LXXI. Ueber die Popper'schen Kesseleinlagen und über ein Verfahren, den Kesselstein zu beseitigen; von Dr. O. Kohlrausch, Chemiker des österr.-ungar Rübenzucker-Industrie-Vereines.Aus dem „Marktbericht,“ Organ für Handel und technischen Fortschritt der landwirthschaftlichen Gewerbe, vorzugsweise für Rübenzucker-Industrie, März 1871, S. 142. Kohlrausch, über die Popper'schen Kesseleinlagen. Um den in jüngster Zeit verschiedentlich an mich ergangenen Anfragen über den Effect der Popper'schen Patent-Kesseleinlagen nachzukommen, theile ich kurz die in dieser Beziehung hier in Seelowitz in der Robert'schen Zuckerfabrik gemachten Erfahrungen mit, trotzdem ich mir bewußt bin, nichts wesentlich Neues über diesen Gegenstand bringen zu können. Der erste Versuch, bei Beginn der Campagne eingeleitet, scheiterte daran, daß die Zapfen der an den Rändern der Blecheinlagen angebrachten Zuganker, welche die Bleche in ihrer richtigen Lage erhalten, aus den Löchern herausgegangen waren und sich in Folge dessen die Einlagen verschoben hatten. Durch Umbiegen der Zapfen wurde diesem Uebelstand vorgebeugt und der Kessel wurde nach dreimonatlicher Gangdauer am 2. März geöffnet. Es bestätigten sich die schon oft hervorgehobenen günstigen Erscheinungen bei dem mit einer Einlage versehenen Kessel. Wenn die Wände desselben auch nicht ganz glatt erschienen, so war doch der anhaftende Kesselstein nur sehr dünn, an den meisten Stellen wie Cartonpapier; ich beobachtete auch wohl Kesselsteine von 1 Millimet. Stärke, aber hier gerade ließ er sich am leichtesten mit dem Messer abstoßen, war spröde und enthielt gar keinen Schlamm. Die Feuerbleche sowohl wie die Seitenwandungen waren in dieser Weise beschaffen; die sich sonst auf den Feuerblechen ansetzenden abgesprungenen Kesselsteinplättchen und der im Laufe des Frühjahres in bedeutender Menge aus der „Schwarzawa“ in den Kessel gebrachte Schlamm befanden sich sämmtlich auf der Einlage. Gerade über dem eigentlichen Feuerraume auf eine Länge von etwa 60 Centimeter lag derselbe gemischt mit abgesprungenem Kesselstein in großer Menge, stellenweise 5–6 Centimeter hoch. Es ist eine schon lange in der Praxis bekannte Thatsache, daß die Kessel, wenn sie auch noch so gut horizontal, ja selbst vorn etwas gehoben eingemauert werden, sich mit der Zeit nach dem Heizraum zu etwas senken; der Hauptnutzen der Einlage besteht nun eben darin, daß Schlamm etc. sich in ihr sammeln kann, welcher sonst durch die Neigung des Kessels und durch die lebhaftere Wasserbewegung von und zu den heißesten Stellen desselben sich hauptsächlich über dem Feuerraum festsetzt und ein Verbrennen der Feuerbleche veranlaßt. Die in der Einlage befindlichen Kesselsteinstücke hatten alle annähernd eine Stärke von 1 Millimet., so daß es beinahe scheint, als wenn derselbe nach Erreichung einer gewissen Dicke vermöge seiner Sprödigkeit von selbst abspringt. – Wie bedeutend die Wassercirculation in dem Kessel mit Einlage seyn muß, geht daraus hervor, daß der Schlamm in Menge an die obere Kesselwandung geworfen war. In dem Kessel ohne Einlage war der Kesselstein 4–5 Millimet. stark, dabei zähe und mit dem Messer wohl abzuschaben, aber nicht in kleinen Platten abzubrechen. Auf den Feuerblechen lagen Schlamm- und Kesselsteinstücke über dem festangesetzten Kesselstein noch 3–4 Centimeter hoch. Leider sind auch hier in Seelowitz keine genauen Zahlen betreffs Kohlenersparniß constatirt, aber es liegt auf der Hand, daß eine solche stattfinden muß, da die Wandungen des Kessels reiner sind, daher zur Erhitzung derselben weniger