Elektro-Wärmeverwertung als ein Mittel zur Erhöhung des Stromverbrauchs [2. Auflage. Reprint 2019] 9783486759075, 9783486759068

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ELEKTROWÄRMEVERWERTUNG als ein Mittel zur Erhöhung des Stromverbrauches *

Von

Ing. Robert Kratochwil Direktor der Elektrizitäts- und Straßenbahn-Gesellschaft Linz a. d. Donau

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Zweite, umgearbeitete und erweiterte Auflage mit 431 Textfiguren und zahlreichen Tabellen

*

MÜNCHEN und BERLIN 1927 VERLAG VON R. OLDENBOURG

Alle Rechte, insbesonders das der Übersetzung ih f r e m d e S p r a c h e n , v o r b e h a l t e n . C o p y r i g h t 1927 b y R. O l d e n b o u r g , M ü n c h e n u. B e r l i n

WAGNER'SCHE UNIV-BUCHDRUCKEREI, INNSBRUCK

Inhaltsübersicht. Seite

1. Allgemeines

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2. Wirtschaftliches über elektrische W ä r m e v e r w e r t u n g a) Energiebeziehungen b) Beziehung der Wärmeeinheiten von elektrischer Energie zu Kohle und Gas c) Tarifpolitik. 1. Allgemeines 2. Großabnehmer 3. Kleinabnehmer 4. Der Vastrechttarif in Amsterdam 5. England 6. T a r i f b i l d u n g in Schweden 7. Tarife in Norwegen8. Tarife in Deutschland 9. Tarife in Österreich 10. T a r i f e in der Schweiz 11. T a r i f e in Italien 12. T a r i f b i l d u n g in der amerikanischen L a n d w i r t s c h a f t .

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d) Werbetätigkeit e) Wärmespeicherung. 1. Allgemeines . 2. Grundgesetze der W ä r m e l e i t u n g u n d Speicherung

6 28 36 40 66 68 74 74 77 79 82 86 94 98 100

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3. W ä r m e v e r w e r t u n g f ü r Kochzwecke. Allgemeines a) Kochen im Kleinhaushalt Elektrische Küche des Zeppelin R I I I b) Kochen in Großbetrieben c) D s r landwirtschaftliche Kessel 4. Backöfen

155 161 166 166 188 192

5. Warmwasserbereitung. a) Allgemeines b) I m Haushalt c) I n Großbetrieben 6. Der

elektrische Selbstwascher

7. Elektro-Kühlschrank

200 221 227 229 231

8. Kaumheizung. a) Allgemeines b) Direkte Heizung

232 2d7 Iii

Seite

c) d) e) f) g) h)

Die zentrale elektrische Warmluftheizung Die elektrisch betriebene Warmwasserheizung Die elektrisch betriebene Dampfheizung Die Heizung mit Hilfe der Wärmespeicherung Linearheizung Gaswerkbetrieb

258 260 262 263 279 281

9. Elektro-Dampfkessel. a) Allgemeines b) Speicheranlagen c) Thermisches d) Rentabilität e) Betriebserfahrung f) Schutzmaßnahmen beim Befahren von Elektrokesseln . g) Gesetzliche Regelung des Elektrokesselwesens h) Gebührenbemessung bei Elektrodampfkesseln i) Bedeutung des Elektrokessels 10. Wärmeverwertung in der Industrie a) Formentrocknung in Gießereien b) Elektrische Nietung c) Elektrisches Schweißen

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A. Preßschweißung. a) Stumpf- und Abschmelzschweißung . . . . . b) Punktschweißung c) Nahtschweißung B. Schmelzschweißung. Allgemeines 1. Blechschweißung 2. Das Schweißen von Gußeisen 3. Schmelz- bezw. Lichtbogenschweißung von Flußeisen . 4. Schweißen von Nichteisenmetallen . 5. Strombeschaffung für die Schmelz-(Lichtbogen-)Schweißung 6. Zwei neue Schweißverfahren der General-Electric-Comp. 7. Wirtschaftlichkeit des Verfahrens 8. Sehweißung mit Gleich- und Wechselstrom 9. Über die Festigkeitsprüfung von Schweißungen . . .

