Torf, Holz u n d Steine 232 37. Bestimmung der mittleren log. Temperaturdifferenz 233 38. Kesselentsalzung 234 39. Natronzahl 234 40. Graphische Bestimmung der mittleren Feuerraumtemperatur 235—236 41. Ausführliche Studienwerke 236 — 237 42. Verzeichnis aller Rechnungsbeispiele . . 237 —239 240 4 3. Temperatursäule, Bild 41 44. Sachverzeichnis 241 —245

V O R W O R T Z U R 12. A U F L A G E I m Jahre 1921 erschien die 1. Auflage dieses Taschenbuches, es kann somit auf ein 30jähriges Bestehen zurückblicken, und diese Tatsache ermutigte den Verfasser, den von A n f a n g an gewählten A u f b a u , die zusammenfassende Kürze der E r l ä u terungen, die E i n f a c h h e i t und damit Übersichtlichkeit der Berechnungen und den weitgehenden Verzicht auf Bequemlichkeits-Tabellen beizubehalten. Das Taschenbuch kann und soll nicht ausführlichere und wissenschaftlich höherstehende, W e r k e und Lehrbücher ersetzen, sondern soll in erster Linie dem Manne in der Praxis, dem Konstrukteur und dem Betriebsmann ein schnell bereiter und umfassender Helfer sein. Darüber hinaus kann das Taschenbuch dem weniger Vorgebildeten oder dem diesem Gebiete F e r n stehenden die Einarbeitung ermöglichen und kann dem Studierenden zur Einordnung seines erworbenen vielseitigen Wissens, wie auch als Wegweiser in die Praxis dienen. Da der Verfasser selbst seit m e h r als 40 Jahren auf diesem Fachgebiet berufst ä t i g ist und die während dieser Zeitspanne erfolgte außerordentliche Aufwärtsentwicklung mitmachte, glaubt er sagen zu dürfen, daß das Buch die gestellte Aufgabe bisher erfüllt hat. Den Aufbau des Buches leitete das Bestreben, den Rechner stets die Zusammenhänge erkennen zu lassen, damit er nicht mechanisch, sondern mit vollem Verständnis rechne. Aus diesem Grunde wurde auch darauf verzichtet, in möglichst vielen Tabellen die Berechnungs-Ergebnisse niederzulegen, denn dadurch w ü r d e die klare E r k e n n t n i s des Rechnungsvorganges verflachen. Das Buch wird eröffnet mit einer kurzen Wiedergabe der notwendigen A l l g e m e i n e n G r u n d l a g e n , gibt sodann eine Beschreibung der Eigenschaften des zu erzeugenden W a s s e r d a m p f e s und eine Aufzählung der wichtigsten H e i z m i t t e l zur Dampferzeugung. Sinngemäß folgen dann die Beschreibung und Berechnung der V e r b r e n n u n g und anschließend das Kapitel ü b e r das Verbrennungsprodukt, die sog. R a u c h g a s e , nebst der Berechnung der F e u e r t e m p e r a t u r . Von selbst ergibt sich n u n m e h r die Notwendigkeit, die W ä r m e v e r l u s t e und den W i r k u n g s g r a d zu behandeln, u m den B r e n n s t o f f v e r b r a u c h ermitteln zu können. Die hierauf folgende Auswertung eines einfachen V e r d a m p f u n g s v e r s u c h e s ermöglicht die N a c h p r ü f u n g der nach den bisherigen Kapiteln angestellten Berechnungen.

Vorwort

IX

D a m i t schließt der erste Teil des Buches als selbständiges Ganzes ab; er enthält im wesentlichen das, w a s der Betriebsmann benötigt. Der K o n s t r u k t e u r dagegen braucht außerdem den I I . Teil, der folgerichtig m i t der W ä r m e ü b e r t r a g u n g und mit der B e r e c h n u n g der K e s s e l - Ü b e r h i t z e r und Nachschalth e i z f l ä c h e n fortgesetzt wird. Das anschließende Kapitel zeigt die Veränderung in der H e i z f l ä c h e n - V e r t e i l u n g mit steigendem D a m p f d r u c k an Hand eines Beispiels. Schließlich kommen dann noch die ergänzenden K a p i t e l über Wärmeaustauscher, Wärmemischung, Wärmespeicher, Rostfläche und Feuerungsgröße, Feuerzüge, Schornstein, Ventilatorzug und Unterwindgebläse u n d Rohrleitungen. Der I I I . Teil des Taschenbuches beginnt m i t dem Kapitel über D a m p f k r a f t e r z e u g u n g , dessen I n h a l t dem Verfasser besonders wichtig erscheint, denn er bringt die E r k e n n t n i s und rechnerische Erfassung der großen wirtschaftlichen Vorteile von D a m p f d r u c k - und D a m p f t e m p e r a t u r - S t e i g e r u n g , Anzapfd a m p f v e r w e r t u n g und Gegendruckbetrieb. Das K a p i t e l über W ä r m e w i r t s c h a f t l i c h e Betriebsü b e r w a c h u n g beschränkt sich bewußt auf die einfachste Überwachung und Feststellung der Dampfkosten, dieses Mind e s t m a ß m ü ß t e aber in jedem Betriebe, bei d e m das Kohlenkonto eine Rolle spielt, eingehalten werden. Das Kapitel über die N e u e r e E n t w i c k l u n g d e r D a m p f k e s s e l a n l a g e kennzeichnet den zur Zeit des Abschlusses der vorliegenden Auflage gegebenen Entwicklungsstand in kurzen W o r t e n , und der Schluß bringt eine Anzahl von G e s a m t b e r e c h n u n g e n , die in F o r m von Beispielen die Anwendungsmöglichkeiten des Buches zeigen und richtungweisend f ü r eigene Berechnungsaufgaben sein können. Der I V . Teil enthält eine Anzahl von T a b e l l e n u n d D i a g r a m m e n , die für den Gebrauch benötigt werden. Französische Auflagen wurden von den Verlagen Dunod, Paris und H. Vaillant-Carmanne, Liège 1943 u n d 1946 herausgegeben. Düsseldorf, August. 1951.

Friedrich Nuber

BEZEICHNUNGEN A a b B c C cp

= = = = = = =

Arbeit, Leistung, Aschengehalt Abstand. Barometerstand, Zahlenwert. Brennstoffmenge. spez. W ä r m e eines K ö r p e r s oder einer F l ü s s i g k e i t S t r a h l u n g s z a h l in k c a l / m ' h °C. spez. W ä r m e v o n Gas, L u f t oder D a m p f , bezogen auf kg u n d gleichbleibenden D r u c k ( c p x , c py> cpi' cpt)Cp = spez. W ä r m e v o n Gas, L u f t oder D a m p f , b e zogen auf N m " u n d gleichbleibenden D r u c k (CP!/, Cp , Cp , CpX, Cpy)• Cph = wie Cp spez. f ü r H e i ß l u f t v e r w e n d e t . d = D u r c h m e s s e r , W a n d d i c k e , T a s c h e n b r e i t e (dhyd.)D = D a m p f m e n g e u n d W a s s e r m e n g e (Dj b i s Dv). D,], = t h e o r e t i s c h e r D a m p f v e r b r a u c h einer Maschine D, = e f f e k t i v e r D a m p f v e r b r a u c h einer Maschine, e = G r u n d z a h l der n a t ü r l i c h e n L o g a r i t h m e n . f = Durchgangsquerschnitt, Querschnitt. F = Heizfläche, F „ usw. F, = d i r e k t b e s t r a h l t e H e i z f l ä c h e , F,', F," u s w . G = wirkliche Gasmenge. G, = theoretische trockene Gasmenge. G, = W a s s e r d a m p f m e n g e im Gas. G, = t h e o r e t i s c h e G a s m e n g e einschl. W a s s e r d a m p f . h, = S c h o r n s t e i n h ö h e ü b e r der R o s t f l ä c h e . hj, ^i, h* = L u f t - oder G a s p r e s s u n g . H„ = u n t e r e r , ff„ o b e r e r H e i z w e r t . Hi = H e i z w e r t g e t r o c k n e t e r Kohle t = F l ü s s i g k e i t s w ä r m e des D a m p f e s ( f , t " = verschiedene Flüssigkeitswärmen). iw = S p e i s e w a s s e r w ä r m e ( i j — iy). id = Gesamtwärme des Dampfes allgemein 0 ' / ) . i! = G e s a m t w ä r m e des S a t t d a m p f e s im Kessel. i, = ,, ,, H e i ß d a m p f e s h i n t e r Übert h i t z e r (i,'). i, = ,, ,, H e i ß d a m p f e s an der Maschine ix = ,, ,, D a m p f e s in b e l i e b i g e m Zus t a n d ( i x i — ix y ) . i„ — ,, ,, A b d a m p f e s beim E n d d r u c k p„. J = mechanisches Wärmeäquivalent und Rauchgaswärme. K = Brennstoffkosten. h = Wärmedurchgangszahl und Kohlensäuregehalt. Ä max = theoretischer Kohlensäuregehalt. I = L ä n g e (¡0, L i t e r . L = Wirkliche L u f t m e n g e . Li = theoretische Luftmenge. M = M o l e k u l a r g e w i c h t u n d Meereshöhe, M a r k .

Bezeichnungen

XI

n N p p„ P q Q

= = = = = = =

Zahlenwert und Umdrehungszahl. Kraitbedarf oder Leistung in P S oder k W . absoluter Druck (p', p j — p v ) . absoluter Enddruck. Kraft. «i bis Qy Wärmeabgabe/kg Anzapfdampf. Wärmemenge, Gasmenge (Q, und Q, verschiedene Mengen), r = Verdampfungswärme. R = Herdrückstände. s = Entropie, Gasschichtstärke, Wandstärke, Sekunde. S = Strahlungswärme. t = Temperatur in °C («', tXt („), Tonne = 1000 kg. = ,, des Sattdampfes, Wassereintrittstemperatur. =

600 C m

"

ZUrUCk

"

Die Verkürzung bei der Abkühlung beträgt also 0,567 cm. Die Größe der Wftrmespannung a, die a u f t r i t t , sofern die Ausdehnung bei E r w ä r m u n g bzw. die Zusammenziehung bei Abkühlung verhindert wird, ist unabhängig von Länge und Querschnitt des Stabes, sie ist « = »•(1, - ¡ J ' E k g / c m ' . . . . (20) Dabei ist E der sog. Elastizitätsmodul, der f ü r Flußstahl 2 100 000 u n d f ü r Gußeisen 750000 bis 1 050 000 kg/cm 1 beträgt. Die Kraft, die die Widerlager aufnehmen müssen, um die Längenänderung zu verhindern, ist P = a-f kg (20 wobei / = Stabquerschnitt in c m 1 ist. Beispiel

5:

a) Wird ein Flußeisenstab von 20° auf 100° e r w ä r m t und wird die Ausdehnung durch Widerlager verhindert, so tritt im Stab eine Druckspannung von o = 0,000011817 -(100 — 20) • 2100000 ~ 1985 k g / c m ' auf.

2. W a s s e r d a m p f

7

b) W i r d u m g e k e h r t der S t a b v o n 100° auf 20° a b g e k ü h l t und die Z u s a m m e n z i e h u n g v e r h i n d e r t , so t r i t t im S t a b eine Z u g s p a n n u n g v o n derselben Größe auf. c) H a t der Stab einen Querschnitt von 5 c m ' , so müssen die W i d e r l a g e r die K r a f t P = 1985 • 5 = 9925 kg a u f n e h m e n . Liegt i, u n t e r dem N u l l p u n k t , so setzt man in den F o r m e l n (17), (18), (19) u n d (20) nicht (t, — (,) sondern (i a + i,) u n d bei der B e r e c h n u n g von a nicht (t, + h) sondern (i 2 — (,). Beispiel 6: Ein Lokomobilkessel v o n 4,5 m Länge h a t bei 10 a t ü eine T e m p e r a t u r v o n etwa 180°, w ä h r e n d der R a h m e n , auf dem der Kessel gelagert ist, i m W i n t e r — 20° h a b e n k a n n . In diesem Falle ist a = 0,000011181 + 0,0000000053 • (180.— 20) = 0,000012029 und d a m i t die L ä n g e n a u s d e h n u n g des Kessels g e g e n ü b e r dem kalt b l e i b e n d e n R a h m e n !, = l — 450 • 0,000012029 • (180 + 20) = 1,0826 cm. Der Kessel m u ß sich also auf dem R a h m e n u m rd. 11 m m schieben können, da sonst die unzulässig hohe S p a n n u n g i m Kessel als Druck u n d im R a h m e n als Zug, m i t ff = 0,000012029 • (180 + 20) • 2100000 ~ 5052 k g / c m ' entstehen müßte. Man e r k e n n t aus diesen Beispielen, wie wichtig es ist, den bei T e m p e r a t u r v e r ä n d e r u n g e n a u f t r e t e n d e n S p a n n u n g e n durch elastische Verbindungen, Federausgleich, A u s d e h n u n g s spalten u. dgl. zu begegnen, u m Schäden zu vermeiden.

2. Wasserdampf x ) W a s s e r , dem W ä r m e z u g e f ü h r t wird, f ä n g t an u n t e r dem Druck v o n 1 a t a bei 100" (genauer 99,1°) zu v e r d a m p f e n ; steht d a s W a s s e r u n t e r h ö h e r e m oder niedrigerem Druck, so liegt seine Verdampfungstemperatur ebenfalls h ö h e r oder niedriger. So setzt z. B. die V e r d a m p f u n g b e i m Druck von 7 ata m i t 164», dagegen beim Druck von 0,5 a t a schon mit 81« e i n . W ä h r e n d d e r ganzen V e r d a m p f u n g bleibt die T e m p e r a t u r auf gleicher H ö h e u n d sie ist sowohl f ü r das siedende Wasser als a u c h f ü r den schon ausgeschiedenen Dampf gleich hoch. Eine Steigerung der W ä r m e z u f u h r beschleunigt wohl die V e r d a m p f u n g , e r h ö h t aber nicht die T e m p e r a t u r . W ä h r e n d der E r w ä r m u n g des Wassers bis z u m Siedepunkt ( S a t t d a m p f - oder V e r d a m p f u n g s t e m p e r a t u r ) n i m m t das Wasser je 1° E r w ä r m u n g ~ 1 kcal auf. Mit der Wassert ? m p e r a t u r n i m m t allerdings die spez. W ä r m e leicht zu, so daß z. B . f ü r die E r w ä r m u n g v o n 0 ° a u f 9 9 , l ° ( l a t a ) wohl ~ 99,1 k c a l / k g W a s s e r a u f g e n o m m e n werden, dagegen müssen M D a m p f t a b e l l e n 27 u. 28, S. 224 u. 226. 2»

2. Wasserdampf

8

aber für 0® auf 229° (28 ata) bereits 235 kcal/kg Wasser zugeführt werden (s. Dampftabelle S. 224). I s t alles Wasser v e r d a m p f t , so h a t man „gesättigten Dampf" oder „Sattdampf" (s. S. 13), dessen Volumen bei niedrigem Druck weit über dem Volumen der Wassermenge liegt, aus der er erzeugt wurde. Bei zunehmendem Druck n i m m t dieser Volumenunterschied jedoch allmählich ab u n d bei dem Druck von 226 ata endlich ist der Unterschied = 0, d. h. die Verdampfung erfolgt hier ohne Volumenzunahme. Bild 1.

/ p - D i a g r a m m für Wasserdampf (ph = kritischer Druck)

Druck B

2.

