Titel: | Studien über die Gasfeuerungsanlagen der Glashütten. |
Autor: | Gustav Stimpfl |
Fundstelle: | Band 289, Jahrgang 1893, S. 69 |
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Studien über die Gasfeuerungsanlagen der
Glashütten.
Von Gustav
Stimpfl.
Studien über die Gasfeuerungsanlagen der Glashütten.
I.
Als Repräsentant der in vielen Glashütten vorkommenden Gasfeuerungsanlagen mit
alleiniger Vorwärmung der Verbrennungsluft kann vor allen anderen der Nehse-Ofen
angesehen werden, während die Gasfeuerungsanlagen mit vorangehender Erhitzung sowohl
der Verbrennungsluft als auch der Generatorgase, durch den Siemens-Ofen vertreten
werden. Der Nehse-Ofen erfordert, soll derselbe gegenüber dem Siemens-Ofen in
Beziehung auf den Heizeffect bezieh. den verhältnissmässig geringen
Brennstoffaufwand nicht allzu weit zurückstehen, die Anordnung der Generatoren in
nächster Nähe des Schmelzraumes; während der Siemens-Ofen ohne weiteres eine
Verlegung der Generatoren auch nach ausserhalb des Hüttengebäudes zulässt. Im
Nachfolgenden soll nun eine vergleichende Berechnung des Brennstoffaufwandes eines
Nehse-Ofens mit knapp an den Schmelzraum desselben angebauten Generatoren und eines
Siemens-Ofens, dessen Generatoren sich ausserhalb des Hüttengebäudes befinden, unter
Voraussetzung von sonst gleichen Verhältnissen, aufgestellt werden.
In einer späteren Abhandlung sollen sodann Mittel und Wege erörtert werden, wie auch
Gasfeuerungen mit alleiniger Vorwärmung der Verbrennungsluft, auf einen gleich
sparsamen Brennstoffverbrauch wie die Siemens-Oefen einen solchen aufweisen,
gebracht werden können. Die durchschnittliche Zusammensetzung des
Siemens-Generatorgases aus westfälischen Kohlen für 1 cbm mit:
0,058
cbm
Wasserstoff
0,017
„
Methan
0,209
„
Kohlenoxyd
0,063
„
Kohlensäure
0,608
„
Stickstoff
0,045
„
Wasserdampf
––––––––––
1,000
cbm
angenommen, ergibt für dasselbe einen Heizwerth, bezogen auf
Wasserdampf:
für
0,058
cbm
Wasserstoff
von
(0,058 × 2654)
= 153
Cal.
„
0,017
„
Methan
„
(0,017 × 8482)
= 144
„
„
0,209
„
Kohlenoxyd
„
(0,209 × 3007)
= 628
„
––––––––––
von in Sa.
925
Cal.
Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm dieses Gases für eine
Temperatur von 1200° C.
für
0,137
cbm
Wasserdampf
mit
(0,137 × 0,611)
= 0,0837
Cal.
„
0,289
„
Kohlensäure
„
(0,289 × 0,68)
= 0,1965
„
„
1,278
„
Stickstoff
„
(1,278 × 0,352)
= 0,4498
„
–––––––––––––––
––––––––––––
für
1,704
cbm
mit in Sa.
0,7300
Cal.
angenommen, ergibt für dieses Gas eine der Wirklichkeit mehr
oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur:
T=\frac{925}{0,73}, oder rund 1260° C.Die sogen.
theoretische Verbrennungstemperatur dieses Gases, bei deren Berechnung
keinerlei Rücksicht auf die Steigerung der Wärmecapacität der Gase bei
höherer Temperatur genommen wird, berechnet sich mit
\frac{925}{0,567}, oder rund 1630° C.,
wobei die Steigerung der Wärmecapacität des Stickstoffs von
100 zu 100° C. mit 1,25 Proc. und jene der Kohlensäure und des Wasserdampfes mit
je 5 Proc. vorausgesetzt ist, welche Annahme mit den Ergebnissen der Untersuchungen
von Mallard und Le
Chatelier so ziemlich genau übereinstimmen.
Ofentemperatur gegen Ende des eigentlichen
Schmelzprocesses.