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C. Elektrisches Schneiden mit dem Lichtbogen

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d) Der Elektro-Schmelzofen. Allgemeines 1. Der Elektroofen in der Metallindustrie

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A. Induktionsöfen B. Lichtbogenöfen C. Hochfrequenzöfen D. Spezialschmelzöfen für Metalle von BBC 2. Elektrostahl- und Graugußöfen. Allgemeines A. Gewinnung von Eisen aus Erz B. Verarbeitung des Roheisens C. Elektrisches und Thermisches D. Automatische Elektrodenregulierung E. Anwendungsgebiet für Elektrostahlöfen F. Wirtschaftliches 3. Der Elektroschmelzofen in anderen Industrien 1. Aluminium-Erzeugung 2. Zink und Blei IV

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3. Phosphor 4. Wolfram 5. Karbidindustrie 6. Graphit 7. Ferrolegierungen 8. Stickstoff 4. Laboratoriumsofen 5. Kathodenstrahlenofen e) Elektrisch beheizte Glühöfen. a) Allgemeines b) Technisches c) Elektrisches und Temperaturregelung d) Anwendungsgebiet der Glühöfen e) Wirtschaftliches f) Glühöfen für leicht schmelzbare Metalle g) Der elektrische Salzbadofen im Werkstättenbetriebe .

523 523 525 527 528 529 529 532

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f) Trockenöfen 1. Für Lack und Email 2. Kaolintrocknung 3. Salinenbetrieb g) Anwendung in der Textilindustrie h) Anwärmen von Radreifen i) Elektrischer Tauchsieder zur Beheizung von Flüssigkeiten . k) Elektrisch beheizter Asphaltbehälter 1) Lufterhitzung m) Verwendung in der Ölindustrie n) Verstärkung von Flammentemperaturen durch den elektrischen Lichtbogen o) Das elektrische Schmelzen von Quarz nach dem Vakuumkompressionsverfahren p) Die Verflüssigung des Kohlenstoffes q) Elektrisches Zementbrennen r) Auftauen von Gefrierfleisch s) Elektrische Beheizung von Arbeitsmaschinen, Geräten und Werkzeugen • t) Elektrisches Sengen von Tuch u) Verschiedene Anwendungen 11. Wärmeverwertung in der Landwirtschaft a) Allgemeines . b) Wärmeanwendungen 1. Bügeleisen 2. Futterkessel 3. Heißwasserspeicher 4. Kochherde, Kochapparate und Selbstkocher 5. Sterilisieren im Haushalt 6. Trocknungsanlagen und Dörrapparate 7. Brutapparate 8. Elektrodampfkessel 9. Molkerei 10. Heizung der Käsekeller 11. Kühlanlagen 12. Heißwasserbeize 13. Most-Sterilisation . 14. Die elektrische Futterkonservierung Allgemeines

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A) Nach dem Verfahren des dipl. Landwirtes Schweizer V

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a) Elektro-Futteranlagen a) Die elektrischen Einrichtungen ß) Konservierungs-Vorgang in technischer Hinsicht •¡) Futtermittelbeschaffenheit 8) Stromverbrauch und Stromkosten . . B) Mittels Futterkocher, System Ing. Vietze . . . .

644 650 652 653 655 659

a) Die ß) Das -() Die C) Mittels

659 661 661 665

Beschaffenheit des Apparates Futterkochverfahren Einrichtung einer Konservierungsanlage . Einblasen von elektrisch erwärmter Luft

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15. Seidenkultur 16. Teekulturen Anhang 1. Grundsätzliches über die Tätigkeit der Werbeabteilung . 2. Temperaturregelung elektrischer Öfen mit den Hilfsmitteln der technischen Elektronik 3. Umrechnungstabellen (mit Erläuterungen) 4. Historische Entwicklung der mechanischen Wärmetheorie . Literaturnachweise

