XIX. Ueber die JosephPopper'schen Patent-Dampfkessel-Einlagen; Bericht von Friedrich Napravil, Zuckerfabriks-Director in Velim. Vorgetragen in der Plenar-Versammlung des Vereines ostböhmischer Zuckerfabrikanten in Chrudim den 29. Juni 1870. Napravil, über den Popper'schen Anti-Incrustator. Seit ungefähr zwei Jahren ist eine Erfindung ziemlich lebhaft besprochen und mit mehrseitigem Interesse in ihrer Entwickelung und Verwendbarkeit verfolgt worden, welche vom Ingenieur Joseph Popper in Wien gemacht und mit Beharrlichkeit in die Praxis eingeführt wurde. Diese Erfindung wurde unter dem Namen „Popper's Patent-Kessel-Einlagen“ bekannt als eine Vorrichtung, welche in Dampfkesseln eingebracht werden soll zu dem Zwecke, um die Uebelstände durch Niederschläge aus den Speisewässern zu beheben und die Sicherheit des Betriebes zu erhöhen.Man s. die Beschreibung dieser Vorrichtung im polytechn. Journal, 1869, Bd. CXCI S. 263. Bekanntlich wurden viele Versuche seit einer Reihe von Jahren, und zwar in allen Industriestaaten von den Ingenieuren gemacht, den sogenannten Kesselstein zu beseitigen. Das constante Mißlingen aller dieser Versuche hatte zur Folge, daß das Problem der Beseitigung des Kesselsteines und das der Herstellung eines Perpetuum mobile beinahe in eine Linie gestellt wurden. In der That zeigt nicht nur die bisherige Erfahrung, sondern auch eine genauere Betrachtung der gestellten Aufgabe einerseits und der theoretischen Hülfsmittel und praktisch obwaltenden Umstände andererseits, daß eine sogenannte Beseitigung des Kesselsteinansatzes an den Dampfkesselblechen, im Allgemeinen wenigstens, eine Unmöglichkeit sey. Aber es ergibt sich für den Praktiker auch, daß dieses Ideal zu erreichen gar nicht nothwendig sey, und daß der Dampfindustrie ein sehr wesentlicher Dienst geleistet, ja daß derselben ganz Genüge geschehen würde, wenn es Jemanden gelänge, durch eine einfache Vorrichtung es möglich zu machen, die Dampfkessel von allen jenen Formen der festen Niederschläge wenigstens insoweit zu befreien, daß die Reparaturen, oder, wenn solche nicht vorhanden sind, die Unterbrechungen des Betriebes und Häufigkeit der den Kesseln so schädlichen Reinigungen mit Hammer und Meißel beseitigt werden. Mit einem Worte, es handelte sich um die praktische Formulirung sowohl, als auch Lösung des Problemes und dieß eben kann man Hrn. Popper, nach den zahlreichen bisherigen Erfahrungen zu schließen, gern zuerkennen. Hr. Popper drückt den Zweck seiner Erfindung so aus: „Ich befreie nicht von Niederschlägen, sondern von den Uebelständen durch Niederschläge.“ Die Uebelstände, welche die festen Bestandtheile im Speisewasser überhaupt im Gefolge haben, sind nachstehende: 1) Ein Theil der festen Bestandtheile bleibt im Kesselwasser suspendirt. – Die Folge hiervon ist, daß die Wasserstandsgläser sich oft sehr verunreinigen und ein genaues Ablesen des Wasserstandes unmöglich machen, daß die Ventile an dem Kessel sich verschlammen, – für die Sicherheit des Betriebes sehr gefährliche Umstände; – endlich pflegt der aus dem Kessel entweichende Dampf viel Schlamm mit sich zu reißen und hierdurch die Dampfleitungen zu verlegen, die Maschine zu zerstören und dgl. mehr. 2) Ein Theil der festen Niederschläge bleibt in schlammiger Consistenz am Boden des Kessels liegen. – Derartige Ablagerungen consumiren viel Brennstoff und zerstören sehr bald die Kesselbleche. 