Heizmaterial gebraucht wird, und ferner in Folge der rascheren Circulation des Wassers von und zu den heißesten Theilen des Kessels eine vermehrte Dampfentwickelung stattfinden muß. Der Kessel wird also sehr wahrscheinlich bei demselben Kohlenverbrauch leistungsfähiger als früher seyn, oder aber bei derselben Leistung weniger Kohlen verbrauchen. Ueber die weiteren Vortheile der Popper'schen Einlagen beim praktischen Betriebe, z.B. Verlängerung der Gangdauer des Kessels, leichteres Reinigen, geringere Explosionsgefahr etc. verweise ich auf schon früher ausgesprochene Ansichten, welchen ich beipflichte. (Napravil's Bericht über die Popper'schen Kesseleinlagen, im polytechn. Journal, 1870, Bd. CXCVIII S. 97.) Einer auffallenden Erscheinung will ich noch Erwähnung thun. Beim Durchbrechen der Kesselsteinplättchen erschien die Masse faserig krystallinisch und bei Betrachtung der Bruchfläche mit einer guten Loupe war diese faserig krystallinische Structur ganz deutlich zu sehen; ebenso Ablagerungen von Kieselsäure an einzelnen Stellen. Die Bruchflächen machten den Eindruck des Fasergypses aus den Gypslagern der Flötzgebirge. (Schon Johnston fand in dem Kesselsteine eines Hochdruckdampfkessels kleine Krystalle von schwefelsaurem Kalk, welche sich aus dem gypshaltigen Wasser abgesetzt hatten.) Da die Vermuthung nahe lag, daß durch die Hitze von Außen einerseits, und durch den Druck im Inneren des Kessels andererseits, sich Anhydrit gebildet hatte, so untersuchte ich den Kesselstein. Er bestand aus 24,817 Proc. Kieselsäure, 65,332   „ schwefelsaurem Kalk,   3,800   „ kohlensaurem Kalk und außerdem geringen Mengen von Eisenoxyd und Magnesia. Die Verunreinigungen waren gewiß zum großen Theil nur außen der Substanz mechanisch anhaftend, und ich glaube, daß die Krystalle für sich untersucht als Resultat ziemlich reinen schwefelsauren Kalk ergeben hätten. Es ist wohl denkbar, daß diese Erscheinung hauptsächlich eine Folge der Popper'schen Einlage ist. Während sich Thon und Verunreinigungen des Wassers in Kesseln ohne Einlage mit an die Wandung des Kessels festsetzen, die Gypspartikelchen trennen und damit eine Krystallisation derselben verhindern, so sind in Kesseln mit Einlage Gyps und kohlensaurer Kalk einerseits, und Thon und Sand etc. andererseits scharf getrennt. Letztere lagern sich in der Einlage ab, während erstere zum Theil, zumal der in Wasser äußerst fein suspendirte Gyps längere Zeit mit dem circulirenden Wasser herumgerissen werden und so allmählich die feinen, fast nur aus Kalkverbindungen bestehenden krystallinischen Kesselsteinplättchen bilden; dem äußerst geringen Gehalt dieses Kesselsteines an Thon dürfte es zuzuschreiben seyn, daß derselbe so spröde und brüchig ist. Der Nutzen der Popper'schen Einlagen ist nicht zu verkennen und es ist als sehr wahrscheinlich anzunehmen, daß in kurzer Zeit in allen sich für die Einlage eignenden Kesseln diese Erfindung angewandt werden wird. Zugleich theile ich die Art und Weise mit, in welcher in der gräflich von Seilern'schen Kurowitzer Cementkalk-Fabrik die Bildung von Kesselstein verhindert wird. Der dortige Kessel – bezogen von Sievers und Comp. in Kalk bei Deutz (bei Cöln am Rhein) – ist ausziehbar, nimmt sehr wenig Raum ein, da er vertical ist, hat aber trotzdem eine große Heizfläche. Er hat 48 Zoll Durchmesser, 112 Zoll Höhe und 140 Quadratfuß Heizfläche. Bei 8 Zoll Kolbendurchmesser, 14 Zoll Kolbenhub, 110 Hüben per Minute, hat die mit diesem Kessel verbundene Maschine bei 5 Atmosphären Dampfüberdruck und voller Cylinderfüllung 30,9 theoretische