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Vorwort zur ersten Auflage. Anläßlich des Verbandstages der österreichischen Elektrizitätswerke im September 1924 in Linz war das Thema über Elektrowärmeverwertung Gegenstand eines Vortrages seitens des Verfassers. Nachdem dieser Gegenstand für die Elektrizitätswirtschaft in der gegenwärtigen Zeit von besonderer Bedeutung für die intensivste Ausnützung unserer Stromwirtschaft geworden ist, so hat sich der Verfasser entschlossen, das Ziffernmaterial auch weiteren Kreisen zugänglich zu machen, bei welcher Gelegenheit der ursprüngliche Rahmen des Vortrages wesentlich erweitert worden ist. Wenn der Zweck des Inhalts, den Leitern von Elektrizitätswerken Anregungen zur restlosen Verwertung der zur Verfügung stehenden Strommengen zu bieten und gleichzeitig auf die Industrie und die Landwirtschaft einzuwirken, von dieser Segnung unserer Kultur den weitestgehenden Gebrauch zu machen, zum Nutzen des einzelnen, zum Wohle unserer Volkswirtschaft, erreicht wird, gereicht dies dem Verfasser zur größten Befriedigung. L i n z a, d. Donau, Dezember 1924. Der Verfasser.

Vorwort zur zweiten Auflage. Die vorliegende zweite Auflage erscheint in einer vollständig neuen, umgearbeiteten und wesentlich erweiterten Form. Die außerordentlich schnell fortschreitende Entwicklung der ElektroWärmeverwertung erfordert heute ein gründlichstes Studium der mannigfaltigen dabei auftretenden Fragen. Es erschien daher notwendig, den Stoff der ersten Auflage wesentlich zu erweitern und zu vertiefen. Wenn zu Beginn der Elektrizitätswirtschaft die Glühlampe im Vordergrunde stand, so sehen wir heute abermals die Lichtwirtschaft im Vordergrund der Stromverwertung; und wie seinerzeit der Kraftstromverbrauch als Folge der Entwicklung der Elektrotechnik sich an die Lichtwirtschaft anschloß, so muß die VII

derzeitige Stromwerbung sich als Ziel setzen, neben einer Werbung für „besseres und mehr Licht", neben der Verwertung der elektrischen Energie für Kraft, einen Feldzug für die Verwertung des elektrischen Stromes in der Wärmewirtschaft sowohl im Haushalt als auch in der Industrie zu predigen und zu eröffnen, um einen möglichst intensiven Stromabsatz zu erzielen und gleichzeitig damit eine möglichst günstige Ausnützung der Elektrizitätszentralen und dadurch wieder eine leichter er tragbare Verbilligung der erzeugten Energie ziu bewirken. Über dieses Werbegebiet eine Übersicht zu geben und die hierüber gewonnenen Erfahrungen aufs Beste auzunützen und zu verbreiten und um dem Leiter eines Elektrizitätswerkes eine zusammenfassende Grundlage für eine industrielle Werbetätigkeit zu bieten, habe ich es unternommen, die Ausgestaltung des Stoffes auf möglichst viele Gebiete der Industrie auszudehnen und durch zahlreiche Abbildungen den Stoff anschaulicher zu gestalten. Daß das Werk trotz seines Umfanges Lücken aufweisen wird, bin ich mir bewußt. Es ist indes kaum möglich, eine so weitgehende und erschöpfende Behandlung des Stoffes vorzunehmen, daß jede Frage aus der Praxis aus den einzelnen Kapiteln ihre Antwort erhält» Zudem befindet sich gerade dieses Gebiet in so fließender Entwicklungsbewegung, daß es schwer fällt, über einen gewissen Zeitabschnitt hinaus vollständig zu bleiben. Manchen Anregungen zur Berücksichtigung habe ich entsprechen können und verfehle nicht, an diesr Stelle dafür zu danken, und um weitere Unterstützung, bezw. Mitteilungen zu bitten, da ich derartigen Anregungen und Kritiken ganz besonderen Wert beimesse. Auch den großen Elektrizitätsfirmen sei für ihre Mitarbeit durch Überlassen von Abbildungen und der Druckerei für die große Sorgfalt bei der Drucklegung ebenfalls der Dank ausgesprochen. L i n z a. d. Donau, im März 1927. Der Verfasser.