Wasserdampf

9

D i e s e r G r e n z z u s t a n d , bei d e m d e r S a t t d a m p f die T e m p e r a t u r v o n 374° a n n i m m t , w i r d m i t „kritischer D r u c k " b e z e i c h n e t ; ü b e r d i e s e n D r u c k h i n a u s k a n n bei W ä r m e z u f u h r kein W a s s e r m e h r bestehen. Führt man d e m e r z e u g t e n S a t t d a m p f weiter W ä r m e zu, so e r h ö h t m a n s e i n e T e m p e r a t u r ü b e r die s e i n e m D r u c k e n t s p r e c h e n d e S a t t d a m p f t e m p e r a t u r , d. h. m a n „ ü b e r h i t z t " den D a m p f , d e r in d i e s e m Z u s t a n d „überhitzter D a m p f " o d e r „Holßdampf" genannt wird. B e i m Ü b e r h i t z e n v e r g r ö ß e r t sich d a s V o l u m e n d e s D a m p f e s u n d 1 k g H e i ß d a m p f h a t d a h e r s t e t s ein g r ö ß e r e s V o l u m e n als 1 kg S a t t d a m p f gleichen Druckes. Diese V o l u m e n z u n a h m e ist n a t ü r l i c h u m so g r ö ß e r , j e w e i t e r die H e i ß d a m p f t e m p e r a tur durch W ä r m e z u f u h r gesteigert wird. Die W ä r m e m e n g e , die m a n 1 k g W a s s e r v o n 0 0 z u f ü h r e n muß, bis d i e d e m D r u c k entsprechende S i e d e t e m p e r a t u r erreicht ist, heißt „Plüsslgk c i t s w f t r m e " . u n d die W ä r m e m e n g e , die e r f o r d e r l i c h i s t , u m d a s auf S i e d e t e m p e r a t u r g e b r a c h t e k g W a s s e r g a n z z u v e r d a m p f e n , heißt „Verdampfungswttrme". U m 1 kg Wasser v o n 0» i n S a t t d a m p f z u v e r w a n d e l n , ist die S a t t d a m p f w ü r m o = Flüsstgkeltswärme + Vordampfungswärme a u f z u b r i n g e n . M i t s t e i g e n d e m D r u c k n i m m t die F l ü s s i g k e i t s w ä r m e z u und d i e V e r d a m p f u n g s w ä r m e a b ; b e i m k r i t i s c h e n D r u c k i s t s c h l i e ß l i c h die V e r d a m p f u n g s w ä r m e = 0, d . h. S a t t d a m p f w ä r m e = F l ü s s i g k e i t s w ä r m e . Die V e r d a m p f u n g s w ä r m e z e r f ä l l t in die „innere und SuBere W ä r m e " . Z u r E r k l ä r u n g d i e n e f o l g e n d e s B e i s p i e l : Das V o l u m e n v o n 1 k g W a s s e r b e t r ä g t v o r der V e r d a m p f u n g v ' = 0,001 m " . Steht diese W a s s e r m e n g e in e i n e m Z y l i n d e r v o n 1 m 2 Q u e r s c h n i t t , so ist d i e H ö h e d e r W a s s e r s ä u l e = 0,001 m . E i n K o l b e n , d e r auf d i e s e r W a s s e r s ä u l e r u h t , i s t b e i m A u ß e n d r u c k v o n b e i s p i e l s w e i s e 1 a t a = 1 k g / c m 1 = 10000 k g / m ! m i t 10000 k g b e l a s t e t , da d e r Q u e r s c h n i t t 1 m 2 b e t r ä g t . Bei d e r V e r d a m p f u n g u n t e r d e m g l e i c h b l e i b e n d e n D r u c k v o n 1 a t a w ä c h s t das V o l u m e n an auf v" = 1,725 m 3 , d i e Volumenzunahme beträgt somit v"

—v"=

1,725 — 0,001 =

1,724 m 3 .

B e i d e r V o l u m e n z u n a h m e m u ß t e s o m i t der K o l b e n v o n 1 m " Q u e r s c h n i t t 1,724 m h o c h g e d r ü c k t w e r d e n , d. h . d e r D a m p f m u ß t e 10000 k g 'so h o c h h e b e n , w a s e i n e r A r b e i t s leistung v o n A =

10000 • 1,724 =

e n t s p r i c h t (s. S. 2, F o r m e l Diese A r b e i t

17240 m k g

(3)).

ist der ä u ß e r e n W ä r m e =

- ^ f -

=

40,3 kcal

g l e i c h w e r t i g u n d ist f ü r d a s g e w ä h l t e B e i s p i e l d i e „ ä u ß e r e Wärme". D i e i n n e r e W ä r m e , d. i. die W ä r m e m e n g e , die e r f o r d e r l i c h ist, u m den i n n e r e n Z u s a m m e n h a n g d e r W a s s e r m o l e k ü l e z u l ö s e n u n d sie i n D a m p f zu v e r w a n d e l n , ist g l e i c h V e r d a m p f u n g s w ä r m e — äußere W ä r m e . Ist die mittlere spez. W ä r m e d e s H e i ß d a m p f e s b e k a n n t , so ist die f ü r die

10

2. Wisserdampf

Überhitzung eriorderliche Wärmemenge = Heißdampftemperatur minus Sattdampftemperatur mal spez. Wirme kcal/kg Dampf. Die spez. Wärme f ü r Wasserdampf wurde durch eine Reihe von Forschern, so z. B. Knoblauch, Raisch, Hausen, e r m i t t e l t ; sie nimmt bei Sattdampf mit steigendem Druck schnell zu, geht aber mit steigender Überhitzung wieder stark zurück, wie das nachstehende c,,-Diagram m zeigt Bild 2. Cp-Diagramm für Wasserdampf

Druckp.

So hat Sattdampf von 1 a t a ein cpl = 0,483, bei 30 ata ist aber c p l bereits = 0,94, während bei Heißdampf von 1 ata und 350° cp! = 0,485, bei 30 ata und 350» c„2 = 0,57, bei 1 ata und 450° cpi = 0,5 und bei 30 ata und 450» cpi = 0,547 ist. Für Wasserdampf gelten folgende (nicht einheitliche) Bezeichnungen: Wasseranfangstemperatur (Speisewassertemperatur) = t in »C Verdampfungstemperatur ( S a t t d a m p f - o d e r Siedetemperatur) = ,, ,,

2. Wasserdampf H e i ß d a m p f t e m p e r a t u r (Überhitzungst e m p e r a t u r ) am Kessel = H e i ß d a m p f t e m p e r a t u r (Überhitzungst e m p e r a t u r ) an der Maschine = Dampfdruck: absoluter Druck 1 im = Überdruck ( Kessel = absoluter Druck an der Maschine = Abdampfdruck = spez. W ä r m e : Wasser Sattdampf = Heißdampf Flüssigkeitswärme Sattdampfwärme = (= Speise wasserwärme = H e i ß d a m p f w ä r m e am Kessel = ,, an der Maschine = Abdampfwärme = Gesamtwärme des Frischdampfes (Satt- oder Heißdampf) = D a m p f w ä r m e beliebigen Zustandes Verdampfungswärme (innere W ä r m e = e und äußere W ä r m e = v) spez. Volumen des Wassers ,, ,, S a t t d a m p f e s ,, „ „ Heißdampfes Dampfgehalt des feuchten A b d a m p f e s spez. Gewicht des Wassers ,,

,,

,,

Sattdampfes

11 l. t, V Vi p'

Po c

in °C »

„

ata atü

in kcal/kg«c

Cpi Cp

i+r)

"

>>

kcal/kg

¿S ¿0 id ix r

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m'/kg

kg/dm' • = kg/m'

Heißdampfe? E s gelten folgende Beziehungen: Speise wasserwärme /'„ = t •c ~ t kcal/kg —t Sattdampf-Erzeugunggw&rme = i, — t • c —t HeiUdamplerzeugunggw&rme = i, — f c Überhitzungswttrme = ia — . . . ij) . . . . ,, oder = ?p3 (ta Die W e r t e f ü r (,, t„ i, i „ i2, r, »„ v, und x können den VDIWasserdompftafeln und dem zugehörigen Molller- ( / « ^ D i a gramm e n t n o m m e n werden 1 ). I m / A n h a n g ist ein Auszug dieser D a m p f t a f e l n wiedergegeben und das i s - D i a g r a m m ist in verkleinertem Maßstabe unten zu sehen; beide können kein E r s a t z sein, die Dampftafeln sollten daher von jedem, der mit diesen Dingen zu t u n h a t , beschafft werden. *) Von Dr.-Ing. We. Koch, Verlag R. Oldenbourg, München und Verlag Julius Springer, Berlin.

12

2. Wasserdampf Bild 3.

/s-Diagramm von Molller

Das t p-Diagramm (Bild 1, S. 8) zeigt deutlich die Zunahme der Flüssigkeitswärme i und die Abnahme der Verdampfungswärme r mit steigendem Druck p, desgl. die Abnahme der S a t t d a m p f w ä r m e i« = i + r und die f ü r die Überhitzung erforderliche Wärme i. — i,. Das von Professor Mollier erdachte i s-Diagramm zeigt auf der Senkrechten die Werte f ü r i , und i, und auf der Waagrechten die Werte f ü r die „Entropie" s. d. i. eine Rechnungshilfsgröße, die f ü r die hier in Frage kommenden Rechnungen nicht benötigt wird. Im i s-Diagramm liegt oberhalb der Sftttigungslinle oder Grenzlinie das Gebiet des überhitzten Dampfes, auf der Grenzlinie das Gebiet des S a t t d a m p f e s und u n t e r h a l b das Gebiet des feuchten Dampfes oder Naßdampfes, d. h. des ungesättigten Dampfes. Im Gegensatz zu S a t t d a m p f , der keine Wasserteilchen mehr e n t h ä l t , versteht man u n t e r Naßdampf eine Dampfmenge, die noch einen gewissen Prozentsatz Wasser enthält, das im Dampf fein verteilt ist (nebeiförmig). I m i s-Diagramm findet man unterhalb der Grenzlinien die Linien x = 0,95 usw., d. h. auf der Linie 0,95 z. B. hat der Naßdampf 95 % Dampf- u n d 5 % Wassergehalt. Im Gebiete des überhitzten Dampfes sind außer den Druckllnlen auch die Temporaturllnion eingetragen, während im S a t t d a m p f - bzw. NaDdampfgebiet die Temperaturlinien mit den Drucklinien zusammenfallen, da hier die Dampftemperatur n u r vom Dampfdruck abhängt.

3. Die H e i z m i t t e l

13

B e s o n d e r s p r a k t i s c h u n d u n e n t b e h r l i c h ist das i s - D i a g r a m m bei der B e r e c h n u n g der U m w a n d l u n g v o n D a m p i w ä r m e in Arbeit m i t t e l s der D a m p f k r a f t m a s c h i n e (s. S. 114 u . I.). B e r n . : J e d e r Dampfkessel gibt m e h r oder weniger wasserhaltigen D a m p f , also N a ß d a m p f a b . Da der e r z e u g t e Dampf im Kessel s t ä n d i g mit dem W a s s e r in B e r ü h r u n g ist, kann der Kessel keinen trockenen d. h. S a t t d a m p f a b g e b e n . Durch P r a l l b l e c h e i n b a u t e n u n d sonstige Wasserabscheideeinricht u n g e n v e r s u c h t m a n o f t den D a m p f vor der E n t n a h m e möglichst w e i t g e h e n d zu e n t w ä s s e r n , denn das W a s s e r f ü h r t u. U. Ü n r e i n h e i t e n m i t sich. Der R e s t des Wassers wird im ersten Teil des D a m p f ü b e r h i t z e r s n a c h v e r d a m p f t , so d a ß eigentlich erst dort S a t t d a m p f e n t s t e h t , der gleich darauf in ü b e r h i t z t e n Dampf u m g e w a n d e l t wird. I m D u r c h l a u f k e s s e l wird d a s Wasser ganz a l l m ä h l i c h in N a ß d a m p f v o n i m m e r a b n e h m e n d e m W a s s e r g e h a l t , übergehend in S a t t d a m p f u n d zuletzt in H e i ß d a m p f u m g e w a n d e l t (Benson, Sulzer). Die sog. V o r v e r d a m p f e r (s. S. 84) geben Dampf m i t m e h r oder weniger h o h e m W a s s e r g e h a l t in den Kessel a b ; sie e n t s p r e c h e n dem Teil eines Durchlaufkessels, der N a ß d a m p f mit noch v e r h ä l t n i s m ä ß i g h o h e m Wassergehalt e r z e u g t .

3. Die Heizmittel1) Die h a u p t s ä c h l i c h in F r a g e k o m m e n d e n H e i z m i t t e l sind folgende. ^ Feste Brennstoff« Holz ( S ä g e s p ä n e , Sägemehl, Lohe [ausgelaugte B a u m r i n d e ] ) . Tort ( S t i c h t o r f und P r e ß t o r f ) . Braunkohle u n d B r a u n k o h l e n b r i k e t t s . Steinkohle ( S t e i n k o h l e n b r i k e t t s , Gaskoks, H ü t t e n k o k s ) . Torf, B r a u n k o h l e u n d Steinkohle sind Z e r s e t z u n g s p r o d u k t e v o n Holz- u n d P f l a n z e n r e s t e n . b) Flüssige Bronnstoffe Erdöl ( P e t r o l e u m , N a p h t h a ) . Masut u n d Teeröl. Erdöl i s t ein N a t u r p r o d u k t , m a n n i m m t an, d a ß es d u r c h Z e r s e t z u n g v o n tierischen Ü b e r r e s t e n e n t s t e h t . Masut i s t ein R ü c k s t a n d a u s der P e t r o l e u m d e s t i l l a t i o n . Teeröl wird bei der Steinkohlendestillation g e w o n n e n , o) Die gasförmigen Brennstoffe Hochofengas (Gichtgas). Koksofengas. Leuchtgas. Generatorgas. H o c h o f e n g a s e werden beim V e r h ü t t u n g s p r o z e ß gewonnen (als N e b e n p r o d u k t ) , Koksofengase bei der F a b r i k a t i o n von ') N ä h e r e s siehe einschlägige L i t e r a t u r , z. B. „ W i r t s c h a f t liche V e r w e r t u n g der B r e n n s t o f f e von G r a h l " , R. Oldenbourg-Verlag, M ü n c h e n .

