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übrig blieben, denen zu diesem Zweck elektrolytisch dargestellter Sauerstoff und, falls das Gemisch nicht zündfähig war, reines Knallgas zugesetzt wurde. Außer der Kontraktion und der neu entstandenen Kohlensäure wurde der Sauerstoffüberschuß bestimmt, womit alle zur Berechnung und Kontrolle notwendigen Zahlen gegeben waren.
Die volumetrische Analyse ergibt nicht den Wasserdampfgehalt des Gases. Da dessen Kenntnis zur Gleichgewichtsberechnung erforderlich ist, so mußte er aus den Beobachtungen anderweit ermittelt werden. Zwar hätte die Bestimmung von Kohlensäure und Wasserdampf wie bei der organischen Flementaranalyse gewichtsanalytisch stattfinden können. Da aber bei einem einzelnen Versuch bis zu neun Gasproben fortlaufend genommen wurden, so hätte deren gleichzeitige Analyse eine dauernde Beobachtung erfordert, zu der mir, da Hülfskräfte nicht zur Verfügung standen, mit Rücksicht auf die vielen andern Obliegenheiten beim Versuch keine Zeit blieb. Aus diesem Grunde zog ich es vor, die unabhängig Veränderlichen, Luft und Wasserdampf, und die Gasphase quantitativ scharf zu bestimmen, und den Wasserdampfgehalt rechnerisch hieraus abzuleiten. Gründe, die mit dem rauhen, praktischen Generatorbetrieb zusammenhängen, werden immer dazu zwingen, feinere physikalische Arbeiten zeitlich von den Versuchen zu trennen.
Die Be
Da sich der zu gewinnende Beobachtungsstoff auf eine zeitliche und örtliche Analyse des Gasstromes im Generator gründete, so konnte er zu theoretischen Folgerungen nur dann verwendet werden, wenn das Gas in den verschiedenen Punkten der Brennstoffsäule eine durch die äußeren Bedingungen genau festgelegte Konzentration besaß. In der Literatur findet man oft die Meinung vertreten, daß die Voraussetzungen hierzu fehlen. Im Gegensatz hierzu machte ich bei allen Versuchen die Erfahrung, daß die Veränderung in der Zusammensetzung der Gasphase und der Verlauf von Druck und Temperatur mit zunehmender Schichthöhe durchaus gleichmäßig vonstatten ging. stimmungsgrößen erwiesen sich falls man nur die Randschicht ausschloß über den Querschnitt so nahezu unveränderlich, daß die Untersuchung auf eine Stelle eines jeden Querschnittes beschränkt werden konnte. Hierzu mag der Umstand beitragen, daß der Generatorschacht im Gegensatz zum Hochofen von einem einheitlichen Stoff erfüllt wird, und daß sich infolge der Drosselwirkung des Rostes die Stromfäden des eingeblasenen Dampfluftgemisches schon in den unteren Teilen der Kohlensäule gleichmäßig verteilen. Bei der Wahl der unabhängig Veränderlichen leiteten mich folgende Gesichtspunkte:
Die Frage, ob unter gegebenen äußeren Bedingungen das chemische Gleichgewicht im Generator erreicht wird, oder bis zu welchem Abstand vom Gleichgewicht die ablaufenden Reaktionen stattfinden, hängt außer von Druck und Temperatur offenbar von der Zeit ab. Die Zeit wird von vorhandenen Katalysatoren stark becinflußt. Da glühende Kohle auf die Gasphase eine katalytische Wirkung ausübt, so wird selbst bei gleichen Werten von Druck und Temperatur bei verschiedenen Brennstoffen die Gaszusammensetzung nicht dieselbe sein können. Die für das Gleichgewicht gültige Gleichung gibt die Zusammensetzung der Gasphase nur als Funktion von Druck und Temperatur. Eine Erklärung hierfür bietet die Tatsache, daß der Thermodynamik der Begriff der Zeit fehlt. Demnach entziehen sich Reaktionsgeschwindigkeiten, die bei jedem chemischen Prozeß von maßgebender Bedeutung sind, von vornherein der thermodynamischen Behandlungsweise. Aus diesem Grunde ist es auch aussichtslos, ohne ihre Kenntnis die Gaszusammensetzung für gewisse Fälle vorausberechnen zu wollen.