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1. Allgemeines. Im Jahre 1884 galt es als unmöglich, von ein- und derselben Maschine Bogenlampen und Glühlampen zu speisen, und es war ein großes technisches Ereignis, als in einem Laden in Berlin unter Benützung eines Vorschaltwiderstandes Bogenlampen und Glühlampen, von e i n e r Maschine gespeist, in e i n e m Stromkreise brannten. Die damalige Maximalleistung der Maschine betrug 150 PS. Von diesem Zeitpunkte an kann man von einer Evolution in der Elektrizitäts-Erzeugung sprechen, welcher gegen Ende der 90er Jahre eine zweite folgte. Die gegen 1900 in den mit Dampf betriebenen Elektrizitätswerken breitspurig aufgestellten KolbenDampfmaschinen mußten den in den Abmessungen bescheidenen, dabei leistungsfähigeren Dampfturbinen weichen. So zeigt ein Bericht über die geschäftliche Entwicklung der Berliner Elektrizitätswerke (1885—1914), daß in der frühesten Zeit je Stunde und Quadratmeter Kesselgrundfläche erzeugten Dampf mit Kolben-Dampfmaschine nur 9 Kilowattstunden gewonnen wurden, während bei einer neuen Maschine 52,5 Kilowattstunden gegenüberstanden. Derselbe Bericht sagt, daß mit den damals zur Verfügung stehenden Anlagen es nur möglich war, 325 Wattstunden im Jahresdurchschnitt aus 1 kg Kohle zu erzeugen, während man jetzt das 3^fache in den neuzeitlichen Anlagen erzielt. Es stehen hiernach also einem früheren Kohlenverbrauch von 3,1 kg pro Kilowattstunde, 0,88 kg pro Kilowattstunde (im Jahre 1914) gegenüber. Während in früheren Zeiten je nach Größe der Anlage an Kilowatt-Leistung auf 1 m 2 Maschinenhaus für eine Kolben-Maschinenanlage etwa 8 KW entfielen, kämen für ein Dampfturbinen-Werk 20—40 KW. Entfielen auf eine 10.000-PSKolben-Maschine samt Generator pro m 2 ca. 50 PS, so entfallen auf eine 10.000-PS-Dampf-Turbine samt Generator pro m 2 Maschinenfläche 600 P S , auf ein 60.000-PS-Turbo-Aggregat im Goldenbergwerk 1000 P S pro m 2 , bei Hochdruck-Turbinen mit 50—60 Atm. 3000 P S pro m 2 Maschinenfläche. Der Raumbedarf der neuen Kessel für 100 bis 120 at, System Löffler*), ist dadurch gekennzeichnet, daß z. B. bei der Anlage im Eisenwerk Witkowitz auf dem Platze, den heute ein Niederdruckkessel für 15 at und etwa 2000 kW beansprucht, ein Hochdruckkessel für 5000—6000 kW mit allen zugehörigen Hilfseinrichtungen untergebracht wird, obwohl die neuen Kessel Kohlenstaubfeuerungen mit ihren großen Feuerräumen erhalten, während die vorhandenen *) Z. d. Y. D. I. Nr. 36 ex 1925.