14

3. Die H e i z m i t t e l

H ü t t e n k o k s (als N e b e n p r o d u k t ) , L e u c h t g a s a u s S t e i n k o h l e , N e b e n p r o d u k t ist h i e r b e i G a s k o k s . G e n e r a t o r g a s wird a u s f e s t e n B r e n n s t o f f e n d u r c h Verg a s u n g g e w o n n e n ; i m G e n e r a t o r v e r b r e n n t ein Teil des B r e n n s t o f f e s , in h o h e r S c h i c h t liegend, sehr l a n g s a m u n d bringt d e n H a u p t t e i l d a d u r c h z u r V e r g a s u n g . d) Abhitze A u s g e b r a n n t e Gase a u s K o k s ö f e n , R e t o r t e n , Glüh-, P u d d e l - , Zink-, Z e m e n t - , W ä r m e - u n d a n d e r e n Öfen, sowie Gasmaschinen mit T e m p e r a t u r e n von 500 — 1200» Die wichtigsten Brennstoffe in D e u t s c h l a n d sind B r a u n kohle u n d S t e i n k o h l e , beide sind sehr v e r s c h i e d e n a r t i g u n d können wie f o l g t eingeteilt w e r d e n : Braunkohle in „ L i g n i t " , eine B r a u n k o h l e m i t d e u t l i c h e m H o l z g e f ü g e (faserig), „erdige B r a u n k o h l e " , lose wie E r d e , o h n e b e s o n d e r e s Gefüge, „ m u s c h e l i g e B r a u n k o h l e " , ziemlich f e s t , mit m u s c h e l i g e m Bruch. Steinkohle i n : „ G a s r e i c h e ( j u n g e ) S a n d k o h l e " mit 44—50 % f l ü c h t i g e n Bestandteilen ( „ t r o c k e n e " Kohle), „ g a s r e i c h e ( j u n g e ) S i n t e r k o h l e " mit 40 —44 % f l ü c h t i g e n B e s t a n d t e i l e n ( „ t r o c k e n e " Kohle), „ g a s r e i c h e ( j u n g e ) B a c k k o h l e " mit 32—36 % f l ü c h t i g e n B e s t a n d t e i l e n ( „ f e t t e " Kohle), „ g a s a r m e (alte) B a c k k o h l e " m i t 1 8 — 3 2 % f l ü c h t i g e n B e s t a n d t e i l e n ( „ f e t t e " Kohle), „ g a s a r m e (alte) S i n t e r k o h l e " mit 1 0 — 1 8 % f l ü c h t i g e n Bestandteilen ( „ m a g e r e " Kohle), „ g a s a r m e (alte) S a n d k o h l e o d e r A n t h r a z i t " m i t 5 bis 10% f l ü c h t i g e n B e s t a n d t e i l e n ( „ m a g e r e " K o h l e ) . Bern.: Unter „flüchtigen Bestandteilen" versteht man die bei d e r V e r k o k u n g des B r e n n s t o f f e s e n t s t e h e n d e n Gase einschl. T e e r u n d P e c h g a s e n . Beim E r h i t z e n u n t e r L u f t a b s c h l u ß bildet die sog. „ S a n d k o h l e " eine pulverige, lose Masse, die sog. „ S i n t e r k o h l e " eine a u s kleinen S t ü c k e n b e s t e h e n d e geschlossene Masse, die sog. „ B a c k k o h l e " eine z u s a m m e n g e s c h m o l z e n e , sich s t a r k a u f b l ä h e n d e Masse. „ G r o b e F e u c h t i g k e i t " der K o h l e ist O b e r f l ä c h e n - o d e r mechanisch beigemischte Feuchtigkeit. „Hygroskopische F e u c h t i g k e i t " ist U r s p r u n g s f e u c h t i g k e i t , die v o m C h a r a k t e r der Kohle a b h ä n g t . U n t e r „ R e i n k o h l e " v e r s t e h t m a n die b r e n n b a r e S u b s t a n z , d. h . die K o h l e ohne W a s s e r u n d Asche. Verbrennungseigenschalten der Kohlen G a s a r m e K o h l e n v e r b r e n n e n schwer u n d m i t k u r z e r Flamme, gasreiche K o h l e n v e r b r e n n e n leicht u n d mit l a n g e r F l a m m e ,

3. Die Heizmittel

15

Kohlen mit h o h e m W a s s e r g e h a l t , wie z. B. B r a u n k o h l e n , v e r b r e n n e n ebenfalls schwer u n d u n v o l l s t ä n d i g , wenn nicht vor der eigentlichen V e r t e u e r u n g f ü r eine V o r t r o c k n u n g a u ß e r h a l b oder im ersten Teil der F e u e r u n g gesorgt wird. B a c k k o h l e m u ß mit niedriger Schicht v e r b r a n n t werden, weil sie infolge des Z u s a m m e n b a c k e n s der e i n t r e t e n d e n Verb r e n n u n g s l u f t starken W i d e r s t a n d bietet. S a n d k o h l e darf nicht mit zu scharfem Zug v e r f e u e r t werden, weil sonst leicht Teile der pulverigen Masse unvollständig v e r b r a n n t als F l u g k o k s a b g e h e n . Sandkohle bedingt geringere Spaltweiten zwischen den R o s t s t ä b e n , da sonst zuviel von der pulverigen Masse u n v e r brannt durchfällt. W i r d gasreiche Kohle v o n H a n d v e r f e u e r t , so t r i t t bei frischem Aufwurf infolge der e i n t r e t e n d e n s t a r k e n Gasentwicklung leicht R u ß - u n d R a u c h e n t w i c k l u n g ein. Bei mechanischer, gleichmäßiger u n d u n u n t e r b r o c h e n e r Beschickung des Rostes wird dieser Ü b e l s t a n d v e r m i e d e n . Sämtliche Steinkohlen lassen sich a m v o r t e i l h a f t e s t e n auf dem P l a n r o s t verfeuern, Schrägroste sind weniger gut geeignet, abgesehen von einigen Speziairosten. Die mechanische Beschickung mittels W u r f a p p a r a t e n bedingt eine nicht zu großstückige Kohle. W a n d e r p l a n r o s t e sind n u r f ü r Kohle mit m e h r als 10 bis 12% f l ü c h t i g e n Bestandteilen geeignet, doch k a n n m a n auf den neuzeitlichen U n t e r w i n d - Z o n e n w a n d e r r o s t e n a u c h mit g u t e m E r f o l g g a s a r m e Magerkohlen v e r f e u e r n . Mechanische Über- u n d U n t e r s c h u b f e u e r u n g e n g e s t a t t e n die V e r t e u e r u n g v o n Kohle mit dem geringsten Gehalt an flüchtigen Bestandteilen u n d g r o ß e m Aschengehalt. Die K o h l e n s t a u b f e u e r u n g g e s t a t t e t die Verteuerung jeder Art von Kohle in feiner V e r m a h l u n g . Einteilung der Steinkohlen nach Stttckgröße Bei den Steinkohlen u n t e r s c h e i d e t man, allerdings ohne allgemeine Einheitlichkeit in bezug auf B e n e n n u n g und Größe: F$rderkohle, Kohle, wie sie z u t a g e gefördert wird, ungebrochen, Stückkohle, gebrochen o d e r - a u s g e s u c h t , in S t ü c k e n ü b e r 80 m m Größe, melierte Kohle, eine Mischung v o n N u ß - u n d Stückkohle, Nußkohlo, Größe I, I I , I I I , IV, V, e t w a Größen von 75—15 m m e n t s p r e c h e n d , Gruskohle (oder Grieskohle), 8 — 1 5 m m groß, Feinkohle ( a u c h Feingries), 0—8 m m , Staubkohle, 0—3 m m . Zusammensetzung der Brennstoffe Wie n a c h s t e h e n d e Tabellen zeigen, ist die Z u s a m m e n setzung der Brennstoffe sehr v e r s c h i e d e n a r t i g .

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26

4. Die V e r b r e n n u n g

Bei der V e r b r e n n u n g v o n 1 kg C e n t s t e h e n n a c h S. 22 44 = 1,867 CO , N m ' 12 • 1,97 u n d es v e r h ä l t sich die K o h l e n s ä u r e CO„ d e r V e r b r e n n u n g s gase zu d e r t r o c k e n e n G a s m e n g e G, wie 1,867 C : G„ d. h. der theoretische Kohlensfturegehalt ist _ 1,867- C «max — Q ^35) D e r wirkliche K o h l e n s ä u r e g e h a l t h ist infolge des L u f t ü b e r s c h u s s e s kleiner, u n d m a n e r h ä l t , w e n n h b e k a n n t , die wirkliche Oasmenge zu „ 1,867 • C , 9 H + W Nra' (36) k ' 0,804 I s t G b e k a n n t , so k a n n m a n n a c h dieser Gleichung den wirklichen Kohlcnsäurcgehalt b e s t i m m e n zu 1.867 • C +

- H : t 3 L

Bern.: G = G, + (£.— U )

o . H 4- \V

und

= 11,19 H +

1,244 W = G 2 . Beispiel 9 : E i n e g u t e Ü b e r s i c h t gibt die auf S. 25 t a b e l larisch a u f g e s t e l l t e R e c h n u n g f ü r eine m i t t e l d e u t s c h e B r a u n kohle folgender Z u s a m m e n s e t z u n g 0 = 3 1 % , H = 3 % , O .+ N = 10 S = 1%, W = 47%, Asche = 8%. Die B e r e c h n u n g e r f o l g t u n t e r B e n u t z u n g d e r Tabellen S. 21 u n d 23. Der t h e o r e t i s c h e C O j - G e h a l t der V e r b r e n n u n g s g a s e b e t r ä g t Imai = = 0,180 = 18,1 % u n d bei d e m l , 3 f a c h e n L u f t ü b e r s c h u ß der wirkliche COiGehalt IQ 1 ft = - y ~ = 18,9 V. . Der S a u e r s t o f f g e h a l t d e r Abgase m u ß b e t r a g e n und

(4,3-3,31)-0,21 5,11-0,92 CO, +

O, =

13,9 +

4

'®8

4,96 =

18,86 %.

R e c h n e t m a n zur K o n t r o l l e h i e r n a c h den L u f t ü b e r s c h u ß , so e r g i b t sich dieser n a c h F o r m e l (48) S. 30 zu 21

21 — 79

= 1,3 4' " 81,14

4. Die V e r b r e n n u n g

27

(13,9 C 0 2 + 4,96 O, + 81,14 N . = 100 %). B e r n . : Bei v o r s t e h e n d e r R e c h n u n g ist a n g e n o m m e n , d a ß Oj + N , = 9 + 1 ist, w a s o h n e g r o ß e n F e h l e r g e s c h e h e n k a n n , d e n n N ist in f e s t e n B r e n n s t o f f e n s t e t s s e h r gering. gelten

b) Für flüssige Brennstoffe dieselben A u s f ü h r u n g e n wie f ü r feste

Brennstoffe

c) Für gasfttrmlgo Bronnstoffe erfolgt die B e r e c h n u n g der V e r b r e n n u n g e b e n f a l l s n a c h den T a b e l l e n S. 21 u n d 23. Von einer W i e d e r h o l u n g dieser Tabellen in F o r m von F o r m e l n k a n n hier a b g e s e h e n w e r d e n , d e n n e i n e r s e i t s ist die V e r w e n d u n g v o n Gas u n g l e i c h s e l t e n e r als die f e s t e r B r e n n stoffe u n d a n d e r s e i t s w ü r d e n sich sehr u m f a n g r e i c h e u n d zahlreiche F o r m e l n e r g e b e n . E s e m p f i e h l t sich f ü r Gase s t e t s die ü b e r s i c h t l i c h e Rechn u n g In t a b e l l a r i s c h e r F o r m n a c h Beispiel 10: Zusammensetzung von I N m 3 Generatorgas sei CO 12 %, CH, 4 %, C 8 H 4 0,1 %, H, 25 %, N 2 41,9 %, CO, 17 %. Die V e r t e u e r u n g erfolge mit 1 , 2 5 f ä c h e r n LuftttberschuQ. Der b e r e c h n e t e H e i z w e r t ist der u n t e r e H e i z w e r t , d a auch hier der o b e r e H e i z w e r t keine p r a k t i s c h e B e d e u t u n g h a t . N a c h den Tabellen S. 21 u n d 23 i s t : (s. S. 28) E s e r g i b t sich h i e r n a c h

= 18,85 »/. • • • (38) und

der wirkliche meßbare CO,-GehaIt . (3i) (40)

Zusammensetzung des Gases je Nm 3

I,,.

LuftUberschuB

angegebenen

Gründen

ist e i n

möglichst

kleiner Luftüberschuß anzustreben. Mit H i l f e der nachstehenden F o r m e l n kann die Größe desselben mit g e n ü g e n d e r Genauigkeit e r m i t t e l t werden. ') P. Rosin und R . Fehling, Das Ji-Diagramm b r e n n u n g , V D I - V e r l a g 1929 u n d S . 36.

der

Ver-

4. Die V e r b r e n n u n g

30

F ü r B r e n n s t o f f o h n e e i g e n e n C O i - G e h a l t , also f ü r alle testen u n d flüssigen Bronnstoffe ist der Luftüberschuß .. k „

(47)

der t h e o r e t i s c h e C O , - G e h a l t der A b g a s e k a n n h i e r bei den B r e n n s t o f f t a b e l l e n e n t n o m m e n w e r d e n . h, der wirkliche C O , - G e h a l t der A b g a s e wird m i t d e m Orsatapparat ermittelt. Bei B e s t i m m u n g d e s 0 , - G e h a l t e s d e r Abgase k a n n m a n d e n L u f t ü b e r s c h u ß a u c h wie f o l g t b e r e c h n e n :

* = — 2 Sr(=£) 2 1 - 7 0

- S l

v

L

i

l

Ar, w o b e i N, = 100 — CO, — 0 , . D a m i t e r g i b t sich f ü r d a s Beispiel 9 S. 26 N , = 100 — 13,9 — 4,96 = 81,14 und ü=

21

-TT- = 1,3 (d. h. 30°/» L u f t ü b e r s c h u ß ) . 21 — 79 - ' 81,14

Für gasförmige Brennstoffe m i t e i g e n e m CO,- u n d N , Gehalt können vorstehende Formeln nicht zur Anwendung k o m m e n , allgemein gilt j e d o c h u

—

-

L Li

—

wirkliche Luftmenge theoretische L u f t m e n g e

u n d d a m i t e r h ä l t m a n bei E i n s e t z u n g d e s e n t s p r e c h e n d e n W e r t e s f ü r d a s u n b e k a n n t e L n a c h S. 28

L,

(49)

U m den L u f t ü b e r s c h u ß bei g a s f ö r m i g e n B r e n n s t o f f e n a u s d e m gemessenen A b g a s k o h l e n s ä u r e g e h a l t b e s t i m m e n zu k ö n n e n , m u ß m a n die Z u s a m m e n s e t z u n g des B r e n n g a s e s k e n n e n u n d die R e c h n u n g n a c h S. 28 d u r c h f ü h r e n . Da a b e r die Z u s a m m e n s e t z u n g des B r e n n g a s e s o f t in g a n z k u r z e n Z e i t r ä u m e n erheblich s c h w a n k t , ist eine e i n w a n d f r e i e Bes t i m m u n g d e s L u f t ü b e r s c h u s s e s k a u m möglich. F ü r Beispiel S. 28 erhält m a n 0,16

1,276

= 1,25.

F ü r foste Brennstoffe soll der L u f t ü b e r s c h u ß e r f a h r u n g s g e m ä ß b e t r a g e n , s o f e r n d a b e i die F e u e r r a u m t e m p e r a t i i r n i c h t unzulässig h o c h a u s f ä l l t :

4. Die

31

Verbrennung ü

Brennstoff und F e u e r u n g s a r t für S t e i n k o h l e bei ,, ,, „ ,, „ auf „ Braunkohle,, ,, A n t h r a z i t und „ ö l e „ Gase „ Kohlenstaub Der Luftgehalt v,

=

2,0 1,7 1,4 -f- 1.7 1,35 -r-1,55 1,4 1,3 1.4 1,25 r 1,4 1,2 ~ 1 , 3 5 1,5 1,25

Handbeschickung . . . . mechan. Beschickung. . . Wanderrost mechan. R o s t Koks

der R a u c h g a s e (s. S. 36 J ¿ - D i a g r a m m

der V e r b r e n n u n g ) ist =

L

~

L

'

• 100 ...