3) Ein Theil der festen Bestandtheile bekommt eine feste und steinige Consistenz, das ist der Kesselstein selbst; dieser Kessel- oder Pfannenstein verhindert die gute Wärmeübertragung, er muß öfter zerschlagen und hierdurch das Kesselblech sehr in Anspruch genommen werden, und endlich: 4) kommt es häufig vor, daß diese steinige Kruste während des Ganges des Kessels von selbst abspringt, sich in zahlreichen Plättchen an den Feuerplatten zusammenschiebt, ganze (mitunter mächtige) Klumpen bildet und die Kesselplatte entweder durchbrennen macht, oder eine Blechblase veranlaßt, mindestens aber eine ganz außerordentliche Brennstoffverschwendung verursacht. Zur Vermeidung aller genannten Uebelstände war bisher nur ein einziges und nicht immer hinreichendes Mittel darin gegeben, daß man die Dampfkessel nur sehr kurze Zeit ununterbrochen heizen läßt; was für ein Uebelstand aber in dieser Vorsicht selbst liegt, ist zu klar als daß es nöthig wäre näher darauf einzugehen. Die Popper'schen Einlagen sind nun gerade zu dem Zwecke construirt, die genannten Uebelstände mit Sicherheit und ohne Heranziehung neuer Unannehmlichkeiten zu beheben; dieß wird durch Blecheinlagen bewirkt, welche mit Hülfe passender Detailconstructionen, die den jeweiligen Kesseldimensionen und Formen entsprechen, gewisse Wasserströmungen so dirigiren, daß die erwähnten Leistungen eintreten müssen, und zwar mit Nothwendigkeit, weil es sich nur um feststehende physikalische Gesetze handelt, die von den vorhandenen praktischen Umständen nie zurückgedrängt werden. Es hat sich auch durch eine lange Reihe von Erfahrungen ergeben, daß dieß der Fall sey, und die Leistungen, wie sie Hr. Popper anzugeben pflegt, sind als ein allen Beobachtungen gemeinschaftliches Ergebniß, also eigentlich als eine Minimalleistung anzusehen. Hierin liegt eben die Sicherheit der Wirkung und Garantie der Einhaltung der versprochenen Leistungen. Die Frage ist nun: „Auf welche Weise bewirken eigentlich die P.-schen Einlagen die Behebung jener obengenannten Uebelstände durch die Niederschläge der Speisewässer?“ ad 1. Betreffs des ersten der oben angeführten Punkte sey bemerkt: daß in Folge der Anwesenheit der P.'schen Einlagen in den Dampfkesseln, und zwar sowohl mit äußerer, als mit innerer Feuerung (Cornwallkesseln), ein Kochen des Wassers und Aufsteigen des Dampfes nur in jener Art möglich gemacht wird, daß sich der allergrößte Theil des suspendirten Schlammes in das Innere des Apparates ruhig ablagern kann; zu gleicher Zeit ist jene Wasseroberfläche, von der der Dampf in den Dampfdom strömt, vollkommen ruhig, daher ein Schäumen und Platzen von Dampfbläschen nicht vorhanden, und daher auch der in den Dom entweichende Dampf nicht nur wasserfreier, sondern auch viel schlammfreier (wenn nicht ganz schlammfrei) als dieß sonst möglich ist. Die Beobachtungen hinsichtlich der genannten Wirkungen sind äußerst zahlreich; überall bemerkt man – trotz längerer Gangdauer – eine auffallende Reinheit des Wassers im Wasserstandsglase; was die Reinheit des Dampfes von mitgerissenen Schlammtheilchen betrifft, so wurde in einem Etablissement (Eisensteingrube des Frhrn. v. Rothschild in M. Neustadt) ein ganz specieller und eingehender Versuch gemacht. In diesem Etablissement ist nämlich das Speisewasser so schlammreich, daß der Dampf enorm viel Schlamm mitreißt, hierdurch die Dampfleitungen verengt und die Maschine verdirbt. Behufs der Erprobung wurde nun zum Versuch mit drei mit P.'schen Einlagen armirten Dampfkesseln operirt und nach Verlauf von ungefähr 6 Monaten die Maschine auseinandergenommen und die Dampfleitungen untersucht. In der That zeigte sich die verlangte Leistung dem Versprechen Hrn. Popper's gemäß erfüllt. ad 2. Durch die Patent-Einlagen wird sämmtlicher Schlamm in Folge heftiger Wasserbewegungen von den heißen Kesselplatten entfernt und in das Innere des Apparates ruhig abgesetzt. Diese Leistung, als keine besonders schwierige, sey nicht weiter besprochen; natürlich hat der Apparat in keinem einzigen Falle noch versagt. ad 3. Der Kesselstein selbst wird immer und namentlich an den heißesten Kesselstellen bedeutend reducirt; es kommen zwar Fälle vor, wie in der Troppauer Zucker-Raffinerie u.a., wo eine ganz vollständige Beseitigung erreicht wird; wir haben aber bereits zu Anfang auseinandergesetzt, daß Hr. Popper von einer absoluten Beseitigung im Allgemeinen, und zwar mit Recht, gar nicht spricht, dieselbe auch