A) Im Nehse-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass die Gase
aus den, nahe dem Schmelzraume des Ofens angeordneten Generatoren mit
durchschnittlich 600° C. und die vorgewärmte Verbrennungsluft mit durchschnittlich
1000° C. in den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit
sich in den Ofen ein:
für
0,058
cbm
Wasserstoff (0,058 × 0,329 × 600)
= 11,4
Cal.
„
0,017
„
Methan (0,017 × 0,456 × 600)
= 4,6
„
„
0,209
„
Kohlenoxyd (0,209 × 0,329 × 600)
= 41,2
„
„
0,063
„
Kohlensäure (0,063 × 0,553 × 600)
= 20,9
„
„
0,608
„
Stickstoff (0,608 × 0,329 × 600)
= 120,0
„
„
0,045
„
Wasserdampf (0,045 × 0,496 × 600)
= 13,3
„
–––––––––––––––
–––––––––––
für
1,000
cbm
der Generatorgase
211,4
Cal.
für
0,850
„
der Verbrennungsluft (0,85 × 0,3449 × 1000)
= 293,1
„
–––––––––––
in Sa.
504,5
Cal.
wobei wieder, und so auch in allen folgenden Fällen, die
Steigerung der Wärmecapacität des Stickstoffs bezieh. der sogen. permanenten Gase
von 100 zu 100° C, mit je 1,25 Proc. und jene der Kohlensäure und des Wasserdampfes
mit je 5 Proc. vorausgesetzt ist.In obigen
Berechnungen wurde die specifische Wärme der atmosphärischen Luft bezieh.
des Stickstoffs, Wasserstoffs und Kohlenoxyds bei 0° C. und 760 mm
Barometerstand gleichmässig mit 0,3066 Cal., die der Kohlensäure bezieh. des
Wasserdampfes mit 0,4256 bezieh. 0,3823 Cal., und jene des Methans mit
0,4242 Cal. angenommen.
Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer
Temperatur von 1800° C.
für
0,137
cbm
Wasserdampf
mit
(0,137 × 0,726)
= 0,0994
Cal.
„
0,289
„
Kohlensäure
„
(0,289 × 0,808)
= 0,2335
„
„
1,278
„
Stickstoff
„
(1,278 × 0,375)
= 0,4782
„
–––––––––––––––
––––––––––––
für
1,704
cbm
mit in Sa.
0,8111
Cal.
angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit
mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von:
T=\frac{925+504,5}{0,8111}=\frac{1429,5}{0,8111}, oder rund
1760° C.Die sogen.
theoretische Verbrennungstemperatur dieses 600° C. heissen Gases mit der auf
1000° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit
\frac{1429,5}{0,567} oder rund 2520°
C.
B) Im Siemens-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass Gas
und Luft in diesem Ofen mit einer Temperatur von durchschnittlich 1000° C. in den
Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit sich in den Ofen
ein:
für
0,058
cbm
Wasserstoff (0,058 × 0,3449 × 1000)
= 20,0
Cal.
„
0,017
„
Methan (0,017 × 0,4772 × 1000)
= 8,0
„
„
0,209
„
Kohlenoxyd (0,209 × 0,3449 × 1000)
= 72,0
„
„
0,063
„
Kohlensäure (0,063 × 0,638 × 1000)
= 40,2
„
„
0,608
„
Stickstoff (0,608 × 0,3449 × 1000)
= 209,6
„
„
0,045
„
Wasserdampf (0,045 × 0,5734 × 1000)
= 25,8
„
–––––––––––––––
–––––––––––
für
1,000
cbm
der Generatorgase
375,6
Cal.
für
0,850
„
der Verbrennungsluft (0,85 × 0,3449 × 1000)
= 293,1
„
–––––––––––
in Sa.
668,7
Cal.
Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer
Temperatur von 1900° C.
für
0,137
cbm
Wasserdampf
mit
(0,137 × 0,7454)
= 0,1021
Cal.
„
0,289
„
Kohlensäure
„
(0,289 × 0,8299)
= 0,2398
„
„
1,278
„
Stickstoff
„
(1,278 × 0,3794)
= 0,4848
„
–––––––––––––––
––––––––––––
für
1,704
cbm
mit in Sa.