(50)

'/„

g ) Die Kontrolle der Verbrennung W i e b e r e i t s e r w ä h n t , m u ß bei v o l l k o m m e n e r V e r b r e n n u n g in den A b g a s e n C O , + O , + N , = 100 % sein. F e r n e r w u r d e v o r n g e z e i g t , d a ß bei der V e r b r e n n u n g v o n C ebenso v i e l C O , entsteht, als L u f t sauerstoff in m* z u g e f ü h r t w i r d aus 21 T e i l e n O, v o n 1 m 3 L u f t erhält man also 21 T e i l e C O , . Bei der t h e o r e t i s c h e n V e r b r e n n u n g o h n e L u f t ü b e r s c h u ß ist O , in den A b g a s e n = 0 o d e r CO, + 0 , = fcmaxM i t s t e i g e n d e m L u f t ü b e r s c h u ß steigt auch der O , - G e h a l t der A b g a s e und der C O , - G e h a l t sinkt. Die Größe v o n C O , + O , in d e n A b g a s e n bei v o l l k o m m e n e r V e r b r e n n u n g kann bei b e k a n n t e r Z u s a m m e n s e t z u n g des B r e n n s t o f f e s nach den f r ü h e r e n A n g a b e n e r r e c h n e t w e r d e n , n a c h d e m d e r L u f t ü b e r s c h u ß f e s t g e s t e l l t ist. I s t d e r g e m e s s e n e B e t r a g v o n C O , + 0 , kleiner als der e r r e c h n e t e , so ist unvollkommene Verbrennung v o r h a n d e n , die A b g a s e e n t h a l t e n u n v e r b r a n n t e Gase. F ü r B r e n n s t o f f e mit a n n ä h e r n d g l e i c h b l e i b e n d e r Z u s a m m e n s e t z u n g kann f ü r die E r m i t t l u n g v o n C O , u n d 0 , nachstehendes Schaubild b e n u t z t w e r d e n , w e l c h e s sich auf die Brennstofftabelle stützt. F ü r die g e b r ä u c h l i c h s t e n B r e n n s t o f f e e r h ä l t m a n m i t den oben angegebenen Luftüberschußzahlen folgende Mittelwerte Mittelwerte für C O , und C O , + Brennstoff

ü

O,

CO, Vo

auf Planrost 1 i \Handbeschickung] S t e i n - 1, auf Planrost 1 kohle j mech. Beschick. / auf W a n d e r r o s t Braunkohle auf T r e p p e n r o s t od.Muldenrost A n t h r a z i t und K o k s . . . . Steinkohlenstaub

CO,+ 0, 0/

/0

11—9,5

19,6—19,8

1,4—1,7

13,5—11

19,3—19,6

1,35—1,55

13,8—12

19,2—19,4

1,7—2,0

1.3—1,4 1.4—1,5 1,25—1,5

15—14 14—13 15—12,5

18,8—19 20 19—19,2

32

4. Die

f ü r CO, u n d C O , + 0 , , Betrieb unter normalen

Verbrennung

w e l c h e in e i n e m w i r t s c h a f t l i c h e n V e r h ä l t n i s s e n zu erreichen sind.

C O , ist b e r e c h n e t aus der F o r m e l ü = , ftmax f s t d c n Brennstofftabellen entnommen. C O , + O , ist aus n a c h s t e h e n d e m D i a g r a m m a b g e g r i f f e n . C02

C O , + 0 , ( n a c h B u n t e ) bei v o l l k o m m e n e r V e r b r e n n u n g

Bild 4. E r g i b t die "Untersuchung der A b g a s e , daß C O , + O, kleiner ist als der e n t s p r e c h e n d e v o r s t e h e n d e W e r t , so l i e g t u n v o l l k o m m e n e V e r b r e n n u n g v o r , d. h. es t r e t e n u n v e r b r a n n t e Gase auf. D e r L u f t ü b e r s c h u ß m u ß also e r h ö h t werden, j e nach den v o r l i e g e n d e n Verhältnissen durch ö f f n e n der L u f t z u f ü h r u n g s k l a p p e n , durch E r h ö h u n g der Z u g s t ä r k e , durch E i n s t e l l u n g einer niedrigeren Brennschicht o . dgl. I s t CO, + 0 , ~ d e m a n g e g e b e n e n E r f a h r u n g s w e r t , so w i r d gut g e a r b e i t e t , ist aber diese S u m m e höher als der E r f a h r u n g s w e r t f ü r w i r t s c h a f t l i c h e n B e t r i e b sein soll, so ist der L u f t ü b e r s c h u ß zu g r o ß u n d m u ß durch e n t s p r e c h e n d e M a ß n a h m e n v e r r i n g e r t w e r d e n , d a m i t eine g ü n s t i g e r e V e r brennung erzielt w i r d .

5. Die R a u c h g a s e

33

W i r d bei der U n t e r s u c h u n g der C O , - G e h a l t g r ö ß e r gemessen als wie v o r s t e h e n d a n g e g e b e n , so liegt u n v o l l k o m m e n e V e r b r e n n u n g v o r , wird er n i e d r i g e r g e m e s s e n , so ist d e r L u f t ü b e r s c h u ß zu g r o ß . Auf diese A r t k a n n m a n a u c h s c h o n d u r c h die B e s t i m m u n g v o n CO, allein a u t die A r t d e r V e r b r e n n u n g schließen, sicherer ist a l l e r d i n g s die e r s t e r e M e t h o d e . Bei G a s f e u e r u n g ist die I i o n t r o l l e u . U. s c h w i e r i g u n d k a u m d u r c h f ü h r b a r , weil gleichzeitig m i t d e n B e s t a n d t e i l e n der A b g a s e a u c h die B e s t a n d t e i l e der B r e n n g a s e f e s t g e s t e l l t w e r d e n m ü ß t e n , s o f e r n die Z u s a m m e n s e t z u n g d e s B r e n n gases s c h w a n k e n d ist. Am e i n f a c h s t e n ist es, d e n 0 , - G e h a l t der A b g a s e zu k o n t r o l l i e r e n , der n i c h t h ö h e r als 3 % sein sollte, o h n e d a ß u n v e r b r a n n t e Gase a u f t r e t e n .

5. Die Rauchgase Die B e r e c h n u n g d e r R a u c h g a s m e n g e n u n d R a u c h g a s z u s a m m e n s e t z u n g g e h ö r t in d a s K a p i t e l V e r b r e n n u n g u n d ist d o r t e r l ä u t e r t . N a c h s t e h e n d folgen die B e r e c h n u n g e n der spezifischen Gewichte, spezifischen W ä r m e n u n d des W ä r m e inhaltes der Rauchgase. a) Spez. Gowlclit der R a u c h g a s e E s beträgt für Rauchgase mittlerer Zusammensetzung das s p e z i f i s c h e Gewicht bei 0° u n d 760 m m V ~

1,34,

d. h . 1 N m ' R a u c h g a s wiegt 1,34 kg. G e n a u e r b e r e c h n e t sich bei b e k a n n t e r Z u s a m m e n s e t z u n g y wie f o l g t : Beispiel 1 1 : Z u s a m m e n s e t z u n g von 1 N m ' G a s : 12% CO,, 7 % 0 „ 81 % N , . N a c h T a b e l l e S. 21 ist 0-12 Nm» CO, X 1.97 = 0,236 k g 0,07 ,, O , X 1.43 = 0,100 ,, 0,81 ,, N , X 1.257 = 1,018 ,, 1,00 N m ' Gas wiegt = 1,354 kg. Da v o n d e n B e s t a n d t e i l e n des R a u c h g a s e s CO, d a s h ö c h s t e spezifische Gewicht h a t , s t e i g t d a s spezifische Gewicht der R a u c h g a s e mit d e m C O , - G e h a l t . 1 N m ' t r o c k e n e s R a u c h g a s wiegt z. B. i m Mittel bei CO, + O, = 19 bezogen auf 0« u n d 760 m m , d. h. d a s spez. Gewicht ist bei 8 % C O , - G e h a l t 1,332 kg 1,337 9% 10 % 1,343 11 % 1,349 12 % 1,354 13 % 1,359 14 % 1,365 15% „ 1,370

34

5. Die

Rauchgase

B e i stark nasserdampfhaltlgen Gasen ist das Gewicht des W a s s e r d a m p f c s noch zu b e r ü c k s i c h t i g e n , wie n a c h s t e h e n d e s Beispiel 12 z e i g t : B r a u n k o h l e von 2150 k c a l von 28 % C, 2 , 1 2 % H u n d 60 % W ergebe A b g a s e v o n 14 % CO, u n d 5 % O,. E s b e t r ä g t n a c h F o r m e l (36) S . 26 die t r o c k e n e G a s m e n g e pro kg K o h l e 1,8807i4°~ und der W a s s e r d a m p f 9

3,73 N m

'

(y =

1,365)

•°'° 0 2 1 8 2 0 + 0 ' 6 0 = 0.985 N m 3 ( y = 0,804).

Damit ergibt

sich

3,73

0,985 4,715 also

=

Nm' x ,, X Nm3

1,365 = 5,1 kg 0 , 8 0 4 = 0 , 7 9 ,, = 5,89 kg

1 Nm 3 = - p ^ ß - = 1,25 kg (y = 1,25). 4,715

Bei nasserdarapfhaltlgen Gasen stellt sich also das spezifische Gewicht erheblich geringer. b) Spez. W i r m e der R a u c h g a s e Die spezifische W ä r m e ist a b h ä n g i g v o n der Z u s a m m e n s e t z u n g und T e m p e r a t u r der Gase. Die m i t t l e r e spez. W ä r m e zwischen 0» u n d i° G a s t e m p e r a t u r wird b e z e i c h n e t m i t cp bezogen auf 1 kg R a u c h g a s u n d Cp ,, ,, 1 N m 3 Genauer b e r e c h n e t m a n Cp n a c h folgendem Beispiel 1 3 : Zu e r m i t t e l n ist die spez. W ä r m e eines A b g a s e s v o n 3 0 0 " C, w e l c h e s aus 12 % CO,, 7,5 % O, u n d 80,5 % N„ b e s t e h t . N a c h T a b e l l e 32, S . 231 f ü r CO, C„ = 0 , 4 4 2 , für O, = 0 , 3 1 8 , f ü r N , = 0 , 3 1 8 , und CO, = 0 , 1 2 X 0 , 4 4 2 = O, = 0 , 0 7 5 X 0 , 3 1 8 = N, = 0,805 X 0,318 = Cp des Abgases =

0,053 0,024 0,256 0,333.

Mit z u n e h m e n d e r G a s t e m p e r a t u r steigt die spez. W ä r m e . Wasser dampf haltig e R a u c h g a s e haben eine höhere spezifische W ä r m e als trockene Gase. Beispiel 1 4 : Braunkohle 2150 k c a l von 28 % C; 2 , 1 2 H und 60 % W ergebe A b g a s e von 14 % C O , und 0 , 5 % . N a c h dem Beispiel 12 e r h ä l t m a n t r o c k e n e Gase 3,73 Nm3 Wasserdampf 0,985 ,, zusammen 4,715 Nm" oder 0 , 1 4 • 3,73 = 0 , 5 2 3 5 N m 3 0 , 0 5 • 3,73 = 0 , 1 8 6 5 ,, 0,81 • 3,73 = 3 , 0 2 0 0 ,, + Wasserdampf = 0,9850 .. zusammen = 4,7150 Nm3

5. Die R a u c h g a s e Diese

35

G e s a m t g a s m e n g e h a t je Nm» 0,5235 . ... = 0 , 1 1 2 CO 4, i 1 0 0,1865 0,0398 0 , 4,715 3,02 ° '

0,985 4,715

=

6 4 3 2

N

'

0,2050 H , 0

z u s . 1,0000 N m » . N a c h T a b e l l e 32, S. 231 i s t bei 300 » C

Damit

für

C03 O, N, HaO

C„ ,, ,, ,,

= = = =

0,442 0,318 0,318 0,376.

CO, O, N, H„Q für

= 0 , 1 1 2 X 0,442 = 0 , 0 3 9 8 X 0,318 = 0 , 6 4 3 2 X 0,318 = 0 , 2 0 5 0 X 0,376 1,000 N m * C„

wird = = = = =

0,0495 0,0127 0,2045 0,0771 0,3438

Zur V e r m e i d u n g dieser R e c h n u n g e n k a n n f ü r gewöhnlich gesetzt werden bei R e c h n u n g m i t Abgasen v o n 2 0 0 — 3 0 0 ° C lür 1 N m ' u. 1 kg Steinkohle (fast wasserdampffrei) Cp = 0,332 u . cp = 0,248 Braunkohle (stark wasserdampfhaltig) Cp = 0,345 u. cp — 0,273 bei R e c h n u n g mit F e u e r r a u m t e m p e r a t u r e n Steinkohle (fast wasserdampffrei) Cp = 0,3C8 cp = 0,27 Braunkohle (stark wasserdampfhaltig) Cp = 0,385 c p = 0,30 Für Heizflftchenberechnung bei S t e i n k o h l e bei B r a u n k o h l e (s. E r l ä u t e r u n g e n B e i s p i e l 60, S. 195).

Cp = 0,35 Cp = 0,865

c) W ä r m e i n h a l t der R a u c h g a s e Die i n e i n e r G a s m e n g e v o n d e r s p e z i f i s c h e n W ä r m e Cp u n d cp u n d v o n d e r T e m p e r a t u r t e n t h a l t e n e W ä r m e m e n g e beträgt Q = G • Cp-t k c a l bei G N m 3 G a s (52) oder Q = G • cp-i kcal bei G kg G a s (53)

36

5. Die R a u c h g a s e

W e r d e n also G m " o d e r kg Gase v o n t'« auf t"> a b g e k ü h l t , so b e t r ä g t die d e n Gasen e n t z o g e n e W ä r m e m e n g e Q = Q • C p \t' — t") kcal (54) bzw. Q=Q • Cp (f — t") kcal (55) ( C p od. Cp = m i t t l e r e spez. W ä r m e zwischen l' u n d (")• d) Das / ¿ - D i a g r a m m der V e r b r e n n u n g Zuerst v o n W . Schüle 1 ) u n d s p ä t e r b i n v o n R o s i n u n d Fehling 1 ) w u r d e d a s . / ( - D i a g r a m m der V e r b r e n n u n g v o r g e schlagen, d. h . d a s W ä r m e i n h a l t - T c m p e r a t u r d i a g r a m m . Bild 5. / ¿ - D i a g r a m m der R a u c h g a s e

Rauchgasremperatur t Dieses D i a g r a m m gilt m i t g u t e r A n n ä h e r u n g f ü r alle B r e n n s t o H e ( f e s t e , flüssige u n d g a s f ö r m i g e ) u n d b e r u h t auf d e r Ü b e r l e g u n g , d a ß bei der V e r b r e n n u n g mit der t h e o r e t i schen L u f t m e n g e der W ä r m e i n h a l t je N m ' R a u c h g a s f ü r K o h l e n s t o f f n a h e z u derselbe ist wie f ü r W a s s e r s t o r r : 1 kg C e r g i b t 1,867 N m 3 CO, u n d 7,02 N m ' N „ z u s a m m e n 8,887 N m * ') Z. V D I , B d . 60 (1916), S. 630. ') P. Rosin u n d R . Fehling, D a s J i - D i a g r a m m der Verb r e n n u n g , V D I - V e r l a g 1929.

