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Rauchgasuntersuchungen

[519] Rauchgasuntersuchungen. – Verbrennungsluftmenge für 1 kg Brennstoff bei vollkommener Verbrennung ohne Luftüberschuß L_kg = 2,667 C + 8 H + S – O/0,232 und, da 1 kg trockene Luft von 0° 760 mm 1,293 kg wiegt:

Luftbedarf L_cbm 0/760 = 2,667 C + 8 H + S – O/0,30 und bezogen auf 15° C und 736 mm

L_cbm ¹⁵/₇₃₆ = 2,667 C+ 8 H+ S – O/0,275

Wirklich verbrauchte Luftmenge bei v fachem Luftüberschuß = v L. Hierin bedeutet C den Kohlenstoff-, H den Wasserstoff-, S den Schwefel- und O den Sauerstoffgehalt des Brennstoffs.

Verbrennungsluftmenge mit Luftüberschuß für 1 kg Brennstoff bei unvollkommener Verbrennung, berechnet aus der Gasanalyse. Die trockenen Rauchgase enthalten in Volumprozent: k₁% Kohlensäure, s o₂% schweflige Säure, k₂% Kohlenoxyd, m% Methan, h% Wasserstoff, n% Stickstoff und o% Sauerstoff. Die Zusammensetzung von 1 kg Brennstoff in Gewichtsprozent wie oben angegeben. Die Asche enthalte pro 1 kg ursprünglichen Brennstoff in Gewichtsprozent: Ca% Kohlenstoff, H_a% Wasserstoff, O_a% Sauerstoff, N_a% Stickstoff und S_a% Schwefel, so daß der wirklich verfeuerte Brennstoff pro 1 kg ursprünglicher Kohle in Gewichtsprozent enthält: C – Ca = C'% Kohlenstoff, H – Ha = H'% Wasserstoff, O – Oa = O'% Sauerstoff, N – Na = N'% Stickstoff und S – Sa = S'% Schwefel. Die tatsächlich verbrauchte trockene Verbrennungsluft pro 1 kg auf das Feuer gelangten Brennstoffs, bezogen auf 0° und 760 mm, ist, wenn die Luft 20,9 Raumteile Sauerstoff und 79,1 Teile Stickstoff enthält, nach Hassenstein, Zeitschr. f. Dampfkessel- u. Maschinenbetrieb 1910, S. 313 u. f. (vgl. a. [4])

worin r den Kohlenstoffgehalt des Rußes und der Teerdämpfe pro 1 cbm Gas in Gramm und s_n = 1,25 des spez. Gew. von Stickstoff bedeutet. SO₂ ist in der CO₂ enthalten.

Gensch [9] gibt als Näherungsformel für den theoretischen Luftbedarf an

L₀ = 1,37 W/1000,

wenn W der Heizwert des Brennstoffs ist, oder auch für Kohlen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt (f)

L₀ = W + 600 f/1000 kg.

Verbrennungsgasmenge bei vollkommener Verbrennung. Bei vollkommener Verbrennung von 1 kg Brennstoff mit L kg Verbrennungsluft entstehen

G_kg = (1 + L) – A kg Verbrennungsgase,

wenn A = Gewicht der Asche pro 1 kg Brennstoff. Bei fächern Luftüberschuß werden

G_kg = (1 + v L) – A kg Rauchgase entwickelt.

Theoretische Verbrennungsgasmenge in Kilogramm ohne Luftüberschuß:

G_kg = 12,5 C + 35,48 (H – O/8)+ 5,31 S + W + N.

Theoretische Verbrennungsgasmenge in Kubikmeter 0/760 ohne Luftüberschuß:

G_cbm = 8,88 C + 32,28 (H – O/8) + 1,243 W + 0,797 N.

Die tatsächliche Gasmenge G_cbm, bezogen auf 0° C und 760 mm Barometerstand, welche entsteht bei Verbrennung von 1 kg Brennstoff unter Zuführung der v fachen theoretischen Luftmenge, berechnet sich aus

G_0/760 = theoretische Rauchgasmenge + theoretische Luftmenge × (v – 1).[519]

Für t° Gastemperatur und b mm Barometerstand ist die Gasmenge in Kubikmeter

G_{t°/b mm} = G_0/760 (273 + t)/273 · 760/740.