0,8267
Cal.
angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit
mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von:
T=\frac{925+558,7}{0,8267}=\frac{1593,7}{0,8267}, oder rund
1920° C.Die sogen.
theoretische Verbrennungstemperatur dieses auf 1000° C. erhitzten Gases mit
der auf 1000° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit
\frac{1593,7}{0,567}, oder rund 2800°
C.
Der eigentliche Schmelzprocess, vom Einlegen der
Schmelzmaterialien in die Glashäfen bis zum Schmelzen der Glasmasse aus dem Sande,
soll eine Durchhitzung der Masse bis zu 1300° C. erfordern, wobei die Temperatur im
Hafenraume der beiden Glasöfen allmählich bis auf 1400° C. steigt.
Gegen Ende des Schmelzprocesses kann also nur jene Wärmemenge, welche den Heizgasen
über die Temperatur von 1400° C. hinaus innewohnt, für denselben in Betracht kommen,
wobei von diesem Ueberschusse auch noch die nach aussen durch Leitung und Strahlung
des Ofengemäuers u.s.w. verloren gehenden Calorien zu ersetzen sind.
Die zur Beendigung des Schmelzprocesses bezieh. zum Ersätze der nach aussen verloren
gehenden Calorien disponibel bleibenden Wärmemengen berechnen sich für die beiden in
Rede stehenden Ofensysteme wie folgt: Einer Temperatur der Heiz- oder
Verbrennungsgase von 1400° C. entspricht eine specifische Wärme:
für
0,137
cbm
Wasserdampf (0,137 × 0,6499)
= 0,0890
Cal.
„
0,289
„
Kohlensäure (0,289 × 0,7235)
= 0,2090
„
„
1,278
„
Stickstoff (1,278 × 0,3602)
= 0,4603
„
–––––––––––––––
––––––––––––
für
1,704
cbm
von in Sa
0,7583
Cal.
bezieh. ein Wärmeinhalt von (0,7583 × 1400)
= 1061,6
„
Die im Nehse-Ofen mit einer Temperatur von rund 1760° C. bezieh. einem Wärmeinhalt
von 1429,5 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten
demnach einen Wärmeüberschuss von
I) (1429,5 – 1061,6) = (367,9 Cal.)
Die im Siemens-Ofen mit einer Temperatur von rund 1920° C. bezieh. einem Wärmeinhalt
von 1593,7 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten
einen solchen von
I') (1593,7 – 1061,6) = (532,1 Cal.)
Ofentemperatur gegen Ende des Läuterungsprocesses.
A) Im Nehse-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass die Gase
aus den, nahe dem Schmelzraume des Ofens angeordneten Generatoren mit
durchschnittlich 600° C. und die vorgewärmte Verbrennungsluft mit durchschnittlich
1200° C. in den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit
sich in den Ofen ein:
für
1,000
cbm
der Generatorgase
= 211,4
Cal.
„
0,850
„
der Verbrennungsluft (0,85 × 0,3526 × 1200)
= 359,6
„
–––––––––––
in Sa.
571,0
Cal.
Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer
Temperatur von 1800° C.
mit in Sa. 0,8111 Cal.
angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit
mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von:
T=\frac{925+571}{0,8111}=\frac{1496}{0,8111},
oder rund 1840° C.Die sogen.
theoretische Verbrennungstemperatur dieses auf 600° C. erhitzten Gases mit
der auf 1200° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit
\frac{1496}{0,567}, oder rund 2630° C.
B) Im Siemens-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass
Gas und Luft in diesem Ofen mit einer Temperatur von durchschnittlich 1200° C. in
den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit sich in den
Ofen ein:
für
0,058
cbm
Wasserstoff (0,058 × 0,3526 × 1200)
= 24,5
Cal.
„
0,017
„
Methan (0,017 × 0,4878 × 1200)
= 9,9
„
„
0,209
„
Kohlenoxyd (0,209 × 0,3526 × 1200)
= 88,4
„
„
0,063
„
Kohlensäure (0,063 × 0,6809 × 1200)
= 51,4
„
„
0,608
„
Stickstoff (0,608 × 0,3526 × 1200)
= 257,2
„
„
0,045
„
Wasserdampf (0,045 × 0,6116 × 1200)
= 33,0
„
–––––––––––––––
–––––––––––
für
1,000
cbm
der Generatorgase
461,4
Cal.
für
0,850
cbm
der Verbrennungsluft (0,85 × 0,3526 × 1200)
= 359,6
„
–––––––––––
in Sa.