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Niederdruckkessel Wanderrostfeuerung haben. Dabei ergibt der neue Hochdruckdampferzeuger, auf die Einheit der Heizfläche berechnet, ungefähr gleiches Dampfgewicht wie die Kessel bisheriger Bauart, weil hochgespannter Dampf, auch wenn er überhitzt ist, die W ä r m e vorzüglich leitet. Selbstverständlich werden die Kosten der Kilowattstunde bei dieser Entwicklung herabgesenkt und gewährleistet z. B. die Erste B r ü n n e r Maschinenfabriks-Gesellschaft bei der zu einem f ü r das Eisenwerk Witkowitz bestimmten L ö f f 1 e r - Hochdruckdampfkessel zugehörigen D a m p f t u r b i n e von 18.000 k W einen Höchstdampfverbrauch von rund 3,4 kg/kWh ohne Berücksichtigung der Zwischenüberhitzung. Aus diesen Verhältnisziffern ist die Entwicklungslinie der Dampf-Energie-Erzeuger zu ersehen. In ähnlicher Weise gestaltete sieh die Entwicklung der Wasserkraftmaschine. Während f r ü h e r ein kleines Bächlein meist vom Müller dazu benützt wurde, um elektrische K r a f t f ü r seinen Betrieb und so nebstbei auch f ü r die Stromversorgung einer Ortschaft zu erzeugen, so finden wir heute in den Groß-Wasserkraftwerken die Ausbildung und großartige Entwicklung des Gedankens, die N a t u r k r ä f t e den Menschen, soweit erfaßlich, dienstbar zu machen. Wenn seinerzeit ein Mühlrad mit 4 m Durchmesser und 50 cm Breite eine K r a f t von z. B. 15 P S zu erzeugen vermochte, so finden wir z. B. beim Groß-Kraftwerke Partenstein in Oberösterreich f ü r 170 m Gefälle Turbinen von 1300 mm L a u f r a d durchmesser und 200 mm Breite, welche 15.000 P S erzeugen. Am Niagarafall sind in jüngster Zeit drei Hydro-Turbinen zu je 70.000 P S bei einem Gefälle von 64 m, einem Laufraddurchmesser von 4,6 m, in Betrieb genommen worden, welche bis zu 84.000 P S überlastet werden können. Sie wurden ohne Rücksicht auf die Kosten lediglich unter dem Gesichtspunkte erbaut, daß sie die zurzeit bestmöglichen Maschinen darstellen sollen. Die elektrischen Generatoren von je 65.000 kVA Leistung bei 12.000 Volt und 107 Umdrehungen pro Minute besitzen einen garantierten Wirkungsgrad von 98,1%, und über 88% der theoretisch errechneten Energie der W a s s e r k r a f t werden nutzbar an die Sammelschienen der K r a f t s t a t i o n abgegeben. Mit der Größenordnung der Wasserkraftmaschinen ist auch gleichzeitig eine Verminderung der Gestehungskosten verbunden. Dieser ständige Wettlauf zwischen Dampfkraft-Erzeugung und Wasserkraft-Erzeugung entspricht dem vor allem anzustrebenden Prinzip von der Ökonomisierung der Weltwirtschaft. Dieser große Kampf zwischen schwarzer und weißer Kohle spielt sich in Österreich augenblicklich in einer Zeit volkswirtschaftlich ungünstigster Lage ab. Zu diesem K a m p f e gegen die Ausnützung der W a s s e r k r a f t gesellt sich noch jener der anderen Erzeugungs-Energien, wie Rohöl und dergleichen. Diesen Kampf gegen die Wasserkräfte können die Elektrizitätswerke nur dann gewinnen, wenn sie die meist im Sommer, 2

zur Nachtzeit und vielfach auch ganzjährig tagsüber überschüssige K r a f t entsprechend ausnützen und dadurch die Gestehungskosten der Kilowattstunde herabdrücken. Den Gestehungskosten an sich ist durch die Verzinsung der Anlagekosten, Erhaltung und Erneuerung des Werkes eine gewisse natürliche Grenze gegeben, unter welche herabzugehen schwer möglich ist. Es bleibt jedoch noch der W e g offen, eine Vergrößerung der Einnahmen herbeizuführen. Dieser W e g kann beschritten werden, wenn die Ausnützung der zur Verfügung stehenden Strommengen auf das äußerste gesteigert wird. In welch vorbildlicher und möglicher Weise die Ausnützung eines Wasserkraftwerkes erfolgen kann, dafür gibt nachstehende Belastungskurve des Elektrizitätswerkes Äugst Wyhlen beredtes Zeugnis.

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