Pferdekräfte. Der große Rost gestattete die Benutzung jeden beliebigen Brennmateriales. Die Röhren im Inneren des Kessels werden durch die Feuergase von ihrer äußeren Seite berührt und das Wasser befindet sich in den Röhren, in welchen es circulirt. Diese Einrichtung hat den Vortheil, daß die Vernietungen der Röhren im Wasserraum des Kessels liegen, mithin nicht abbrennen können, und daß die Röhren mit ihrer äußeren Oberfläche als Heizfläche berechnet werden, also mehr Heizfläche bieten als bei anderen Systemen. Der Kessel hatte nominell einen Wasserverbrauch von 18 Kubikfuß per Stunde, welche Zahl jedoch in der Praxis nie ganz erreicht wurde. Es werden mittelst des erzeugten Dampfes täglich in 12 Arbeitsstunden 200 Centner Cementkalk gebrochen, vermahlen, gesiebt und verpackt, außerdem eine kleine Schrottmühle getrieben und im Herbst das Dreschen der auf dem Gut erzeugten Halmfrüchte besorgt. Ich habe durch diese detaillirte Beschreibung nur nachweisen wollen, wie ungeheuer der Kessel angestrengt werden mußte, um diesen Anforderungen zu genügen und wie sehr es daher angezeigt erschien, einer Kesselsteinbildung vorzubeugen. Als im Sommer des Jahres 1869 der Betrieb eröffnet wurde, mußte der Kessel nach etwa vierwöchentlicher Gangdauer auseinander genommen werden, weil eine Verpackung undicht geworden war. Hier zeigte sich, daß nach so kurzer Zeit schon eine 2 Millimet. starke Schicht von sehr hartem Kesselstein gebildet war, und daß die im Feuerraum befindlichen, unter einem rechten Winkel sich schneidenden Röhren sehr schwer und unbequem zu putzen waren, weil man nur von drei Seiten zu denselben gelangen konnte, die vierte aber durch die Nähe einer Mauer fast unzugänglich war. – Um fernerhin Betriebsstörungen zu vermeiden, ließ ich (mir war die Einrichtung und Inbetriebsetzung dieser Fabrik anvertraut) aus Berlin das sogenannte Eiermann'sche Halogenin kommen. Dasselbe hat folgende Zusammensetzung: 20,897 Proc. organische Substanzen (Melassenrückstände), scheinbar 15,901   „ Chlorbaryum und 61,043   „ Chlorammonium. Der Rest von 2 Proc. entfällt auf Verunreinigungen. Das Pfund dieser Mischung kostete 10 Sgr., und es wären – nach Arbeiten, im Laboratorium der gräfl. v. Seilern'schen Versuchsstation ausgeführt, zu urtheilen – 7,2 Pfund Halogenin täglich nöthig gewesen, um eine Kesselsteinbildung im Kessel zu verhüten. Es hätte dieß täglich 2 Rthlr. 12 Sgr. ausgemacht und ich zog vor, mir das Pulver selbst aus Chlorbaryum, Chlorammonium und Melasse darzustellen, indem ich das Gemisch in denselben Verhältnissen zusammensetzte, wie es die Analyse des Halogenins ergab. Es stellten sich jedoch mehrere Uebelstände beim Gebrauch des Pulvers ein. Das Wasser schäumte, wurde mit der Zeit schmutzig durch die zugesetzte organische Substanz, und ferner war das Beschlagen der Maschinentheile mit verflüchtigtem Chlorammonium unangenehm, welches ein häufiges Putzen derselben nöthig machte. Außerdem stellte sich bei einer Oeffnung des Kessels später heraus, daß der Bildung von Kesselstein doch nicht ganz vorgebeugt war und sich an manchen Stellen der Kesselwandungen ziemlich starke Krusten, zum Theil aus schwefelsaurem Baryt bestehend, abgelagert hatten. Es mußte etwas Anderes gefunden werden, um der Kesselsteinbildung vorzubeugen; oxalsaures Ammoniak zum Ausfällen des Kalkes war zu theuer und Oxalsäure hätte genau für das Quantum von doppeltkohlensaurem und schwefelsaurem Kalk passend hinzugesetzt werden müssen, wenn nicht der Kessel durch die saure Reaction des Wassers Schaden erleiden sollte; täglich aber