824,0
Cal.
Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer
Temperatur von 2000° C.
für
0,137
cbm
Wasserdampf
mit
(0,137 × 0,7646)
= 0,1061
Cal.
„
0,289
„
Kohlensäure
„
(0,289 × 0,8512)
= 0,2459
„
„
1,278
„
Stickstoff
„
(1,278 × 0,3832)
= 0,4897
„
–––––––––––––––
––––––––––––
für
1,704
cbm
mit in Sa.
0,8417
Cal.
angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit
mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von:
T=\frac{925+824}{0,8417}=\frac{1749}{0,8417},
oder rund 2070° C.Die sogen.
theoretische Verbrennungstemperatur dieses auf 1200° C. erhitzten Gases mit
der auf 1200° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit
\frac{1749}{0,567}, oder rund 3080° C.
Der Läuterungsprocess, das Lauterschmelzen der Glasmasse, soll eine Durchhitzung
derselben bis zu 1500° C. erfordern, wobei die Temperatur im Hafenraume der beiden
Glasöfen allmählich bis auf 1600° C. steigt. Gegen Ende dieser Periode kann also nur
jene Wärmemenge, welche den Heizgasen über die Temperatur von 1600° C. hinaus
innewohnt, für den Läuterungsprocess in Betracht kommen, wobei von diesem
Ueberschusse auch noch die nach aussen, durch Leitung und Strahlung des Ofengemäuers
u.s.w., verloren gehenden Calorien zu ersetzen sind.
Die zur Beendigung des Läuterungsprocesses bezieh. zum Ersätze der nach aussen
verloren gehenden Calorien disponibel bleibenden Wärmemengen berechnen sich für die
beiden in Rede stehenden Ofensysteme demnach wie folgt:
Einer Temperatur der Heizgase von 1600° C. entspricht eine specifische Wärme:
für
0,137
cbm
Wasserdampf (0,137 × 0,6881)
= 0,0942
Cal.
„
0,289
„
Kohlensäure (0,289 × 0,766)
= 0,2213
„
„
1,278
„
Stickstoff (1,278 × 0,3679)
= 0,4701
„
–––––––––––––––
––––––––––––
für
1,704
cbm
von in Sa.
0,7856
Cal.
bezieh. ein Wärmeinhalt von (0,7856 × 1600)
= 1256
„
Die im Nebse-Ofen mit einer Temperatur von rund 1840° C. bezieh. einem Wärmeinhalt
von 1496 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten
demnach einen Wärmeüberschuss von:
II) (1496 – 1256) = (240 Cal.)
Die im Siemens-Ofen mit einer Temperatur von rund 2070° C. bezieh. einem Wärmeinhalt
von 1749 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten einen
solchen von:
II') (1749 – 1256) = (493 Cal.)
Die Wärmeüberschüsse in den beiden Oefen verhalten sich also:
ad
I)
und
I')
wie
(367,9 : 532,1)
ad
II)
und
II')
wie
(240 : 493)
Wenn sich nun gegen Ende des eigentlichen
Schmelzprocesses in den beiden Glasöfen die Zuführung eines
Wärmeüberschusses von 3600 Cal. in der Minute als ausreichend erweist, so
ergibt sich hierfür ein Gasaufwand:
III)
im Nehse-Ofen von \frac{3600}{367,9}, oder rund (9,8
cbm)
in der Minute;
III')
im Siemens-Ofen von \frac{3600}{532}, oder rund (6,7
cbm)
in der Minute.
Den nöthigen Wärmeüberschuss in den beiden Glasöfen, gegen
Ende des Läuterungsprocesses in der Minute mit 1800 Cal. angenommen, ergibt
ein Gasaufwand:
IV)
im Nehse-Ofen von \frac{1800}{240}, oder rund (7,5 cbm)
in
der Minute;
IV')
im Siemens-Ofen von \frac{1800}{493}, oder rund (3,6
cbm)
in der Minute.