zu sämmtlichen versprochenen Leistungen nicht nothwendig ist. Die Verminderung des Kesselsteines nun ging in einzelnen Fällen bis auf 1/3, 1/4 und auch noch mehr, und der Grund dieser Verminderung liegt bei den P.'schen Einlagen darin, daß: 1) das Kesselwasser überhaupt vom suspendirten Schlamm befreit, also reiner erhalten wird; 2) durch die heftigen Wasserströmungen eine Verdichtung des Wassersteines und ein Verhindern des Absatzes von einzelnen Schlammschichten herbeigeführt wird. Es muß aber noch auf eine höchst wichtige Eigenthümlichkeit der Wirkung der P.'schen Einlagen aufmerksam gemacht werden. Die während der Functionirung der Einlagen gebildete Incrustirung ist viel leichter von den Kesselblechen ablösbar, als dieß sonst der Fall ist; diese Beobachtung ist so vielfach gemacht worden, daß gar kein Zweifel daran mehr möglich wird, und der Grund ist folgender: durch vollständiges Isoliren des weicheren Schlammes vom festen Kesselstein wird der letztere viel spröder und glasartiger; er brennt daher nicht nur viel weniger an, sondern er springt in Folge eines Hammerschlages viel leichter und in relativ größeren Stücken ab, als sonst. Man überzeugt sich von der Richtigkeit dieser Erklärung leicht, indem man ein Stück eines derartigen Kesselsteines und eines gewöhnlichen auf eine Tischplatte wirft; der erste wird wie Glas klingen, der andere nicht. Nun ist aber noch die praktisch wichtigste, die schwierigste und interessanteste Leistung der P.'schen Einlagen zu erwägen, nämlich: die Entfernung der von selbst abgesprungenen Kesselsteinplättchen von den Kesselplatten. Auf diesen Hauptfeind eines sicheren ungestörten Betriebes und der Erhaltung der Dampfkessel hatte man bisher kein genügendes Gewicht gelegt und noch viel weniger wurde bis auf den heutigen Tag ein Apparat construirt, welcher diesem Uebelstande abzuhelfen geeignet war. Es liegen nun so zahlreiche Beweise vor, daß die P.'schen Einlagen dieß zu leisten im Stande sind, daß man schon um dieser einen Eigenschaft willen dieselben den nützlichsten, und wenn man ihre Einfachheit berücksichtigt, den interessantesten Erfindungen der Neuzeit anreihen darf. Ich will, sogleich an diese Leistung anknüpfend, über den Generalversuch berichten, welcher von unserem Verein ostböhmischer Zuckerfabrikanten mit den P.'schen Einlagen in einem Dampfkessel der „Akciová továrna na cukr“ in Pardubic unter Aufsicht unseres Präsidenten, Hrn. Director Joseph Pfleger, durchgeführt wurde. In den Kesseln dieses Etablissements zeigte sich, trotz der Verwendung von Elbewasser zum Speisen derselben, im Laufe der Campagne ein Durchbrennen und Blasenziehen der Feuerplatten sämmtlicher Dampfkessel; der eigentliche Kesselstein war zwar durchaus nicht stark (1 bis 1 1/2 Linien), aber es zeigten sich bei der Untersuchung der Kessel enorme Anhäufungen von abgesprungenen Kesselsteinplättchen, und diese waren die Ursache der genannten Uebelstände. Es wurde nun einer der Kessel (Bouilleurkessel mit 2 Siederöhren, 33' lang und 3 1/2' Durchmesser) mit den P.'schen Einlagen versuchsweise belegt und Ende Februar angeheizt; gleichzeitig wurde mit der Anheizung eines Nachbarkessels begonnen; das verwendete Speisewasser war aber nicht reines Flußwasser, sondern mit Brunnenwasser vermischt. Schon nach kurzer Zeit war es auffallend, wie rein das Wasser im Wasserstandsglase des Versuchskessels blieb, während jenes des Nachbarkessels immer mehr und mehr verschlammte. In der 5. Woche nun war es ohne Gefahr des Durchbrennens und der Blasenbildung nicht mehr möglich, den Nachbarkessel weiter zu heizen, man mußte ihn kalt stellen, während der Versuchskessel anstandslos weiter arbeitete. Nun ging der letztere noch weitere 5 Wochen, so daß er demnach volle 10 Wochen ununterbrochen geheizt wurde, während die gewöhnliche Gangdauer der Kessel dieser Zuckerfabrik 4 Wochen nicht überschreiten durfte. Es war aber bis zum Schlusse der