Den Einfluß der Zeit entschied ich mich dadurch festzulegen, daß die Luftgeschwindigkeiten bei gleichbleibender stündlicher Dampfmenge verändert wurden. Da hierdurch gleichzeitig die erzeugte Gasmenge verschiedene Werte annahm, so umfaßte diese Anordnung einen Einblick in die bei veränderlicher Belastung des Generators stattfindenden Vorgänge. Die Abhängigkeit der Gaszusammensetzung von der Menge des cingeblasenen Wasserdampfes wurde dadurch bestimmt, daß diese für die einzelnen Versuchsreihen verschieden groß bemessen wurde. Die Schichthöhe konnte für
deutscher Ingenieure.
alle Versuche gleich hoch gewählt werden, da für geringere Schichthöhen das Endgas jedesmal durch die Gasphase der letzten Zone gegeben war. Es genügten demnach für alle Verhältnisse drei Versuchsreihen, von denen zwei auf Mischgas, eine auf Luftgas entfielen. Durch Interpolation konnte hieraus die Abhängigkeit der Gaserzeugung für jede andre Gruppierung der unabhängig Veränderlichen hergeleitet werden. Es bezeichne
L die eingeblasene Luftmenge in cbm/st (15°, 1 at), u den natürlichen Wasserdampfgehalt der Luft in kg/st, ua den eingeblasenen Wasserdampf in kg/st,
V das Volumen des trocknen Gases in cbm/st (15o, 1 at), q den Zersetzungsgrad des Dampfes.
Die Raumteile der Gase seien durch ihre chemischen Symbole bestimmt. Dann ist durch die Analyse die Gasphase jeder Zone durch die Gleichung
Brennstoff Wasserstoff enthielt, der eine Entscheidung der Frage, welcher Betrag von den Koks und vom zersetzten Dampf herrührte, in den einzelnen Zonen unmöglich machte, da die Analyse nur die Gesamtsumme an Wasserstoff ergab. Der Reaktionsraum der Gase im Innern des Generators zerfällt in zwei Teile: Im unteren Teil, dem eigentlichen Reaktionsraum, befinden sich die Gase in Gegenwart des zu vergasenden Brennstoffes; der obere Teil bildet den freien Gasraum, den die Gase durcheilen müssen, bevor sie den Generator verlassen. Da bei allen Versuchen die Zusammensetzung des Endgases erheblich von der Gasphase der obersten Kohlenschicht abweicht, so sind die Reaktionen mit Verlassen der Kohlenzone noch nicht zum Stillstand gekommen. In Zahlentafel 1 sind die Beobachtungen für einen Versuch, bei dem Luftgas erzeugt wurde, zusammengestellt.
Aus allen Versuchen erhellt, daß die Gase sich im freien Gasraum in der Weise verändern, daß der Heizwert sinkt. Da es sich hier um Unterschiede bis zu 30 vH handelt, so ist diese Erscheinung für die Technik von hohem Interesse. Bei der Berechnung des Gasvolumens wurde stets der Wasserdampfgehalt in Rechnung gestellt. Für einen beliebigen Querschnitt beträgt das Gasvolumen, auf 15° und 1 at bezogen, V (1 − q) (wr+wa) cbm/st, wobei N2 den durch die Analyse ermittelten Stickstoffgehalt des Gases bedeutet. Der Wasserdampfgehalt des Endgases besteht aus drei Teilen: dem Anteil des eingeblasenen Dampfes, der unzersetzt durch die Kohlensäule geht, dem Anteil, der der Feuchtigkeit des aufgegebenen Breunstoffes entstammt, und dem Anteil, der durch die Veränderung der Gasphase beim Durch eilen des freien Gasraumes neu gebildet wird.
0,79 N2
24,4 18
18
Die stündlich erzeugte Gasmenge beträgt dann unter der Bedingung, daß das Wasser dampfförmig bleibt, G = V1r. (1 + W' + W") + D cbm
Hierbei entsprechen die chemischen Symbole mit der Gaszusammensetzung der obersten Brennstoffschicht, ohne ' der Gasphase des Endgases.