das Wasser mit Oxalsäure zu titriren, wäre wohl im Laboratorium im Kleinen gegangen, aber in der Praxis war es nicht durchführbar. So blieb denn nur das kohlensaure Natron übrig, welches ja auch in manchen Fabriken im Dampfkessel zur Fällung des Gypses, unter Bildung von schwefelsauren Natron und kohlensaurem Kalk, angewandt wird. Um auch die Niederschläge von kohlensaurem Kalk nicht im Kessel zu haben, wenn selbe auch wohl kaum Kesselstein gebildet, sondern sich unten im Kessel als Schlamm abgesetzt hätten, und um auf jeden Fall sicher zu gehen, daß aller Kalk unschädlich gemacht sey, wurde folgende Vorrichtung getroffen. Die Wasserpumpe, welche mit der Maschine durch einen Treibriemen in Verbindung war und eventuell durch Schieben des Riemens auf eine Leerscheibe abgestellt wurde, pumpte früher das Speisewasser in einen Vorwärmer, von wo es durch eine zweite Pumpe der Maschine in den Kessel gelangte. Diese Verbindung wurde abgestellt und dafür das Speisewasser in einen Bottich gepumpt, welcher neben dem Maschinenhaus auf einem zweiten Bottich stand, der um anderthalb Fuß länger war. Der obere Bottich faßte, bis zu einer Marke gefüllt, die Hälfte des in einem Tage benöthigten Speisewassers. Durch die Analyse hatte ich nachgewiesen, daß im Liter unseres Wassers 0,1246 Grm. Kalk enthalten war und 0,037 desselben auf schwefelsauren Kalk, 0,1935 Grm. auf kohlensauren Kalk entfiel. Diese Zahlen multiplicirt mit der Pfundzahl der täglich verbrauchten Wassermenge und dividirt durch 2 (da 1 Liter = 2 Pfund ist), mußten die absolute Zahl des im täglichen Wasserbedarf befindlichen Kalkes ergeben, und hierauf wurde die Menge des zum Ausfällen nöthigen kohlensauren Natrons berechnet. Die Wassermenge in dem bis zur Marke gefüllten Bottich war bekannt und dem entsprechend wurde nun kohlensaures Natron zugesetzt, das Wasser aufgekocht mit einem Theil des Retourdampfes der Maschine, welcher sonst durch den Auspuff in den Schornstein geleitet wurde, um den Zug zu vermehren, und dann die ausgeschiedenen kohlensauren Kalkverbindungen des Wassers absitzen gelassen, was nach einer halben Stunde ziemlich vollständig geschehen war. Zwei Zoll vom Boden des Bottiches befand sich ein Hahn auf der Seite, wo der untere Bottich um 1 1/2 Fuß vorstand, durch welchen das nun reine Wasser ablief; es passirte noch ein einfaches Flanellfilter, wo die letzten Spuren suspendirten Kalkes entfernt wurden und sammelte sich dann in dem unteren Bottich. Der abgeschiedene kohlensaure Kalk in dem oberen Gefäß, welcher am Boden desselben liegen blieb, wurde von Zeit zu Zeit durch ein mit einem Spund versehenes Loch entfernt. Der Spund wurde hierbei herausgezogen und der Kalk mit einem Besen hinausgekehrt. Aus dem unteren, dem Sammelbottich, lief dann das Wasser, sobald man den Hahn im Maschinenhaus öffnete, in das dort befindliche Reservoir, von wo es in den Kessel gepumpt wurde. Der Kessel ist vor kurzer Zeit nach sechswöchentlicher Gangdauer geöffnet und ohne jeden Kesselstein gefunden worden. Anfänglich wurde sehr häufig, später als die zuzusetzende Menge von kohlensaurem Natron genau bekannt war, von Zeit zu Zeit mit oxalsaurem Ammoniak auf die Reinheit des Wassers geprüft und dasselbe ohne jede Spur von Kalk gefunden; derselbe war vollständig ausgefällt und entfernt. Das Wasser enthielt schwefelsaures Natron, von zersetztem Gyps herrührend, und überschüssig zugesetztes kohlensaures Natron. Daß sich aus diesem vollständig kalkfreien Wasser kein Kesselstein absetzen konnte, liegt auf der Hand. Ich versuchte zuerst mit der theoretisch