Demnach resultirt für den Siemens-Ofen gegenüber dem Nehse-Ofen:
a) gegen Ende des eigentlichen Schmelzprocesses eine
Brennstoffersparniss bis zu etwa 38 Proc.,
b) gegen Ende des Läuterungsprocesses eine solche bis zu etwa
52 Proc.
Der Gasbedarf beim Siemens-Ofen wird sich indessen noch um diejenigen Gasmengen
vermehren, welche bei demselben durch das Wechseln der Gasklappe und in Folge des
Entweichens von Generatorgasen durch das Mauerwerk der Leitungskanäle und
Regeneratoren verloren gehen, so dass sich in Wirklichkeit die Brennstoffersparnisse
für diesen Ofen im Mittel auf etwa 30 Proc. des Brennstoffaufwandes beim Nehse-Ofen
reduciren dürften.
In der Praxis werden sich obige Rechnungsergebnisse indessen nur bei Verwendung von
Koksgeneratorgasen (von gleich grossem Heizwerthe der hier angeführten Generatorgase
aus westfälischen Kohlen) als zutreffend erweisen.
Bei Verwendung von Generatorgasen aus Rohbrennstoffen
sind hingegen noch die in ersteren suspendirt enthaltenen bezieh. mit denselben in
Dampfform abziehenden Theerbestandtheile in Betracht zu
ziehen, welche im Nehse-Ofen in ihrer Gesammtheit zur Verbrennung gelangen, während
beim Siemens-Ofen ein grosser Theil derselben in den mehr oder weniger langen
Gasleitungskanälen (durch Ablagerung) für den Erhitzungsprocess verloren geht.
Es werden sich demnach im Nehse-Ofen in Wirklichkeit die Wärmeüberschüsse ad I) und
II) noch bedeutend erhöhen.
Die verhältnissmässig schwierige Verbrennung der Theerdämpfe dürfte indess im
Nehse-Ofen, bei der weniger günstigen Mischung von Gas und Luft in demselben, einen
nicht unbedeutenden Luftüberschuss erfordern, wenn sich die Verbrennung dieser
Theerdämpfe noch innerhalb des Hafenraumes im Ofen vollziehen soll; aus welchen
Gründen die wirklichen Verbrennungstemperaturen und also auch die zur Geltung
kommenden Wärmeüberschüsse in den beiden Oefen noch immer mehr oder weniger
verschieden ausfallen werden.
Andererseits ist wieder zu beachten, dass die stark leuchtende Flamme mit ihrer
verhältnissmässig grossen Oberflächenentwickelung, welche durch die Anwesenheit der
Theerdämpfe im Verbrennungsraume des Nehse-Ofens hervorgerufen wird, eine
entsprechend raschere und darum vollständigere Uebertragung der Wärmeüberschüsse aus
den
Verbrennungsgasen an die zu erhitzende Glasmasse zur Folge hat.
Um die Verbrennung der Generatorgase und der mit denselben in den Verbrennungsraum
übertretenden Theerdämpfe mit dem möglichst geringsten Luftüberschuss zu
bewerkstelligen, ist es von Wichtigkeit, dass dort, wo mehrere Generatoren für eine
Feuerungsanlage in Benutzung stehen, die Beschickung dieser Generatoren mit frischem
Brennmaterial nicht unmittelbar nach einander, sondern vielmehr in bestimmten
Zeitintervallen erfolgt.
Bei einer Theerentwickelung in den Generatoren während der ersten Viertelstunde nach
erfolgter frischer Füllung von z.B. durchschnittlich 0,003 cbm, während der zweiten
Viertelstunde von 0,002 cbm und während der dritten Viertelstunde von 0,001 cbm für
je 1,0 cbm der producirten Generatorgase, wird man, wo für eine Feuerungsanlage
gleichzeitig drei Generatoren im Betrieb stehen, bei dreiviertelstündiger
Beschickungszeit die Generatoren, einen nach dem anderen, in je ein viertelstündigen
Pausen zur Nachfüllung bringen, wobei für das Gesammtgasgemenge der drei Generatoren
ein ziemlich gleichmässiger Theergehalt von 0,002 cbm für je 1,0 cbm der
Generatorgase resultirt.
(Schluss folgt.)