Auf die angegebene Weise war es demnach möglich, die der gemessenen Temperatur zugeordneten Zusammensetzungen der Gasphase festzustellen und somit der Frage näherzutreten, ob das chemische Gleichgewicht im Generator erreicht wird. Hierbei wird man auf zwei grundsätzlich verschiedene Fälle geführt. Nach den Reaktionsgleichungen
CO2 + H2 CO+ H2O und C+ CO2 2 CO kann das Gleichgewicht ein zweifaches sein, indem einmal die Gase sich untereinander, das andre Mal sich mit der Kohle im Gleichgewicht befinden können.
Für die Beurteilung, ob das Wassergasgleichgewicht erreicht ist, ist die Kenntnis des Verhältnisses notwendig, in dem die vier Gase: Kohlensäure, Kohlenoxyd, Wasserstoff und Wasserdampf, zueinander stehen. Für den Eintritt des [CO][H, O] Gleichgewichtes ist K= als Funktion der Tempe[CO2] [H2] ratur nach den früher entwickelten Beziehungen bestimmt. [CO] Beim Gleichgewicht mit Kohle müßte das Verhältnis
[CO2]
die in Abb. 1 veranschaulichten Werte haben, wenn der Teildruck von (CO + CO2) in jedem Falle der gleiche wäre. Bei Abweichungen hiervon ist zu beachten, daß falls der Teildruck kleiner als im Gleichgewichtsfall ist das Ver[CO] hältnis einen größeren Wert als den berechneten an[CO2] nehmen muß, da sich mit abnehmendem Druck das Gleichgewicht C + CO2 = 2 CO
nach rechts verschiebt, d. h. der Anteil des Kohlenoxydes gegenüber dem der Kohlensäure größer wird. Für sämtliche Versuche wurde das Verhältnis Quotient K'
[CO] [CO2]
und
[H2] [H 2 O]
sowie der
[CO][H2O] [CO2] [H2]
berechnet.
Die Zahlentafel 2 und die Abbildungen 12 bis 17 zeigen eine Auswahl der Versuche mit verschiedenen Luft- und (Schluß folgt.) Dampfgeschwindigkeiten.
Die technischen Einrichtungen des Warenhauses Leonhard Tietz in Brüssel.')
Von Ingenieur X. Werner in Brüssel.
Für den Besucher unsichtbar arbeitet in den großen modernen Warenhäusern eine Maschinenanlage, die den Riesenbau mit Elektrizität, mit Licht, Kraft und Wärme versorgt. Die beträchtlichen Energiemengen, die hier für Beleuchtung und Getriebe, für Heizung und Sicherheit der Besucher verbraucht werden und bereit stehen müssen, machen die Eigenerzeugung der erforderlichen Kraft wirtschaftlicher als den Bezug von andrer Seite. So ist denn auch in dem Brüsseler Warenhause der belgischen Leonhard Tietz-Gesellschaft ein großzügiges Blockwerk für Elektrizität und Heizung geschaffen worden, das, in jetzt dreijährigem Betriebe bewährt, den gestellten Erwartungen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht vollauf entspricht. Die Lage der Werkräume im Warenhaus geht aus Abb. 1 hervor.
Aus Gründen, deren Erläuterung hier zu weit führen würde, wurde als Betriebskraft Dampf gewählt, der mit einem Ueberdrucke von 10 at und einer Temperatur von 350° die Kesselanlage verläßt und im Maschinensaal mit rd. 9,5 at und 300° in die Maschinen eintritt.
Im Kesselraum sind drei Wasserrohrkessel von je 135 qm Heizfläche mit eingebauten Ueberhitzern von je 50 qm Heiz
1) Sonderabdrücke dieses Aufsatzes (Fachgebiet: Fabrikanlagen und Werkstatteinrichtungen) werden an Mitglieder des Vereines und Studierende bezw. Schüler technischer Lehranstalten gegen Voreinsendung von 35 postfrei abgegeben. Andre Bezieher zahlen den doppelten Preis. Zuschlag für Auslandporto 5. Lieferung etwa 2 Wochen nach dem Erscheinen der Nummer.
fläche aufgestellt, die mit der Pumpenanlage von den Anciens Etablissements Louis De Naeyer in Willebroek geliefert worden sind. Die drei Kessel können je 2000 kg/st Dampf von 350° abgeben. Die Rauchgase gelangen auf dem denkbar kürzesten Weg in den Schornstein, Abb. 1. Die Kanäle sind so reichlich bemessen, daß ihr Widerstand vernachlässigt werden kann. Der Schornstein ist über den Rosten 38 m hoch und hat eine obere lichte Weite von 1,25 m.