5. Die R a u c h g a s e

37

R a u c h g a s (s. V e r b r e n n u n g s t a b e l l e S. 23) u n d die 8,887 N m ' R a u c h g a s e n t h a l t e n d e n H e i z w e r t Hu v o n 1 kg C, also 8100 kcal, so d a ß also 1 Nin* Rauchgas 8 1 0 0 : 8 , 8 8 7 = 015 kcal e n t h ä l t . 1 kg H , e r g i b t 11,19 N m ' 11,0 u n d 21,1 N m ' N „ zus a m m e n 32,29 N m * R a u c h g a s , welche also den H , - H e l z w e r t v o n 28700 kcal e n t h a l t e n u n d s o m i t e n t h ä l t 1 N m ' R a u c h g a s 28700 : 32,29 = 800 k c a l . D e r U n t e r s c h i e d ist nicht g r o ß u n d der F e h l e r wird n u r e t w a ± 1 , 5 % b e t r a g e n , wenn m a n m i t d e m Mittel dieser W ä r m e i n h a l t e r e c h n e t , wie es beim J t - D i a g r a m m g e s c h i e h t . A u c h die spez. W ä r m e der b e i d e n R a u c h g a s e ist n u r wenig v e r s c h i e d e n : N i m m t m a n beispielsweise eine R a u c h g a s t e m p e r a t u r v o n 1000» C a n , so ist n a c h der T a b e l l e 32, S. 231, die spez. W ä r m e f ü r d a s I t o h l e n s t o f f - R a u c h g a s m i t 21 % CO, u n d 79 % N , ( g e m ä ß v o r s t e h e n d e n M e n g e n a n t e i l e n ) = 0,511 • 0,21 + 0,332 • 0,79 = 0,37 u n d r a r d a s W a s s e r s t o f f r a u c h g a s m i t 34,5 % H , 0 u n d 65,5% N, = 0,398 • 0,345 + 0,332 • 0,655 = 0,355 entsprechend einem Fehler von ± 1,75%. B e i m J f - D i a g r a m m sind l i n k s s e n k r e c h t die W e r t e f ü r den W ä r m e i n h a l t J R a u c h g a s e e i n g e t r a g e n u n d u n t e n w a a g e r e c h t die R a u c h g a s t e m p e r a t u r e n t. V o m N u l l p u n k t u n t e n l i n k s steigen n a c h r e c h t s oben die R a u c h g a s - L i n i e n an, u n d z w a r f ü r einen L u f t g e h a l t ti| (s. S. 31, A b s a t z f) v o n 0, 20, 40, 60 u n d 80% , u n d d a r u n t e r v e r l ä u f t n o c h die Linie f ü r L u f t . M a n k a n n also a u s d e m D i a g r a m m fiir alle BronnstoIIo bei b e k a n n t e m L u f t ü b e r s c h u ß u n d W ä r m e i n h a l t / N m ' R a u c h gas die zugehörige R a u c h g a s t e m p e r a t u r e r m i t t e l n , o d e r u m g e k e h r t , wenn die T e m p e r a t u r b e k a n n t sein sollte, den zugeh ö r i g e n W ä r m e i n h a l t / N m * R a u c h g a s . I n gleicher Welse wird die Linie f ü r L u f t b e n ü t z t . W e n d e t m a n A b s c h n i t t 4, Teil e, f ü r die B e r e c h n u n g der Gas- u n d L u f t m e n g e n an u n d n i m m t f ü r die w e i t e r e n Ber e c h n u n g e n d a s J i - D r a g r a m m , so k a n n m a n , wie d a s Beispiel 58, S. 182 zeigt, sehr a b g e k ü r z t r e c h n e n . «) Der Rauminhalt der Rauchgase E i n e Gasmenge v o n G Nm* n i m m t bei i° u n d 760 m m n a c h S. 2 F o r m e l (1) d e n R a u m v o n G • ( 1 + 0,00867 • i) m» (la) ein. f) Der Taupunkt der Rauchgase D e r T a u p u n k t der R a u c h g a s e soll n i c h t u n t e r s c h r i t t e n w e r d e n , d a s o n s t die H e i z f l ä c h e n n a ß w e r d e n , sich m i t F l u g a s c h e v e r s c h m i e r e n u n d k o r r o d i e r e n . Bei s t a r k schwefelh a l t i g e n B r e n n s t o f f e n bildet sich schweflige S ä u r e , so d a ß die Z e r s t ö r u n g b e s o n d e r s rasch v o r sich g e h t , s o f e r n der T a u p u n k t erreicht w i r d . N a c h Gumz ( F e u e r u n g s t e c h n . R e c h n e n , Leipzig 1931) liegen die T a u p u n k t e der R a u c h g a s e f ü r v e r s c h i e d e n e B r e n n s t o f f e u n d L u f t ü b e r s c h u ß z a h l e n ü wie f o l g t : 4

N u b e r , B e r e c h n u n g . 12. Aufl.

38

6. Die Verbrennungs- und F e u e r r a u m t e m p e r a t u r Luftüberschuß ü = Gichtgas Steinkohle Heizöl Braunkohle 15 °/oW. Torf, lufttrocken . . Holz, „ . . Braunkohle 37 »/oW. 52«/, „ . 60%, „ .

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 »C

. . . . »t . .

32 43 50 51 56 58 62 67 72

31 29 28 27 26 41 158 37, 36 35 47 45 43 41 40 48 46 44 42 41 53 51 49 47 46 55 52 50 48 47 58 56 54 52 50 63 61 59 57 55 68 66 64 62 60

Bern.: Mit dem Schwefelgehalt des Brennstoffes steigt die T a u p u n k t t e m p e r a t u r .

6. Die Verbrennungs- undFeuerraumtemperatur Die Höhe der F e u e r r a u m t e m p e r a t u r ist abhängig v o m Heizwert, Wassergehalt, Luftüberschuß, von der Brennstoffmenge, d. h. von der Feuerraumbelastung, von der Lage des Feuerraumes zur Heizfläche, der Größe der vom Feuer bestrahlten Heizfläche und von derVerbrennungslufttemperatur. Je größer der L u f t ü b e r s c h u ß oder Wassergehalt, desto niedriger die F e u e r r a u m t e m p e r a t u r , denn die bei der Verbrennung entwickelte W ä r m e muß zum Teil zur E r w ä r m u n g des Luftüberschusses bzw. zur V e r d a m p f u n g des Wassers aufgewendet werden. Je größer die stündlich verfeuerte Brennstoffmenge, d. h. je höher die Feuerraumbeanspruchung ist, desto höher wird auch die F e u e r u n g s t e m p e r a t u r , wie aus nachstehenden Ausf ü h r u n g e n hervorgeht. Die bei der Verbrennung frei werdende W ä r m e müßte in einem geschlossenen, absolut wärmedichten Raum ganz von den Rauchgasen aufgenommen werden und würde ihnen also in diesen\ Falle die höchstmögliche Temperatur geben. Da aber ein (allerdings geringer) Teil der entwickelten Wärme von den W a n d u n g e n des Feuerraumes aufgenommen u n d nach außen ausgestrahlt bzw. abgeleitet wird, ist diese T e m p e r a t u r keinenfalls erreichbar. Auch die vorgelagerten Heizflächen nehmen W ä r m e auf, welche v o m Feuer abgestrahlt wird. Je größer diese Heizflächen sind, desto größer wird auch die durch Abstrnhlung dem Feuerraum entzogene Wärme und desto niedriger die F e u e r r a u m t e m p e r a t u r . Demnach erhält man unter sonst gleichen Verhältnissen niedrige F e u e r r a u m t e m p e r a t u r e n bei Innenfeuerungen, höhere bei Unterfeuerungen und die höchsten bei Vorfeuerungen, welche keine W ä r m e nach der Heizfläche abstrahlen können (siehe Kapitel Wärmeübergang). Bezeichnet i f u den Brennstoffheizwert je kg oder Nm', B die Brennstoffmenge in kg3 oder N m ' / h , G die Gasmenge je kg oder N m Brennstoff in N m "

6. Die V e r b r e n n u n g s - u n d F e u e r r a u m t e m p e r a t u r

39

Cp S

die spezifische W ä r m e des R a u c h g a s e s , die v o n d e r H e i z f l ä c h e d u r c h d i r e k t e S t r a h l u n g a u f g e n o m m e n e W ä r m e in k c a l / m * H e i z f l ä c h e und Stunde, F„F,',F," die Größe der v o m F e u e r b e s t r a h l t e n p r o j e z i e r t e n H e i z f l ä c h e in m 2 (s. S. 71 u n d 76), z„ die W a n d u n g s t e m p e r a t u r d e r H e i z f l ä c h e (s. S. 53), ° Raumtemperatur, so wird zu dem Rechnungsergebnls diese Temperatur addiert. Man käme also bei v o r s t e h e n d e m Beispiel bei 11 = 20° C auf 1260 bzw. 1250° C (s. a u c h Beispiel 60, S. 200 u n t e n ) . Bei Heißluftbetrieb u n d 0° C R a u m t e m p e r a t u r l a u t e t die B e r e c h n u n g s f o r m e l f ü r die t h e o r e t i s c h e V e r b r e n n u n g s t e m peratur t, = »u + L cph th 0 c (5S) 4*

40

6. Die V e r b r e n n u n g s - u n d F e u e r r a u ( n t e m p e r a t u r

Hierbei ist

L Cpi,

die L u f t m e n g e j e k g o d e r N m ' B r e n n s t o f f , die m i t t l e r e s p e z . W ä r m e d e r L u f t b e i 1 m/s u n d d> 0,03 m a n g e n ä h e r t f ü r 1 R o h r r e i h e « O, 6«

/

]

\

^ = -^TTT- " (3,6 + 2,7 • 1000/ — )

(92) d a r i n ist i) • 273 r e d u z i e r t e G a s g e s c h w i n d i g k e i t in m / s , v ° - ¿73 + 1 ~ i = Mittel v o n Gasein- u n d - a u s t r i t t s t e m p e r a t u r in »C, v = Gasgeschwindigkeit i m kleinsten Durchgangsquers c h n i t t in m/s. d = ä u ß e r e r R o h r d u r c h m e s s e r i n m. F ü r m e h r c r o h i n t e r e i n a n d e r liegende R o h r r e l h e n gelten folgende F o r m e l n :

10. Die W ä r m e ü b e r t r a g u n g

63

2 Reihen

hintereinander 0.SS4 / f \ ^ = ^ • ( 4 , 0 1 +2,34 — )

(93)

3 Reihen

hintereinander

4 Reihen

« » - - S ^ n r • ( * • " + 2 . « ¡555) hintereinander

0.654

^

5 Reihen

/

f

\

(94) (05)

=

hintereinander V, 0.A54 / «. = W - (

4

-

f \ 3

+

2,51

löoo)

(96)

1

Die so e r r e c h n e t e n W e r t e f ü r a j ) g e l t e n f ü r f l ü c h t e n d e R o h r r e i h e n , w ä h r e n d f ü r versetzte R o h r r e i h e n die m i t d e n F o r m e l n (93), (94), (95) u n d (96) e r r e c h n e t e n W e r t e n o c h m i t 1 , 1 4 ; 1,28; 1,34 u n d 1,4 zu m u l t i p l i z i e r e n s i n d , u m a n g e n ä h e r t r i c h t i g e W e r t e zu e r h a l t e n . Sind die R o h r r e i h e n n i c h t roll versetzt, so wird der Multip l i k a t o r kleiner. Bei voll versetzten R o h r r e i h e n ist d e r A b s t a n d a v o n M i t t e z u M i t t e R o h r in d e r R e i h e £ 2 d (s. S. 58) u n d d e r A b s t a n d v o n R e i h e z u R e i h e e r g i b t sich d a d u r c h , d a ß d a s R o h r d r e i e c k die G r u n d l i n i e = a u n d d i e b e i d e n S e i t e n = (a — d): 2 + d h a t . I s t a > 2 d o d e r d e r A b s t a n d v o n R e i h e z u R e i h e g r ö ß e r , so w i r d d e r M u l t i p l i k a t o r e b e n f a l l s k l e i n e r . D i e S t e i g e r u n g bei m e h r als 5 Rohrreihen i s t n u r n o c h g e r i n g ; d i e W e r t e f ü r a j l i e g e n z. B. bei 10 R e i h e n h i n t e r e i n a n d e r e t w a 9 % höher als bei 5 Reihen. Die n a c h s t e h e n d e n H i l f s t a b e l l e n e r l e i c h t e r n die R e c h n u n g .

d 0,038 0,042 0,051 0,063

Tabelle H für d ¿»,4« d 0,2372 0,2479 0,2706 0,2953

0,076 0,083 0,095 0,102

¿a.tt 0,3218 0,3345 0,3550 0,3662

Tabelle J f ü r n 0 ' " D« 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1

0,50 0,59 0,68 0,76 0,83 0,89 0,95 1,00

»»

V5"

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

1,26 1,48 1,68 1,86 2,02 2,17 2,32 2,46

2,60 2,73 2,86

2,98 3,09 3,21 3,32 3,43

9,5 3,53 13,5 4,30 3,63 14,0 4,39 10,5 3,73 14,5 4,48 11,0 3,83 15,0 4,53 11,5 3,93 15,5 4,62 12,0 4,03 16,0 4,72 12,5 4,12 16,5 4,78 13,0 4,21 17,0 4,85 10,0

17,5 4,92 18,0 5,00 18,5 5,09 19,0 5,15 19,5 5,21 20,0 5,35 20,5 5,37 21,0 5,44

Schack „Der industrielle W ä r m e D i e 2. A u f l . ü b e r g a n g " , V e r l a g S t a h l e i s e n m . b. H . , D ü s s e l d o r f , e n t h ä l t noch genauere Formeln.

64

10. Die

d

0,038 0,042 0,051 0,063

V„ 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 25.) v =

Wärmeübertragung

Tabelle K für 06 m)=4774 . W a s s e r an W a n d . N a c h S c h a c k g i l t für / > 1 0 0 0 m m u n d f ü r d = 10 — 1 0 0 m m a j = 2900 • • (1 + 0,014 t). wobei v = t =

W a s s e r g e s c h w i n d i g k e i t in m/s, m i t t l e r e W a s s e r t e m p e r a t u r in » C .

Rohre

mit (98)

66

10. Die W ä r m e ü b e r t r a g u n g Hiertür die a

0,2 0,3 0,4 0,5

Tabelle P für e 5 ' 85 „0.8S „o.S» » 1)

„o.ss

0,255 0,360 0,459 0,555

1,609 1,803 2,179 2,544

0,75 1,00 1,25 1,50

0,783 1,000 1,209 1,412

1,75 2,00 2,50 3,00

5. Kondensierender Dampf an Wand 1 ). Nach Nusselt ist außen für ein senkrechtes Rohr von der Länge l in m bei der Dampftemperatur i, u n d der W a n d t e m p e r a t u r f„ (Mittel) kcal/m' h° V i • Ui —

(99)

(„)

Hierin ist a t die Wärmeübergangszahl für Sattdampf an eine Wand von 1 m Höhe bei 1" Temperaturunterschied. Die Formel gilt nur für luftfreien Dampf; ist der Dampf lufthaltig, so fällt a s stark ab. F ü r ein waagrechtes Rohr vom Durchmesser d in m (außen) gilt ab = , Vd

-'

•

• 0,77 kcal/m 8 h°

(«, — «„)

. . . .

(100)

Liegen mehrere Rohre untereinander, so daß das Kondensat von einem Rohr auf das andere t r o p f t , so wird die mittlere Wärmeübergangszahl bei n Rohren untereinander, wenn a j nach Formel (100) die Übergangszahl der obersten Reihe ist, 4 (101)

°in = °i ]/— kcal/m" h« Tabello für a, = kcal/m s h°

im

a, im tm 8 735 60 0 5 660 10 6 260 70 9165 20 9 590 6 810 80 30 7 320 90 10 010 40 7 820 100 10420 50 8 285 110 10820 = (Dampftemperatur +

tm

a,

im

120 11 190 180 130 11 530 190 140 11 850 200 150 12180 160 12 490 170 12 770 Wandtemperatur)

«1 13020 13210 13 370

: 2.