Bei Annahme vollkommener Verbrennung berechnet sich, wenn k der Kohlensäuregehalt der Gase in Volumprozent und C der Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs in Gewichtsprozent, die gesamte wirkliche Verbrennungsgasmenge mit Luftüberschuß in Kubikmeter 0/760 mm pro 1 kg Brennstoff zu

worin K = 1,865 C ist. Bei Berücksichtigung des Aschendurchfalls ist statt C, H, S, K einzusetzen C', H', S', K'.

Annäherungsweise erhält man nach Herberg [4] für das wasserdampffreie Gasvolumen bei vollkommener Verbrennung von 1 kg Brennstoff

G_cbm 0/760 = 1,865/8100 H v/(k_s)m,

wenn W den Heizwert des Brennstoffs, v die Luftüberschußziffer bedeutet. Mit (k_s) m = 21 wird

G_{cbm 0/760} =1,1 H v/1000.

Die Gasmenge in Kilogramm ergibt sich durch Multiplikation mit dem spez. Gew. 1,33 bis 1,37.

Bei unvollkommener Verbrennung erzeugt 1 kg Brennstoff eine Gasmenge, bezogen auf 0° 760 mm

S.a. [4] und Dosch, Zeitschr. f. Dampfkessel- u. Maschinenbetrieb 1910, S. 1 u. f. Bezüglich der Berechnung der Verbrennungs-Gas- und -Luftmenge s.a. die Arbeit von Fudickar, »Untersuchungen an Kachelöfen«, Beiheft 10 zum »Gesundheitsingenieur« oder Heft 24 der Mitteilungen der Prüfungsanstalt für Heizungs- und Lüftungseinrichtungen der Technischen Hochschule Berlin.

Die Bestimmung der Gasmenge kann unmittelbar erfolgen durch Messen mittels Stauscheibe oder Staurohres sowie mittels Anemometers. Näheres über derartige Messungen s. [1] sowie die vorstehend genannte Arbeit von Fudickar. – Ergänzungen zu Bd. 7, S. 359 ff.:

Zu A) Chemische (Absorptions-) Methode. Um guten Durchschnittskohlensäuregehalt zu erhalten, sollten die Proben in Zeitabständen von 3 bis 5 Minuten genommen werden.

Unter den selbsttätig arbeitenden Apparaten für Kohlensäurebestimmung seien noch erwähnt der mit Wasser (Strahlapparat) betriebene Apparat von J.C. Eckardt, Cannstatt, bei welchem die Abgase zur sicheren und raschen Absorption in Spirallinien von unten nach oben durch die Absorptionsflüssigkeit geführt werden, der Apparat »Mono« der Firma H. Maihack, A.-G., Hamburg, der mit Wasser oder Druckluft betrieben werden kann, und ferner der Apparat von Keiser & Schmidt, Berlin, welch letzterer darauf beruht, die Wärme zu messen, die bei der Aufnahme von Kohlensäure durch Kalilauge entsteht. Näheres hierüber s. [3]. In der »Feuerungstechnik« 1915/16, S. 56 u. f., ist auch der Rauchgasprüfer, Bauart Pintsch, eingehend besprochen. In neuester Zeit bringt die Gesellschaft für Kohlenersparnis M. Arndt & Co. in Köln einen automatischen Rauchgasprüfer in den Handel, der als freistehendes Armaturstück in kräftiger Metallausführung, ohne zerbrechliche Glaskeile, ohne Gummischlauchverbindungen und ohne Verwendung von Quecksilber ausgebildet ist und sowohl durch fließendes Wasser als durch Schornsteinzug, elektrisch oder mechanisch betrieben werden kann. Näheres s. Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1919, S. 840, sowie die Prospekte der genannten Firma. Weiteres über Rauchgasuntersuchungen s. Orsat-Apparate, Bd. 6, S. 778 f., sowie [4]–[7] und [14].