Die Rostfläche der Kessel, Abb. 2, hat 2 × 0,99 m Tiefe und 1,56 m Breite. Die Luftschlitze in den Rosten sind 7 mm breit, der Kohle von 10 bis 20 mm Stückgröße entsprechend. Das schrägliegende Rohrbündel besteht aus zehn nebeneinander liegenden Gruppen zu je acht übereinander angeordneten Siederohren von 100 mm äußerem Durchmesser. Die übereinanderliegenden Rohre sind zu beiden Seiten in senkrechte Sammelkanäle eingewalzt, die wieder je in einen 300 mm weiten Sammler oben bezw. unten münden. Zwei Wasserrohre von je 190 mm Dmr. verbinden den Unterkessel mit dem Oberkessel, und zwei ebensolche Rohre gestatten den Rückfluß vom Ober- in den Unterkessel. Oberkessel ist 250 mm über dem Normalwasserstand ein Leitblech angebracht, das ein Mitreißen des Wassers durch den Dampf verhindert. Hinter dem Hauptabsperrventil des Kessels ist ein Dreiwegeventil eingebaut, das den Dampf durch den Ueberhitzer oder unmittelbar als Sattdampf in die Speiseleitung eintreten läßt. Der Ueberhitzer besteht
Im
58000
tige Bestandteile, 7953 WE brutto, 8470 WE netto und 7 vH Asche ergeben. Der Gehalt an Schwefel ist unbedeutend. Durch einen Verdampfungsversuch ist eine 7,2fache Verdampfung und ein Dampfpreis von 0,24 /kg festgestellt worden.
Trotz dieser vorzüglichen Kohle war die Rauchplage zu groß, weshalb an jedem Kessel eine Rauchverbrennungsvorrichtung der Bauart Kowitzke, Abb. 3, angebracht werden mußte. Es wurde denn auch unter gewissen Voraussetzungen eine Rauchverminderung erreicht, und Gasuntersuchungen ergaben 13 bis 13,5 vH Gehalt an Kohlensäure. Da die Konstruktion dieser Vorrichtungen bekannt ist, sei hier nur kurz erwähnt, daß die Luft durch Klappen zugeführt wird, die, an beiden Enden der Roste angebracht, durch das Oeffnen der Feuertüren sich selbsttätig öffnen und durch ein Gewicht geschlossen werden. Die Bewegung dieser Klappen wird der jeweiligen Kohlensorte entsprechend durch ein einstellbares Uhrwerk gehemmt, so daß die zuzuführende Luftmenge genau geregelt werden kann.
Als Speisewasser wird das mechanisch gereinigte Niederschlagwasser der Maschinen oder das der Heizanlage verwendet und mit einer Temperatur von rd. 40° dem Kessel zugeführt. Der Verlust im Kühlturm und durch Undichtigkeiten wird durch Brunnenwasser ersetzt, das allerdings bis zu 30 deutschen Graden hart ist. Der Kesselstein ist jedoch leicht zu entfernen.
Eine durch einen Elektromotor angetriebene Kesselspeisepumpe versorgt alle drei Kessel mit Wasser. Durch mehrere Ventile ist es möglich, entweder Niederschlagwasser der Maschinen oder der Heizung, oder hartes kaltes Wasser aus einem besondern Behälter anzusaugen, der
für den Notfall 60 cbm Wasser enthält. Er kann durch eine Pumpe aus dem Brunnen des Werkes gefüllt oder im Notfalle mit dem allerdings teuren Wasser aus der Stadtleitung gespeist werden.
Zur Bereitschaft ist eine Dampfspeisepumpe aufgestellt, die in gleicher Weise wie die elektrisch getriebene Pumpe arbeitet. Beide Pumpen können auf zwei gleichlaufende Speiseleitungen eingestellt werden, von denen die eine im Betrieb, die andre in Bereitschaft ist.