Ist der Dampf überhitzt, die W a n d t e m p e r a t u r aber unter Sättigungstemperatur, so geht annähernd dieselbe Wärmemenge über wie bei Sattdampf vom gleichen Druck. Für Kondensation Im Rohr gelten dieselben Beziehungen, sofern das Kondensat rasch a b l ä u f t . 6. Wand an Luft. ) s . a u c h S. 111, F o r m e l ( 1 4 8 ) ,

80

12. Die DampfÜberhitzer-Heizfläche

b r a ü c h s e n d e langer F e r n l e i t u n g e n , u m T e m p e r a t u r v e r l u s t e aufzuholen. Die F e u e r u n g ist so e i n z u b a u e n , d a ß der Ü b e r h i t z e r keine S t r a h l u n g s w ä r m e a u f n e h m e n k a n n . Die F e u e r r a u m t e m p e r a t u r ist möglichst niedrig zu h a l t e n u n d die Heizfläche ist durch F e u e r b r ü c k e n vor der F l a m m e zu s c h ü t z e n . Die Gase sollten mit h ö c h s t e n s 900° auf die Heizflächen t r e f f e n . Unter U m s t ä n d e n m u ß den Gasen v o r h e r kalte L u f t beigemischt werden, wenn die T e m p e r a t u r n i c h t durch e n t s p r e chende R e g u l i e r u n g des Feuers h e r a b g e d r ü c k t werden k a n n . E m p f e h l e n s w e r t ist das Vorschalten eines kleinen Kesself, u m die Gase auf die g e w ü n s c h t e T e m p e r a t u r h e r a b z u d r o s s e l n . Bei dieser Methode a r b e i t e t der Überhitzer wirtschaftlicher und ist v o r dem V e r b r e n n e n wirksam g e s c h ü t z t . Die Heizfläche ist n a c h Formel (68) zu b e s t i m m e n . Die Abgastemperatur darf nicht zu niedrig g e w ä h l t werden, im allgemeinen = 350 —400», da sonst die Heizfläche sehr groß a u s f ä l l t . Der W i r k u n g s g r a d stellt sich u n t e r diesen Verhältnissen n a t u r g e m ä ß niedrig. Der Wirkungsgrad b e t r ä g t g e m ä ß F o r m e l (79), S. 47 DJM-Jd + W r (121) ' = bTH» w e n n H „ d e r B r e n n 3 t o f f h e i z w e r t u n d ß d i e B r e n n s t o f f m e n g e ist. Nach Formel (80), S. 48, b e t r ä g t der W i r k u n g s g r a d G" • C„" • t, und rj = 1,00 —(1,00 — v,) —(1,00 — wobei = 0,85—0,9 gesetzt werden k a n n . Mit m e h r als 50 —60 % W i r k u n g s g r a d k a n n jedenfalls u n t e r den beschriebenen Verhältnissen ohne Kesselvorlage nicht g e r e c h n e t w e r d e n . Die Wärmedurchgangszahl h ist wie v o r n angegeben zu errechnen. Die Dampfgeschwindigkeit soll zwecks wirksamer K ü h l u n g der Rohre wenigstens 20 —30 m/s. b e t r a g e n . Aus d e m selben Grunde v e r w e n d e t man meist im e r s t e n Drittel der Heizfläche Gleichstrom, während der übrige Teil der Heizfläche zur S c h a f f u n g günstigerer T e m p e r a t u r g e f ä l l e im Gegenstrom a r b e i t e t . Die Verwendung von z u n d e r b e s t ä n d i g e m R o h r m a t e r i a l ist zu e m p f e h l e n . c) Strahlungs-Übcrhitzcr Diese h a b e n den Vorteil, d a ß man mit kleiner Heizfläche hohe D a m p f t e m p e r a t u r e n erzeugen k a n n . Die theoretische Berechnung erfolgt n a c h Formel (89), S. 57, es e r g i b t sich d a n a c h die projizierte Heizfläche _ D • (u - i.) + w • r m r/f. 97QN < n • • • • . [7'/ + 2 7 3 V _ (l + 2 7 3 V1

H

ioo 7

r ioo ) J

wobei die mittlere W a n d u n g s t e m p e r a t u r i = i i i i : -f- 50» C.

13. Die N a c h s c h a l t h e i z f l ä c h e n

81

N a c h A n g a b e n v o n M ü n z i n g e r sind in den U S A . folgende F e s t s t e l l u n g e n g e m a c h t w o r d e n : D r u c k 90 a t , D a m p f g e s c h w i n d i g k e i t 1 5 — 4 5 m / s ; L e i s t u n g je m 1 H e i z f l ä c h e , bezogen auf d e n g a n z e n R o h r u m f a n g 100 000—150 000 k c a l / h ; ä u ß e r s t e noch zulässige L e i s t u n g 200 000 k c a l ; A b s t a n d der R o h r e h i e r b e i 250 m m v o m M a u e r w e r k u n d R o h r w a n d s t ä r k e 5—7 'A m m ; die Rohre , , k r i e c h e n " im Lauf der J a h r e , d. h . ihr D u r c h m e s s e r v e r g r ö ß e r t sich u n d die R o h r e r e i ß e n bei 29 % D u r c h m e s s e r - V e r g r ö ß e r u n g a u f , so d a ß m a n es v o r z i e h t , bei 20% (in e t w a 4—5 J a h r e n ) die R o h r e a u s z u w e c h s e l n ; die Ü b e r t e m p e r a t u r der A u ß e n w a n d ü b e r die D a m p f t e m p e r a t u r soll bei n o r m a l e m K o h l e n s t o f f s t a h l angeblich 125 u n d bei C h r o m s t a h l 140» C b e t r a g e n . Man s i e h t d a r a u s , d a ß m a n Material v o n h o h e r D a u e r s t a n d f e s t i g k e i t u n d Z u n d e r b e s t ä n d i g k e i t w ä h l e n sollte, in D e u t s c h l a n d h a t m a n j e d e n f a l l s d a m i t bessere E r f a h r u n g e n g e m a c h t als v o r s t e h e n d , a n g e g e b e n . U n t e r 30 a t sollte m a n keine S t r a h l u n g s ü b e r h i t z e r n e h m e n , da m i t d e m D a m p f d r u c k die K ü h l w i r k u n g a b s i n k t . W ä h r e n d bei K e s s e l z u g - Ü b e r h i t z e r n die D a m p f t e m p e r a t u r m i t der K e s s e l b e l a s t u n g s t e i g t , f ä l l t sie im S t r a h l u n g s ü b e r h i t z e r ; die K o m b i n a t i o n b e i d e r ü b e r h i t z e r a r t e n f ü h r t d a h e r zu fast g l e i c h b l e i b e n d e r D a m p f t e m p e r a t u r bei allen B e l a s t u n g e n , d) Druckverlust In Dampfüberhitzern s. S. 113.

13. Die Nachschaltheizflächen Allgemein ist zu b e a c h t e n , d a ß die A b g a s t e m p e r a t u r e n dieser H e i z f l ä c h e n den T a u p u n k t der Abgase (s. S. 37) nicht u n t e r s c h r e i t e n d ü r f e n , i n s b e s o n d e r e n i c h t bei H e i z f l ä c h e n aus S c h m i e d e e i s e n o d e r S t a h l , weil diese b e k a n n t l i c h korrosionse m p f i n d l i c h e r sind als die mit der s c h ü t z e n d e n G u ß h a u t versehenen gußeisernen Heizflächen. a ) Speisowassor-Vorwärmor Der S p e i s e w a s s e r v o r w ä r m e r o d e r a u c h „ R a u c h g a s v o r w ä r m e r " oder k u r z , , V o r w ä r m e r " g e n a n n t , ist ein h e r v o r r a g e n d e s Mittel zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit einer K e s s e l a n l a g e . E r e n t z i e h t den A b g a s e n des Kessels die ü b e r schüssige W ä r m e , welche der Kessel selbst n i c h t m e h r a u f n e h m e n k a n n . Die W ä r m e a u f n a h m e f ä h i g k e i t der H e i z f l ä c h e ist a b h ä n g i g v o m T e m p e r a t u r g e f ä l l e zwischen Gasen und W a s s e r , welches e r f a h r u n g s g e m ä ß 100 —150 ° C b e t r a g e n soll; bei n o c h n i e d r i g e r e m Gefälle e r g e b e n sich u n w i r t s c h a f t l i c h g r o ß e H e i z f l ä c h e n . H a t z. B. d a s Kesselwasser 200°, so soll d e m n a c h die K e s s e l a b g a s t e m p e r a t u r m i n d e s t e n s 300 —350" b e t r a g e n , d a g e g e n ergibt sich f ü r den V o r w ä r m e r e i n e Abgast e m p e r a t u r v o n n u r 130 —180», w e n n das S p e i s e w a s s e r mit 30° C da in den V o r w ä r m e r e i n t r i t t , wo die Gase a u s t r e t e n . Die den R a u c h g a s e n v o m S p e i s e w a s s e r im V o r w ä r m e r e n t zogene u n d d e m Kessel z u g e f ü h r t e W ä r m e m e n g e ist s o m i t s e h r e r h e b l i c h , u n d d e m e n t s p r e c h e n d groß sind die Kohlencrsparnlsso (je n a c h den B e t r i e b s v e r h ä l t n i s s e n 8 — 1 5 % ) .

82

13. Die Nachschaltheizflächen

Heute wird der Speisewasservorwärmer allgemein als unentbehrlicher Bestandteil einer wirtschaftlichen Kesselanlage angesehen, sofern die Abwärmeverwertung nicht zweckmäßiger im Lufterhitzer oder in Trocknungsanlagen erfolgt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, d a ß bei der E r w ä r m u n g des Wassers ein großer Teil der Kesselsteinbildner in Form von Schlamm ausgeschieden und vom Kessel ferngehalten wird. Bei natürlichem Zug wird die Vorwärmerabgastemperatur in der Regel mit mindestens 170—180» festgelegt, damit zwecks Erzielung einer ausreichenden Zugstärke nicht zu hohe Schornsteine errichtet werden müssen. Bei Ventllatorseug kann man dagegen bis auf etwa 130° heruntergehen, wobei sich allerdings große Heizflächen ergeben, und es ist deshalb genau zu untersuchen, ob der hierdurch erzielte Wärmemehrgewinn in wirtschaftlichem Verhältnis zu den Anschaffungskosten steht. Zu berücksichtigen ist dabei, daß ein Teil des Wärmegewinnes durch den Kraftbedarf der Ventilatoren wieder aufgebraucht wird. Sehr verbreitet waren früher die gußeisernen,,Ekonomiser" mit mechanisch bewegten R u ß a b k r a t z e r n , auch ,, Glattrohrvorwärmer" genannt, die Röhren ununterbrochen bestreichen. Der große R a u m b e d a r f , die hohen Anlagekosten und die Nichteignung f ü r Drücke über 16 at, haben dazu geführt, daß diese Art von „ E k o n o m i s e r " durch den sog. RlppenrohrVorw&rmer, der aus gußeisernen Flanschenröhren mit zahlreichen Querrippen (Rippenabstand 20—30 mm) besteht, ganz verdrängt wurde. Diese Röhren sind horizontal gelagert u n d durch gußeiserne Doppelkrümmer miteinander verbunden. Diese Art der Heizfläche ist die denkbar billigste. Neuerdings verbreiten sich auch die Stahlrohrschlangen-Vorw&rmer, welche jedoch reines sowie gas- und luftfreies Speisewasser bedingen; sie kommen besonders für höhere Drucke in Frage und als Vorverdampfer (siehe S. 13 u. 84). Die Wärmedurchgangszahl h wird nach den Formeln (55), (56), (53), (51) oder (49) berechnet; bei geringen Wassergeschwindigkeiten kann h ~ atg und bei Gastemperaturen S 200" C ~ ab gesetzt werden. Für Rippenrohre würde man bei diesen Berechnungen für h zu hohe Werte erhalten, denn die Heizfläche der Rippen ist der Heizfläche glatter Rohre natürlich nicht gleichwertig. Eine genaue, aber umständliche Berechnung f ü r Rippenröhen gibt E . Neussel in der Zeitschrift „Archiv f ü r Wärmewirtschaft u. Dampfkesselwescn" 1929, Heft 2, an 1 ). Die Wärmedurchgangszahl ist hauptsächlich abhängig von der Rippenhöhe; bei gleichen Rippenabständen wird natürlich dasjenige Rohr, bei dem der Anteil der glatten Rohrheizflächen am größten, d. h. Rippenhöhe am niedrigsten ist, die höchste Wärmedurchgangszahl aufweisen. Der gesamte Wärmedurchgang je m Rohr nimmt aber mit wachsendem Rippenabstand, d. h. mit der Rippenzahl ab. ') s.a. ,,Die W ä r m e " 1940, Heft 48 „Wärmeübergangsfragen beim Rippenrohrrauchgasvorwärmer" von Dr.-Ing. M. Lang.

13. Die Nachschaltheizflächen

83

Wärmedurchgangszahlen k lür gußeiserne Rippenrohre Nr.

1

2

3

4

5

6

d = d, = a

48,0 106/106 20,0 150,0 1,00 0,055

60,0 140/140 17,0 140,0 1,00 0,055

68,0 150/150 20,0 150,0 1,375 0,05

80,0 204/204 30,0 220,0 2,25 0,104

90,0 206/206 27,5 225,0 2,54 0,087

97,0 216/216 30,0 217,0 2,52 0,082

\

=

H = / = v: Ar: k: k: k: k: k: 4 21,0 10,4 9,2 12,1 12,0 9,3 5 22,1 11,5 10,2 10,2 13,3 13,5 14,6 12,4 11,0 11,2 6 23,2 14,3 15,2 13,2 11,7 12,2 7 24,3 15,7 8 25,2 16,2 13,9 12,4 16,8 13,0 26,1 17,1 14,5 13,0 9 17,9 13,8 10 27,0 14,5 17,8 18,9 15,2 13,6 27,8 18,5 19,8 14,2 11 15,8 15,3 12 28,6 19,2 20,7 16,4 14,7 16,0 14 20,5 22,2 29,9 17,5 15,7 17,3 d = lichter R o h r - 0 in mm. H — Heizfläche/m Rohr in m 1 . dr = Rippen-[|] in mm. / = f r e i e r Querschnitt! (für die a = Rippenabstand in mm. Rauchgase) in m /m Rohr. A = Rohrabstand in mm. v = Gasgeschwindigkeit in m/s. B e r n . : Die Werte beziehen sich auf Steinkohle und sind f ü r die stark wasserdampfhaltigen Abgase von Rohbraunkohle entsprechend der höheren Gasstrahlung zu e r h ö h e n ; bei einer mittleren Gastemperatur von 300» C macht die Erhöhung etwa -f- 0,5 aus. Die Rohrwandstärken der Rippenrohre sind in der Regel etwa 10 mm (bei dem kleinen Durchmesser von 60 lw. 8 mm). Bei unreinen Abgasen empfiehlt es sich, die Rippenabstände 30 mm zu wählen, damit keineVerstopfung eintreten kann. Für hohe Drucke h a t man in den letzten Jahren an Stelle der gußeisernen Rippenröhren Stahlröhren mit elektrisch aufgeschweißten Rippen gewählt, und zwar in unveränderter Konstruktion, d. h. mit Flanschverbindungen an beiden Rohr enden oder mit Umkehrstücken, in welche die Rohrenden eingewalzt werden. Bei einer anderen Konstruktion kommen Stahlrohre mit gußeisernem Rippenrohr als Mantel zur Verwendung. Auch Konstruktionen mit geraden Stahlrohren, jedoch ohne Rippen, werden gebaut und insbesondere auch wieder der altbekannte Schlangenrohr-Vorwärmer aus Stah^. Alle Vorwärmer aus Stahlröhren bedin B en u n t e r allen Umständen gas- und luftfreies Speisewasser, denn es fehlt dem Stahlrohr die gegen Korrosionen widerstandsfähigere Gußhaut des Gußrohres. Die Wärmedurchgangszahl des Stahlrippenrohres ist bei gleichen Abmessungen ungefähr den Werten obiger Tabelle gleichzusetzen, denn die geringere Wandstärke des Stahlrohres (5—6 mm) hat fast keinen Einfluß. Für Schlangenrohre und gerade, glatte Stahlrohrvorwarmer ist k nach dem Kapitel 10 „ W ä r m e ü b e r t r a g u n g " zu berechnen.