Gangdauer das Wasser im Glase immer rein geblieben, und ein Mehraufwand an Brennstoff nicht bemerkbar. Wir beschlossen nun, um die Wirksamkeit der Einlagen durch eigenen Augenschein wahrzunehmen, woran uns bei der Wichtigkeit dieser Vorrichtung für unsere Fabriken sehr gelegen war, daß der Kessel bis zum 9. Juni verschlossen bleiben möge, und Hr. Director Pfleger lud uns für diesen Tag zur Oeffnung und Untersuchung des Kessels ein. Wir waren in der That in großer Anzahl erschienen, ließen in unserem Beiseyn den Mannlochdeckel abnehmen und stiegen nun einer nach dem anderen in den betreffenden, schon sehr abgekühlten Kessel. Wir beobachteten nun Folgendes: Im Inneren der Einlagen waren etwas Schlamm und eine ganz außerordentliche Menge von Kesselsteinplättchen abgelagert, und zwar ungefähr über dem ersten heißen Dritttheil der Kessellänge. Nach dem Beiseitelegen der einzelnen Einlagsbleche wurde nun die Kesselwandung selbst untersucht; vom Anfang bis zum Ende derselben waren vollkommene Abwesenheit von Schlammtheilchen und gar keine Kesselsteinplättchen zu bemerken; der eigentliche Kesselstein aber war auf Papierstärke herabgebracht, so daß die kältere Hälfte des Kessels gewiß während der ganzen Campagne gar nicht, oder höchstens nur einmal wird nunmehr geputzt werden müssen, um ein ganz unnöthiges Zerhacken des Kesselbleches zu vermeiden. Auffallend war uns ferner die leichte Ablösbarkeit des Kesselsteines; an den Feuerplatten konnte man beinahe ohne Hämmern, durch Einfahren mit einem scharfen Instrument, ja mit den Fingernägeln, Stücke ablösen, so sehr lose haftete der Stein an den Kesselblechen. Endlich muß noch erwähnt werden, daß wir uns von der äußerst praktischen Construction der P.'schen Einlagen überzeugten, in Folge deren sogar das erste Einsetzen nur gegen 2 Stunden in Anspruch nahm; ferner brauchen dieselben weder selbst gereinigt, noch aus dem Kessel mehr herausgenommen, sondern beim Reinigen nur zonenweise bei Seite und wieder auf den früheren Platz gestellt zu werden. Eine ganz andere Art von Nutzen gewähren die P.'schen Einlagen noch durch Erhöhung der Betriebssicherheit und ich will über diesen ebenfalls sehr wichtigen Punkt Einiges anführen. Man bemerkt in den Cylinderkesseln, in welchen P.'sche Einlagen functionirten, oberhalb des normalen Wasserstandes stets weiße Spuren, welche beweisen daß das Wasser weit über das normale Niveau gehoben worden war. Diese Hebung ist genau der Temperatur der betreffenden Stelle entsprechend, sie beträgt oberhalb der Feuerplatten 10–12–15 Zoll und nimmt dann gegen das kalte Ende stetig ab. Diese Eigenschaft der Wasserhebung begründet nun einen ausgiebigen Schutz gegen das Glühen oder Anbrennen der Kesselbleche bei etwa gesunkenem Wasserstand. Andererseits bewirken diese Einlagen stets und selbst während der Unterbrechung im Heizen eine genügend starke Strömung im Kesselwasser, welche so regulirt ist, daß eine immerwährende Ausgleichung der Temperatur in allen Wasserschichten bis in den Dampfraum hinein stattfindet; hierdurch aber wird dem sogenannten Siedeverzuge vorgebeugt, welcher nach den neuesten Forschungen sehr wahrscheinlich häufig die Ursache von jenen Explosionen der Dampfkessel bildet, die während der Rastzeit der Dampfmaschinen zu entstehen pflegen. Fassen wir dieß Alles zusammen, berücksichtigen wir die betreffenden zahlreichen und genauen Beobachtungen, die Erfahrungen bei den verschiedensten der gangbaren Kesselformen und bei verschiedenen Speisewässern, endlich den Umstand daß Popper' sche Apparate, welche in mehreren Etablissements seit längerer Zeit im Gange sind, stets gleich gut functioniren, dabei in ihrer Construction und Beschaffenheit nicht gelitten haben, so kann diese neue Erfindung gewiß nur auf das Angelegentlichste empfohlen werden, denn sie: ermöglicht eine bedeutende Verlängerung der Gangdauer der Dampfkessel, verhütet das Durchbrennen und Blasenziehen