Die Dampfleitung ist als Ringleitung ausgeführt, so daß bei einem Undichtwerden der einen Hälfte sofort die andre in Betrieb genommen werden kann. Beide Enden dieser Ringleitung münden in einen kurz vor den Hauptabsperrventilen der Maschinen eingebauten Dampftrockner, der eine lichte Weite von 720 mm und eine Höhe von 1250 mm hat. In die Richtung des Dampfes ist eine Vorrichtung eingebaut, Abb. 3.
Kesselfeuerung mit Rauchverbrennung nach Kowitzke.
deutscher Ingenieure.
Geschäfts-, Lager- und Werkstatträumen, in denen im Frühling und Herbst, wenn eine Heizung des ganzen Warenhauses nicht notwendig ist, die Lufttemperatur ohne Heizung zu niedrig ist.
Das andre Drosselventil für Mitteldruck von 0,25 at versorgt etwa 25 Dampfkocher verschiedenster Größe, die in den Küchen der beiden Gastwirtschaften und in der Kantine. aufgestellt sind.
Außerdem entnehmen noch drei Warmwasserbereiter in den Geschirrspülräumen und im Weinkeller den nötigen Heizdampf durch dieses Ventil. Der verhältnismäßig hohe Druck ist gewählt worden, damit große Wassermengen rasch zum Kochen gebracht werden.
Das Niederschlagwasser der Heizanlagen fließt durch zum Teil nasse, zum Teil trockne Leitungen in den Keller des Kesselhauses zurück, läuft durch zwei Wasserzähler, sammelt sich in einem Behälter und wird noch warm Abb. 4 und 5. Selbsttätiges Drosselventil.
welche die oberen zwei Drittel des Wasserabscheiders in zwei Hälften teilt. Zur Entwässerung dient ein selbsttätiger Kondensationstopf. Vor dem Inbetriebsetzen der Maschinen und bei starken Belastungssteigerungen kann die Leitung unter Umgebung des Kondensationstopfes mit der Hand durch einen besondern Hahn entwässert werden.
Von beiden Hälften der Ringleitung aus führt ein Rohr nach zwei Drosselventilen, von denen das eine, größere auf 0,1 at, das kleinere auf 0,25 at Ueberdruck eingeregelt ist, Abb. 4 und 5. Das erstere vermindert den Dampfdruck für die Niederdruckheizung. Es kann 4000 kg/st Dampf für 250 Heizkörper durchlassen, die 1500000 WE zu liefern imstande sind. Von dem Drosselventil führt eine Leitung in einen Dampfsammler, an den 8 Rohrleitungen für die verschiedenen Flügel des Hauses angeschlossen sind. Neben der Hauptdampfleitung ist noch eine zweite, schwache Leitung angeordnet, die drei Rohrstränge unter Umgehung des Dampfsammlers unmittelbar mit Heizdampf versehen kann. Diese drei Rohrleitungen dienen zum Heizen von
wieder in die Kessel zurückgepumpt. Die ganze Anlage mit den beiden Drosselventilen ist von der Sonderfirma für Zentralheizungsanlagen Philipp Katz in Köln-Ehrenfeld errichtet worden und hat bis heute anstandlos gearbeitet.
Für den Maschinensaal lieferte die Sté. an. des Ateliers de Construction H. Bollinckx in Brüssel zwei liegende Verbundmaschinen von je 300 PS. Normalleistung bei 9 at Dampfüberdruck und 300° C Dampftemperatur, Abb. 6. Auf die Hauptwelle der Maschinen sind die Anker der von den Deutschen Elektrizitätswerken in Aachen gebauten Dynamos aufgezogen. Die Dampfmaschinen haben 390 und 650 mm Zyl.Dmr. und 900 mm Hub und machen 125 Uml./min. Der vom Dampfkessel-Ueberwachungsverein in Brüssel ausgeführte 9 stündige Dauerversuch hat 4,95 kg/PS-st Dampfverbrauch ergeben. Die Diagramme sind aus Abb. 7 und 8 ersichtlich. Das Hauptventil, der Wasser- und Lufthahn für den Kondensator und die Wasserabscheidehähne der Zylinder werden bequem vom Maschinistenstand aus bedient, von dem aus auch die erforderlichen Druck- und Luftleerenmesser gut sichtbar sind.