84

13. Die N a c h s e h a l t h e i z f l ä c h e n

Berechnung der Heizfläche Bezeichnet B die B r e n n s t o f f m e n g e in N m ' / h oder k g / h , G ,, G a s m e n g e je N m ' o d e r kg B r e n n s t o f f in N m ' / h , ' p ,, spezifische W ä r m e der Gase, Gasanfangstejnperatur, Gasendtemperatur, Wassereintrittstemperatur, Wasseraustrittstemperatur, W a s s e r m e n g e je S t u n d e In kg, und rechnet man mit 3 % L e i t u n g - und Ausstrahlungsverlusten, so ist 0,97 • B • G • C p ( l a — >,) = D (i 2 — (,) kcal. Die Wassoraustrlttstcinperntur b e t r ä g t m i t h i n

u n d die

Gasaustrittstemperatur

''-^-öß^rk Die Heizfläche e r h ä l t m a n zu F = D ' t l d t l ) t d nach F o r m e l (106) oder (107), S. 68) 1 ). Die W ä r m e d u r c h g a n g s z a h l ist1

k

a a bg w * Die Eintrittstemperatur, der Gaso ist = der K e s s e l a b g a s t e m p e r a t u r zu s e t z e n , w e n n der V o r w ä r m e r dicht beim Kessel s t e h t . Bei l a n g e n , g u t isolierten V e r b i n d u n g s k a n ä l e n ist d a gegen ein e n t s p r e c h e n d e r A b z u g zu m a c h e n , e t w a bis 1° je m K a n a l l ä n g e . Die Eintrittstemperatur des Wassers soll n i c h t u n t e r d e m sog. T a u p u n k t der Abgase liegen, weil s o n s t die in d e n Gasen e n t h a l t e n e n D ä m p f e des W a s s e r s , d e s T e e r s u n d der s c h w e f ligen S ä u r e an d e n k a l t e n Stellen d e r R ö h r e n k o n d e n s i e r e n , w o d u r c h die R o h r w a n d u n g e n z e r s t ö r t w e r d e n . A u c h d a s F e s t k l e b e n der F l u g a s c h e wird d a d u r c h b e g ü n s t i g t . Bei B r e n n s t o f f e n , welche viel W a s s e r d a m p f in d e n Verb r e n n u n g s g a s e n a u f w e i s e n , wird m a n g u t t u n , die Gase nicht unte» 170 —180° a b z u k ü h l e n , da n i e d r i g e G a s t e m p e r a t u r e n d a s K o n d e n s i e r e n der D ä m p f e b e g ü n s t i g e n . Die W a s s e r a u s t r i t t s t e m p e r a t u r m u ß in a n g e m e s s e n e r Grenze u n t e r d e r S a t t d a m p f t e m p e r a t u r g e h a l t e n w e r d e n , d a m i t im V o r w ä r m e r keine D a m p f b i l d u n g e i n t r e t e n k a n n , welche d e m V o r w ä r m e r g e f ä h r l i c h w ü r d e u n d u n t e r U m s t ä n d e n den A b f l u ß des W a s s e r s n a c h d e m Kessel v e r h i n d e r n k ö n n t e . N e u e r d i n g s n e i g t m a n zum E i n b a u v o n „Vorverdampfern", die d a s W a s s e r z u n ä c h s t auf S a t t d a m p f t e m p e r a t u r b r i n g e n ') s. a u c h Seite 233.

13. Die

Nachschaltheizflächen

85

u n d im S c h l u ß t e i l d u r c h weitere W ä r m e a u f n a h m e n o c h eine gewisse D a m p f m e n g e e r z e u g e n . D u r c h a u s r e i c h e n d e W a s s e r g e s c h w i n d i g k e i t u n d f r e i e V e r b i n d u n g m i t d e m Kessel m u ß f ü r sichere D a m p f a b f u h r g e s o r g t w e r d e n . Die B e r e c h n u n g des "Verdampfungsteiles erfolgt n a c h F o r m e l (108) u n d (110), wobei Qt,, = im V o r w ä r m e r e r z e u g t e D a m p f m e n g e Dx X V e r d a m p f u n g s w ä r m e r ist. Ersparnis durch den Speisewasser-Vorwärmer Bei D kg D a m p f u n d einer D a m p f w ä r m e i (bei S a t t d a m p f ¿,, bei H e i ß d a m p f i,) w e r d e n v e r f e u e r t , w e n n H u der B r e n n s t o f f h e i z w e r t u n d i der W i r k u n g s g r a d der Kesselanlage ist ohne Vorwärmer

— kg od. N m ' Brennstoff, H„ • n i—U

— kg od. Nm 3 B r e n n s t o f f . Hun i—U D u r c h den V o r w ä r m e r w e r d e n also an Brennstoff gespart A ^ L k g (126) I1U • 7] "u ' 1 o d e r in P r o z e n t e n v o m K o h l e n v e r b r a u c h ohne V o r w ä r m e r ausgedrückt D • (i — U) D (i — U) mit Vorwärmer

Hu-n Hu-n _ 100 = 100 °/o . . . (127) p • u — U) i — r, H„ -n Der Wirkungsgrad der Kossolanlago wird d u r c h den Vorw ä r m e r u m plus ^ w * ' « 0 ' 100% "u • B — B r e n n s t o f f v e r b r a u c h f ü r B e t r i e b mit

(128)

e r h ö h t . (B Vorwärmer.) Die F o r m e l n f ü r die B e r e c h n u n g dey S c h o r n s t e i n v e r l u s t e s im K a p i t e l W ä r m e v e r l u s t e zeigen, d a ß m i t s i n k e n d e m CO,G e h a l t der Kcsselabgase, d. h. bei s t e i g e n d e m L u f t ü b e r s c h u ß der S c h o r n s t e i n v e r l u s t s t e i g t . Die F o r m e l (72) f ü r die Ber e c h n u n g der W a s s e r e r w ä r m u n g zeigt d a g e g e n , d a ß m i t der G a s m e n g e G, also mit s i n k e n d e m C O j - G e h a l t der Kesselabgase die W a s s e r e r w ä r m u n g s t e i g t . H i e r a u s e r g i b t sich, d a ß mangelhafte Feuerbedienung v o m Rauchgasvorwärmcr wieder ausgeglichen wird, w e n i g s t e n s bis zu e i n e m gewissen G r a d e . Beispiel 32: Der auf S . 7 2 b e r e c h n e t e W a s s e r r o h r kessel h a t 350° A b g a s t e m p e r a t u r , welche im V o r w ä r m e r a u s g e n ü t z t w e r d e n soll. Bei d e r B e r e c h n u n g ist m i t 100» Speisewasser g e r e c h n e t , also a n g e n o m m e n , d a ß d e r Kessel einen Vorw ä r m e r h a t . Man e r h ä l t d a n n m i t F o r m e l (124) die G a s t e m p e r a t u r beim A u s t r i t t a u s d e m V o r w ä r m e r , w e n n (, = 30 °C zu 7

N u b e r , B e r e c h n u n g . 12. A u f l .

86

13. Die N a c h s c h a l t h e i z f l ä c h e n , _ 350 ( 1 0 0 - 3 0 ) - 10000 _ '' ~ 350 0,97 • 1070 • 14,7 • 0,32 _ (350 — 100) — (207 — 30) . = , 350-100 =21'" In 207 — 30 Die Heizfläche wird bei k = 12 10000(100 — 30) 268 m ! . — 12 • 2l7 ~~ Die K o h l e n e r s p a r n i s b e t r ä g t i

o

° - - i H I =

r

u

n

d

l l o /

7

°-

Am W i r k u n g s g r a d der Anlage h a t der V o r w ä r m e r den Anteil v o n (100 30) • 10000 7500 • 1070 ' "' d . h . der G e s a m t w i r k u n g s g r a d f ü r Kessel mit V o r w ä r m e r ist = 70,6 % + 8,7 % = 79,3 %. B e r n . : E n t s p r e c h e n d d e m geringeren K o h l e n v e r b r a u c h je 1 kg D a m p f k a n n d e r Kessel mit E k o n o m i s e r m e h r D a m p f liefern als der Kessel o h n e E k o n o m i s e r , w e n n in beiden Fällen dieselbe K o h l e n m e n g e v e r f e u e r t wird. Die Zugverluste Im Rlppenrohr-Vortvttrmer Nr.4 d e r T a b e l l e b e t r a g e n e t w a bei 5/10/15 u n d 20 R o h r r e i h e n ü b e r e i n a n d e r f ü r 4 m/s 1,5/2,5/4 u n d 5 m m W S , f ü r 6 m / s 2,5/5/7 u n d 1 Omm W S , f ü r 8 m/s 4/7,5/11 u n d 15 m m W S , f ü r 10 m / s 7/12/17 u n d 22 mm W S u n d f ü r 12 m / s 10/18/25 u n d 34 mm W S . b) Lufterhitzer Die A u s n u t z u n g d e r K e s s e l a b g a s e d u r c h E r h i t z u n g d e r V e r b r e n n u n g s l u f t ist n i c h t n e ü , i n s b e s o n i e r e beiSchiffskesseln k o m m t dieses V e r f a h r e n schon lange z u r A n w e n d u n g . Bei s t a t i o n ä r e n Anlagen d a g e g e n h a t m a n bis v o r wenigen J a h r e n v o r g e z o g e n , mit K e s s e l a b g a s e n das Speise wasser zu e r w ä r m e n , d e n n die Kessel w e r d e n bei B e t r i e b m i t h e i ß e m W a s s e r g e s c h o n t u n d die L e i s t u n g s f ä h i g k e i t der Kesselheizfläche w i r d gleichzeitig e r h ö h t , o h n e d a ß die spezifische B e l a s t u n g d e r H e i z f l ä c h e s t e i g t . I n allen F ä l l e n a b e r , wo b e r e i t s h e i ß e s W a s s e r zur V e r f ü g u n g s t e h t , k a n n an Stelle, d e s V o r w ä r m e r s d e r L u f t e r h i t z e r die W i r t s c h a f t l i c h k e i t der Anlage e r h ö h e n . So wird z. B. n e u e r d i n g s h ä u f i g d u r c h A n z a p f d a m p f d a s Speisewasser h o c h e r w ä r m t (siehe K a p i t e l 23) u n d der L u f t e r h i t z e r ist a u s d i e s e m G r u n d e m e h r als bisher in den V o r d e r g r u n d des I n t e r e s s e s g e t r e t e n 1 ) . E r ist f ü r d e r a r t i g e A n l a g e n eine N o t w e n d i g k e i t u n d bringt, a u ß e r d e m W ä r m e g e w i n n n o c h den Vorteil, d a ß die H e i ß l u f t e i n e n g ü n s t i g e n E i n f l u ß auf den V e r b r e n n u n g s v o r g a n g h a t . Zu b e a c h t e n ist d a b e i , d a ß bei H e i ß l u f t b e t r i e b d e r A s c h e n - E r w e i c h u n g s - bzw. S c h m e l z p u n k t f ü r R o s t f e u c r u n g e n n i c h t ü b e r s c h r i t t e n w i r d ; der E i n b a u von S t r a h l u n g s - H e i z f l ä c h e n k a n n h i e r Abhilfe s c h a f f e n . ') W. Gumz, „ D i e L u f t v o r w ä r m u n g im D a m p f k e s s e l b e t r i e b " 1933, I I . Aufl., Verlag O t t o S p a m e r , Leipzig.

1 3 . Die N a c h s c h a l t h e i z f l ä c h e n

87

H a t das Speisewasser eine verhältnismäßig hohe Anfangst e m p e r a t u r , w e l c h e a b e r n o c h n i c h t an d i e v o n d e r V e r d a m p f u n g s t e m p e r a t u r b e s t i m m t e , zulässige Grenze heranreicht, so k ö n n e n die K e s s e l a b g a s e z u n ä c h s t d a z u d i e n e n , d a s W a s s e r a u f diese T e m p e r a t u r zu b r i n g e n , u n d m i t d e m R e s t d e r v e r f ü g b a r e n A b w ä r m e k a n n d a n n n o c h die V e r b r e n n u n g s l u f t e r h i t z t w e r d e n . D e r w ä r m e t e c h n i s c h e V o r t e i l der L u f t e r hitzung liegt darin, daß der S c h o r n s t e i n v e r l u s t vermindert und a u ß e r d e m noch der T e m p e r a t u r w e r t der V e r b r e n n u n g s g a s e b z w . die F e u e r r a u m t e m p e r a t u r e r h ö h t w i r d . M a n e r k e n n t d i e s o h n e w e i t e r e s a u s der F o r m e l ( 8 0 ) , S e i t e 4 8 . Zu d e r v o m B r e n n s t o f f e n t w i c k e l t e n W ä r m e k o m m t die H e i ß l u f t w ä r m e h i n z u , u n d die F o r m e l n v o n S e i t e 39 u n d 41 l a u t e n d a h e r f ü r H e i ß l u f t b e t r i e b wie f o l g t : Theoretische

Verbrennungstemperatur f

_

Hu + L-

f"

(bezogen

a u f 0»

• th (58)

Kesselhaustemperatur).

Feuerraumtemperatur B - f f

Cph

GC„

u

+

bei Ii

B-L-Cp b a

Grad h

-(t c„

h

Kesselhaustemperatur ~t,)S-F,

(66) ' Hierbei bedeutet: th = Heißlufttemperatur am Lufterhitzer, Cph — s p e z i f i s c h e W ä r m e d e r H e i ß l u f t ( T a b e l l e 3 1 ) . Beispiel 3 3 ; N i m m t m a n f ü r das B e i s p i e l 17 v o n S e i t e 4 2 ( j = 2 0 0 ° a n , so e r h ä l t m a n mit d e m e r r e c h n e t e n Cpi, = 0 , 3 1 6 u n d d e m g e s c h ä t z t e n t, = 1 3 0 0 » b e i L = 1 2 , 0 6 1000 • 7500 + 1000 • 12,06_- 0,316 (200 — 30) — 242700 • 10 _ " "lOOO ' 1 2 , 4 • 0,36 ~

„ '

so d a ß d e r wirkliche W e r t bet e t w a 1 2 9 5 » l i e g e n w i r d . Man e r h ä l t s o m i t e i n e F e u e r r a u m t e m p e r a t u r tt = 1 2 9 5 + 30 = 1 3 2 5 » C, u n d die E r h ö h u n g d e r F e u e r r a u m t e m p e r a t u r d u r c h die H e i ß l u f t b e t r ä g t 85» C ( 1 2 4 0 a u f 1 3 2 5 ) . N i m m t m a n f e r n e r die A b g a s t e m p e r a t u r s o w o h l a m E n d e d e s V o r w ä r m e r s a l s a u c h des L u f t e r h i t z e r s zu 2 0 0 » a n u n d e r r e c h n e t n a c h der F o r m e l ( 5 6 ) , S e i t e 39, i m e r s t e n F a l l i„ = 1 7 1 0 u n d i m a n d e r e n F a l l n a c h d e r v o r s t e h e n d e n F o r m e l ( 3 4 a ) /„ = 1 8 4 0 , so e r h ä l t m a n n a c h F o r m e l ( 8 0 ) , S e i t e 4 8 , den H e i z f l ä c h e n wirkungsgrad •i t •• mit Vorwarmer und

„

„ = 1-

Lufterhitzer * = 1 -

200 • 13,4 • 0,33 „ „ . 1 2 | 4 . 0 3 6 = 0,883

m 0

^

=

0,892.