Höchstgehalt der Verbrennungsgase an Kohlensäure (+ schweflige Säure) = (k_s/m) = 21 würde erhalten, wenn bei der Verbrennung ebensoviel %CO₂ entstünde, wie % O in der Luft enthalten sind, d.h. bei der vollkommenen Verbrennung von ausschließlich kohlenstoffhaltigen Brennstoffen ohne Luftüberschuß. Da nun jeder Brennstoff Wasserstoff und Schwefel enthält, die bei der Verbrennung Sauerstoff verbrauchen, so wird der Wert 21 nie erreicht, der Höchstgehalt an Kohlensäure ist vielmehr stets kleiner als 21, und zwar um so kleiner, je mehr der Brennstoff H und 5 enthält, er beträgt [8] für Steinkohle und Anthrazit zwischen 17,8 und 20,1, im Mittel 19,0, für Koks zwischen 20,0 und 20,8, im Mittel 20,5, für Braunkohle zwischen 17,9 und 20,4, im Mittel 19,2, für Torf zwischen 19,4 und 20,1, im Mittel 19,8, für Holz zwischen 20,2 und 20,7, im Mittel 20,5. Ueber die Berechnung des maximalen Gehaltes an CO₂ sowohl aus der Zusammensetzung der Rauchgase als auch aus derjenigen des Brennstoffs s. [4], [8] und [14].

Zu 2. Spezifische Wärme der Rauchgase, Weiteres hierüber s. [2], [3] und [9].

Zu 3. Temperaturbestimmung. Außer den Glaspyrometern mit Quecksilber kommen heute häufig die elektrischen Pyrometer (s. Pyrometer, Bd. 7, S. 305, und [13]) zur Anwendung. – Bezüglich genauerer Formeln zur Bestimmung des Wärmeverlustes in den Abgasen s. Feuerungsanlagen, S. 216 f.

Zu 4. Menge der in den Rauchgasen noch enthaltenen brennbaren Gase. Zur Ermittlung derselben werden die Verbrennungsgase über erhitztes Kupferoxyd oder besser über erhitzten Platinschwamm geleitet, wobei die unverbrannten Bestandteile (CH₄, CO und H) zu Wasser und Kohlensäure verbrannt werden, welch letztere dann in einem Chlorcalciumrohr[520] bezw. in einem Gefäß mit Kalilauge aufgefangen und gewogen werden; s. [10] und [11]. Ueber einfachere derartige Apparate, die unmittelbar bei Versuchen im Kesselhaus benutzt werden können, s. Orsatscher Apparat, Bd. 6, S. 778 f., sowie [4], [5], [12] und [14]. In neuerer Zeit sind Apparate in den Handel gebracht worden, bei denen die Bestimmung von CH₄ H und unter Umständen auch CO anstatt durch Verbrennungsvorrichtungen durch Explosion erfolgt. Näheres hierüber s. [13].

Literatur: [1] Mitteilungen der Prüfungsanstalt für Heizungs- und Lüftungseinrichtungen der Techn. Hochschule Berlin, Heft 1. – [2] C. Lanyi, Berechnung der Dampfkesselfeuerungen, Ueberhitzer und Vorwärmer, 3. Aufl., Essen 1919. – [3] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1911, S. 2169. – [4] C. Herberg, Feuerungstechnik und Dampfkesselbetrieb, Berlin 1913. – [5] Paul Fuchs, Wärmetechnik des Generator- und Dampfkesselbetriebs, Berlin 1913. – [6] J. Brand, Technische Untersuchungsmethoden zur Betriebskontrolle, Berlin 1913. – [7] Dosch, Einrichtungen zur Untersuchung von Verbrennungsgasen, »Feuerungstechnik« 1916/17, S. 53 u. f. – [8] Zeitschr. f. Dampfkessel- u. Maschinenbetrieb 1910, S. 89 f. – [9] M. Gensch, Berechnung, Entwurf und Betrieb rationeller Kesselanlagen, Berlin 1913. – [10] Haier, Feuerungsuntersuchungen des Vereins für Feuerungsbetrieb und Rauchbekämpfung in Hamburg, Berlin 1906. – [11] Zeitschr. d. bayr. Revisionsvereins 1906, S. 123. – [12] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1906, S. 212. – [13] Ebend. 1911, S. 472. – [14] Gramberg, Techn. Messungen, 3. Aufl., Berlin 1914.

R. Stückle.