der Feuerplatten, erspart Brennstoff und erhöht die Betriebssicherheit. Es dürfte wohl auch von Interesse seyn, Näheres über die Entwickelung der Erfindung unseres Landsmannes zu erfahren. Nach Mittheilungen Popper's hatte derselbe bereits im Jahre 1863, als er noch Eleve des k. k. physikalischen Universitätsinstitutes in Wien unter Leitung des bekannten Physikers und Mathematikers Ettingshausen war, bei Gelegenheit einer Voruntersuchung über Haarröhrchen-Erscheinungen bei erwärmten Flüssigkeiten nachfolgendes interessantes und von Jedermann leicht zu wiederholendes Experiment angestellt. Er nahm einen mehrere Zoll langen Kupferstreifen, ritzte mit einer Messerklinge eine Furche entlang von der ungefähren lichten Weite eines Menschenhaares, erhitzte hierauf das Ende des Metallstreifens über einer Spiritusflamme, und senkte sodann das erhitzte Ende bis auf ungefähr einen halben Zoll Tiefe in kaltes Wasser; es zeigte sich nun ein plötzliches Aufschießen eines Wasserfadens in diese Furche – durch die ganze Länge derselben. Wurde dann ein Kupferstreifen mit ähnlichen knapp nebeneinander laufenden Canälchen versehen, am Ende – sowie früher, erhitzt und sodann rasch in kaltes Wasser eingetaucht, so überzog sich das Metallblech in einem Augenblicke mit einer feinen, bis an das Ende reichenden Wasserhaut. Es zeigte sich also, daß es möglich sey, Dampfblasen welche eben in der Entstehung begriffen sind, motorisch zu verwerthen. Die praktische Verwendung dieses Principes für Dampfkessel leuchtete sofort ein. P. ließ sofort kleine, mit derartigen Canälen versehene Metallgefäße anfertigen, um Wasserverdampfungsversuche darin vorzunehmen; durch mannichfache Umstände in der Verfolgung dieser Arbeit unterbrochen, gelangte er erst im Jahre 1867 dazu, die Experimente nochmals im Kleinen vorzunehmen, und nach ungefähr einem halben Jahre, nach vielfachen und mannichfaltigen Modificationen behufs praktischer Realisirung des eben erwähnten Principes, zu vollenden. Im Frühjahr 1858 reichte er sein erstes Patentgesuch ein – er besitzt bereits seit neuester Zeit das dritte Patent – begann die Versuche im Großen, nachdem er mit vieler Mühe endlich ein Etablissement hierzu bereit gefunden hatte und verfolgte den Gegenstand bis auf den heutigen Tag von Fall zu Fall mit der größten Aufmerksamkeit, untersuchte beinahe jeden mit Einlagen versehenen Kessel, um die gemachten Beobachtungen für die Vervollkommnung seines Apparates zu benutzen und kam auf diesem Wege mit Beharrlichkeit zu einem Resultate, welches wir oben so warm empfehlen konnten. P. machte uns auch darauf aufmerksam, daß ihm von mehreren Seiten vorgehalten wurde, derartige Einlagen seyen schon seit 15 und 20 Jahren in England und Westphalen versucht und verwendet worden. Die Aehnlichkeit aller bisher sonst verwendeten Einlagen mit den P.'schen ist aber eine so oberflächliche und das Princip so radical verschieden, daß die ersteren nicht nur in den meisten und besonders in den schwierigen Fällen gar nichts nutzen, sondern öfters geradezu zum Verderben der Kessel beitragen. Auf der letzten Welt-Ausstellung zu Paris kamen ähnliche Kesseleinlagen vor, und fanden alle Anerkennung. Es waren die von Schmitz.Polytechn. Journal, 1869, Bd. CXCI S. 264. Schon Schmitz suchte mittelst seiner Kesseleinlagen durch eine günstige Circulation des Wassers im Generator, dessen Verdampfungsfähigkeit zu erhöhen, und andererseits den entstandenen pulverförmigen Niederschlag nach einer Seite zu führen, wo das zur Ruhe gelangte Wasser denselben abzulagern im Stande ist. In weit vollkommenerer Weise erreicht dieses Ziel aber der Popper'sche Anti-Incrustator. Der vollgültigste Beweis hierfür liegt darin, daß eben aus der Heimath jener schon früher construirten Kesseleinlagen, nämlich aus der Rheinprovinz und Westphalen, sich nach P.'schen Einlagen das Bedürfniß durch vielfältige Anfragen und Bestellungen erwiesen hat.