R e c h n e r i s c h s t e l l t s i c h s o m i t der W i r k u n g s g r a d der A n l a g e mit L u f t e r h i t z e r u m + 0,9 % höher. Allerdings steht diesem G e w i n n d e r K r a f t b e d a r f des L u f t g e b l ä s e s g e g e n ü b e r . ( D i e G a s m e n g e G ist a m E n d e m i t 1 3 , 4 u n d die s p e z . W ä r m e mit 0,33 angenommen.) 7

88

13. Die

Nachschaltheizflächen

Die L u f t e r h i t z e r werden aus g u ß - oder s c h m i e d e i s e r n e n R ö h r e n oder P l a t t e n ( T a s c h e n ) h e r g e s t e l l t , welche e i n e r s e i t s v o n den A b g a s e n und auf der anderen Seite v o n der zu erhitzenden L u f t möglichst im G e g e n s t r o m bestrichen w e r d e n . Die Wftrmedurchgangszahl h k a n n für normale V e r h ä l t nisse e t w a wie folgt a n g e n o m m e n werden, und zwar für T a s c h e n - und R ö h r e n l u f t e r h i t z e r g l e i c h : Gasgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Wärmedurchgangszahl Zugverlust, gasseitig Druckverlust, I u f t s e i t i g

4 6 8,0 4 8

6 8 10,5 7 13

8 10 11,5 13 20

10 m/s 12 12,5 k c a l / m a h« 20 mm W S 30

Die a n g e g e b e n e n Zug- und D r u c k v e r l u s t e gelten allerdings f ü r reinen G e g e n s t r o m ohne U m l e n k u n g e n (nicht für mehrfachen K r e u z s t r o m ) ; bei u n g ü n s t i g e r e n B a u a r t e n k ö n n e n die W e r t e sehr s t a r k a n s t e i g e n . Nach Gumz k a n n für T a s c h e n l u f t e r h i t z e r mit der S p a l t b r e i t e b in mm und d e r r e d u z i e r t e n Geschwindigkeit ve ger e c h n e t werden (einschl. genereller B e r ü c k s i c h t i g u n g der Gasstrahlung und B e s t r e i c h u n g s g r a d ) für Gas an die W a n d a b = für Wand an die L u f t a, = und somit

20.68 13,74 i r " ' s

• »0°',! • r„°,,s

0,8 0,8

(129) (130)

1 ™ kann vernachlässigt'!. ai "h U werden ' F ü r B ö h r e n l u f t o r h l t z c r h a b e n j e n a c h K o n s t r u k t i o n gasund Iuftseitig die F o r m e l n (90) S . 60, (91) S . 6 1 , ( 9 2 —96) S . 62 und ( 1 0 3 ) S. 67 Gültigkeit. Die n a c h s t e h e n d e n Rechnung. b 15 20 25 30

0,58 0,55 0,525 0,507

Tabellen

D«

V "

v.

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

3,30 1,68 ],C9 2,28 2,56 2,83

5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Q und

3,35 3,85 4,32 4,76 5,19 5,60

R

erleichtern

die

v • 273 " » = 273 + 7 ' W ° b e i idieGas-oderLuftt e m p e r a t u r i m Mittel i s t .

B e r e c h n u n g der Hcizflüche Wie beim V o r w ä r m e r e r h ä l t m a n auch hier mit 3 % t e i tungs- und S t r a h l u n g s v e r l u s t c n s i n n g e m ä ß 0,97 • B und daraus die

ferner die

B Cp(t. HcUUufttompcratur

' c p h Lufterhitzerhcizfläche

CPh

Ca — h e r r e c h n e t w e r d e n . Bei A u f m a c h u n g einer W ä r m e b i l a n z k a n n d a g e g e n dem L u f t e r h i t z e r n u r der Gewinn d u r c h V e r m i n d e r u n g des Schorns t e i n v e r l u s t e s a n g e s c h r i e b e n w e r d e n , weil der Gewinn d u r c h E r h ö h u n g der F e u e r r a u m t e m p e r a t u r p r a k t i s c h n i c h t n a c h g e w i e s e n werden k a n n . Die R e g e n e r a t i v l u f t e r h i t z e r sind n a c h d e m Buch v o n G u m z zu b e r e c h n e n .

14. Hcizflächenverteilung Die D i a g r a m m e u n d D a m p f t a b e l l e n J a s s e n a u s der Verä n d e r u n g der F l ü s s i g k e i t s - , V e r d a m p f u n g s - u n d G e s a m t w ä r m e schon e r k e n n e n , d a ß sich mit steigondom Druck die Wttrmevcrtoilung auf Kessel, Überhitzer und Vorvvilrmcr wesentlich verschiebt, m a n wird d a h e r g e z w u n g e n sein, die H e i z f l ä c h e n f ü r die v e r ä n d e r t e n V e r h ä l t n i s s e zu b e r e c h n e n , denn Erfahrungszahlen fehlen vorerst noch. L e i d e r sind allerdings die U n t e r l a g e n f ü r die H e i z f l ä c h e n b e r e c h n u n g e n noch i m m e r u n s i c h e r u n d die F o r d e r u n g n a c h w i s s e n s c h a f t l i c h e n V e r s u c h e n in dieser R i c h t u n g wird d a h e r immer dringender. Beispiel 34 zeigt a n s c h a u l i c h die mit d e r D r u c k v e r ä n d e r u n g e i n t r e t e n d e n V e r s c h i e b u n g e n . Die G r u n d l a g e n dieses R e c h n u n g s b e i s p i e l e s sind die W e r t e des Beispieles 57, S. 177, u n d d e m e n t s p r e c h e n d sind f ü r die g e w ä h l t e n Drücke 20, 40, 60, 80, 100 u n d 120 a t a f o l g e n d e W e r t e g l e i c h b l e i b e n d : S t ü n d l i c h e r z e u g t e Dampfmongo 69 733 kg; G e s a m t w ä r m e des ü b e r h i t z t e n Dampfes 778 kcal; u n t e r e r H e i z w e r t d e r v e r f e u e r t e n Rollbraun kohle 2156 kcal; Abgastomporatur 193 ° C; L u f t t e m p e r a t u r e n 22/157° C; C 0 2 - G e h a l t h i n t e r L u f t e r h i t z e r 14 % u n d im F e u e r r a u m 15,5 % (übrige W e r t e f ü r C 0 2 e b e n falls g l e i c h b l e i b e n d ) ; L u f t ü b e r s c h u ß 2 1 % ; wirkliche L u f t m e n g e 3,29 N m ' ; wirkliche Gasmenge 3,627 N m 3 ; A b g a s v e r l u s t 1 2 , 4 % ; Verlust d u r c h U n v e r b r a n n t e s 1 , 0 % ; V e r l u s t d u r c h L e i t u n g u n d S t r a h l u n g 1 , 2 % ; Wirkungsgrad 85,4%; Wasseranfangstemporatur 125,5° C; F e u e r r a u m t e m p e r a t u r 1245° C; t h e o r e t i s c h e V e r b r e n n u n g s t e m p e r a t u r 1420° C; G a s t e m p e r a t u r v o r d e m Ü b e r h i t z e r 880° C. B e r n . : Diese 880° G a s t e m p e r a t u r e r g e b e n sich a u s der A n n a h m e , d a ß bei 120 a t a die W ä r m e a u f n a h m e der d e m Ü b e r h i t z e r -vorgeschalteten Kesselheizfläche gleich der S a t t d a m p f e r z e u g u n g s w ä r m e i s t , welche d e m T e m p e r a t u r g e f ä l l e 1420/880° C e n t s p r i c h t . F ü r alle D r ü c k e d e s Beispieles wird d a h e r e n t g e g e n d e m Beispiel 57 diese T e m p e r a t u r als gleichbleibend g e w ä h l t . K o h l e n v e r b r a u c h s t ü n d l i c h 24633 kg b r u t t o , n e t t o 24 388 kg d. h . n a c h A b z u g des U n v e r b r a n n t e n .

14. Heizflächenverteilung

90

Die Vorwärmerleistung ist so groß angenommen, daß das Wasser vor dem E i n t r i t t in den Kessel bereits 93 % der Flüssigkeitswärme e n t h ä l t . Für Vorwärmer und Lufterhitzer sind glatte Heizflächen gewählt nicht Rippen- oder andere Flächen). Die Luiterhitzer-Heizfläche bleibt für alle 6 Fälle gleich groß, da die Betriebsbedingungen auch unverändert bleiben. Bild 7.

Gastemperatur-Verlauf.

mo°c

thear. Verbrennungstemp. Feuerraumfemp

Gasfemp. vor Überh. •Gasfemphinfer Überh. >6*0°

Gastemp. am Kesselende

10

w

60

PO

Bild 8.

t-

Luvo

Gasfemp. amEko-Bnde Gastemp. am Lum-£nde Nullinie WO 120ata

1

Heizflächen-Verteilung.

1

i Eko

tf

KesselI

1

1

1

§ »•s

Si

1

sT""

fe

S

In * %5

S &

$

8 ~ 3 J

Da bei höheren "Wassertemperaturen die spez. Wärme des Wassers von der Temperatur stark abweicht, wird beim Eko mit Flüssigkeitswärme (nicht angenähert mit der Wassertemperatur) gerechnet. Die nachstehende Tabelle enthält die nach den vorstehenden Kapiteln berechneten Werte. >) Eko = Speisewasservorwärmer.

!

) Luvo = Lufterhitzer.

14.

o « V

w V ffi

to o Oí M rl M

irt H C4

Heizflächenverteilung

ci o H O « O o o í-

o W o n o

o r>. o _ O COO ® o 1—1 o

O (M

o _ o M q n o •S'io CO 00 co M

co r ^ o o d o T 1-1 o ^ li) H O OD •«Si O 1-1 O t© ©

00 O O Gì O

o o o o o o O o o o S o o "*f «M ' * ' v s

somit

+

T, ~

h

''*"

w

+

m m

ü

z = 2 7 3 - A ' - ( W V < r - ^ s r c ) S e t z t m a n a n g e n ä h e r t y1 = y2 = 1,29, umgeformt

Z = 1,29 • h . • (

i +

Q

+

W S

r a m W S

erhält

-(W1) man

mm WS

(142)

so

.J

Die T a b e l l e 30, S. 229 i s t n a c h d i e s e r F o r m e l b e r e c h n e t u n d i m a l l g e m e i n e n s i n d die e r m i t t e l t e n W e r t e g e n ü g e n d genau, u n t e r U m s t ä n d e n e m p f i e h l t sich aber eine Nachrechn u n g n a c h F o r m e l (141) u n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g d e r L u f t feuchtigkeit und der Meereshöhe. Das s p e z . G e w i c h t y t d e r L u f t k a n n d e r n a c h s t e h e n d e n Tabelle e n t n o m m e n w e r d e n : Luftfeuchtigkeit | 0 | 1 | 2 j 3 | 4 | 5 | 7 | •/„ s p e z . G e w i c h t yL |l,293|l,284|l,275|l,267,1,25Bil,25l|l,242|l,284| b e z o g e n auf 0° u n d 760 m m W S . Das s p e z . G e w i c h t y2 d e r R a u c h g a s e ist n a c h S. 33 z u berechnen. Wie g r o ß d i e U n t e r s c h i e d e d e r E r g e b n i s s e n a c h F o r m e l (141) b z w . (142) a u s f a l l e n k ö n n e n , zeigt n a c h f o l g e n d e s Beispiel 4 2 : S c h o r n s t e i n 100 m h o c h , 200» tm, 27» A u ß e n l u f t , 1,354 y,. a) L u f t f a s t t r o c k e n m i t y t = 1,29. N a c h F o r m e l (141) ist b e i M e e r e s h ö h e = 0 m (b = 760 m m QS) Z = 273 ' 1 0 0 y f s T - 2 7 i S ö ) = 39'3 m m u n d b e i M e e r e s h ö h e = 600 m (b = 707 m m QS) 707

Z =

39,3 • —

W S

= 36,6 m m W S .

Nach d e r A n n ä h e r u n g s f o r m e l (142) e r h ä l t m a n d a g e g e n * = ' 1 0 0 ' J ' 2 9 ( l + 0,00 367 - 27 - 1 + 0 , 0 0 ^ 6 7 - 2 0 » ) = 4 2 " 6 m m W S f ü r 0 m Meereshöhe bzw. Z = 42,6 • ~

= 39,6 m m W S

b e i 600 m M e e r e s h ö h e . b) L u f t f e u c h t i g k e i t 5 % m i t y, = 1,251. Hier k a n n n a t ü r l i c h n u r die F o r m e l (141) z u r A n w e n d u n g k o m m e n u n d es ist Z

=

273

•100 ( 2 ^ 7 - 2 7 3 ? l m ) =

35 6 m m

'

W S

20. Der Schornstein

107

bei 0 m Meereshöhe und Z = 35,6 •

= 33,2 m m WS

bei 600 m Meereshöhe. Aus diesen Beispielen sieht m a n , d a ß mit steigendem W a s s e r d a m p f g e h a l t der Rauchgase y, a b s i n k t und sich i m m e r m e h r dem W e r t 1,29 n ä h e r t ; f ü r R o h b r a u n k o h l e ergibt d a h e r auch die F o r m e l ( 1 4 2 ) g e n ü g e n d genaue W e r t e . Die Temperaturabnahme je m F u c h s l ä n g e oder je m Schornsteinhöhe r e c h n e t m a n mit 0,3—0,5°C u n d es ist d a h e r bei t0 G a s e n d t e m p e r a t u r an der Heizfläche die Schornstein-Temperatur f„ = i, —0,3 bis 0,5 • Fuchslänge, die mittlere Schornstein-Temperatur lm = 0,3 bis z 0,5 u n d die obere Schornstein-Temperatur t0 — lu — ''« ' 0,3 bis 0,5. Die b e r e c h n e t e n Zugstärken werden in Wirklichkeit nicht ganz erreicht, weil in den F o r m e l n die R e i b u n g der Gase an den S c h o r n s t e i n - W a n d u n g e n (Reibungsverlust) und die Arbeit zur E r z e u g u n g der Gasgeschwindigkeit im Schornstein ( A u s t r i t t s v e r l u s t ) nicht berücksichtigt sind. Überschlägig gerechnet, k a n n m a n bei — bezogen auf k W (160)

(l> — £) • De

Der „Gesamtwirkungsgrad" der Dampfkraftanlage u m f a ß t alle auf S. 116 a n g e g e b e n e n V e r l u s t e ; er wird a u s g e d r ü c k t d u r c h das V e r h ä l t n i s „ n u t z b a r g e m a c h t e W ä r m e " zu „ v e r b r a u c h t e r W ä r m e " , d. h . im K o n d e n s a t i o n s b e t r i e b ist igen. = - f und

dagegen

im

4 n z a p f d a m p f - oder =

(WD Gegendruckbetrieb