berechneten, dem schwefelsauren Kalk entsprechenden Menge kohlensauren Natrons den an Schwefelsäure gebundenen Kalk zu entfernen, indem ich von der Voraussetzung ausging, daß durch das Kochen des Wassers ein Aequivalent Kohlensäure des doppelt-kohlensauren Kalkes ausgetrieben und kohlensaurer Kalk ausfallen würde, daher nur der als Gyps vorhandene Kalk durch kohlensaures Natron zu entfernen sey. 1 Liter Wasser enthielt 0,037 Grm. schwefelsauren Kalk, ein Eimer daher 2,10 Grm., zu deren Umsetzung in kohlensauren Kalk ich 1,64 Grm. kohlensaures Natron gebraucht hätte. Versuche mit dieser Menge angestellt, gaben ganz unbefriedigende Resultate; es stellte sich heraus – wie dieß oft geschieht – daß die theoretisch richtige Zahl, welche im Laboratorium recht befriedigende Resultate ergab, in der Praxis ganz unbrauchbar war. Die hier bedeutend größere Wassermenge konnte nicht so vollständig in's Sieden gebracht, beziehungsweise darin erhalten werden und die Folge hiervon war, daß einestheils noch doppelt-kohlensaurer Kalk im Wasser gelöst blieb, anderntheils aber der ausgefällte einfach-kohlensaure Kalk so fein suspendirt war, daß er sich nicht absetzte und das Flanelltuch so mit Schlamm verstopfte, daß nicht einmal der Inhalt eines Bottiches ohne Auswaschen des Tuches rasch durchlief. Es blieb daher nichts Anderes übrig, als den doppelt-kohlensauren Kalk ebenfalls mit auszufällen; auch hier reichte die äquivalente Gewichtsmenge kohlensauren Natrons nicht aus, und ich setzte daher in geringen Portionen so lange mehr zu, bis aller Kalk entfernt war. Es wurden für die täglich verbrauchten 180 Kubikfuß Wasser 3 Pfd. Soda = 30 kr. benöthigt. Diese Menge würde genügt haben, um den Kalk des Wassers auch ohne Kochen auszufällen, aber es hätten dann einige Reservebottiche vorhanden seyn müssen, um das Wasser einige Stunden stehen lassen zu können, theils zur vollständigen Ausfällung, theils um dem ausgefällten Kalk Zeit zum Absitzen zu lassen. Das Aufkochen bewirkte eine raschere Ausfällung und ein schnelleres Absitzen, indem die Gyps- und Kalkpartikelchen zusammengeballt wurden, und außerdem wahrscheinlich das durch das kohlensaure Natron deplacirte und vom Wasser absorbirte. Eine Aequivalent Kohlensäure des doppelt-kohlensauren Kalkes aus dem Wasser herausgetrieben wurde, und nicht von Neuem auf den ausgefällten einfach-kohlensauren Kalk einwirken konnte. Der durch das Aufkochen herbeigeführte Dampfverlust war in unserem Falle irrelevant, da – wie schon oben bemerkt – die Retourdämpfe zum Kochen des Wassers benutzt wurden, welche sonst zur Vermehrung des Zuges in den Schornstein geleitet wurden; es wurde während des Wasserkochens das Ventil im Schornstein mehr geöffnet, so daß der Zug doch vollständig ausreichte. Um der allzugroßen Anhäufung von Soda und Glaubersalz im Kessel vorzubeugen, wurde das Wasser desselben alle 14 Tage abgelassen und der Kessel mit 15–20 Pfund Dampfdruck ausgeblasen. Die Vortheile, welche wir durch das Verfahren erreichten, den Kalk vorher zu entfernen, sind leicht ersichtlich. Man arbeitet ohne Betriebsstörung, vermindert die Explosionsgefahr und schont den Kessel ungemein; wir haben uns für die täglich aufgewandten 30 kr., welche die Soda kostet, durch diese Vortheile als reichlich entschädigt betrachtet. Ich brauche wohl kaum zu bemerken, daß dieses Verfahren für sehr große Fabriken, in welchen Tausende Kubikfuß Wasser zum Speisen der Kessel täglich verwandt werden, nicht anwendbar ist, aber ich glaube es bei kleineren Betrieben, sowohl für stationäre als auch transportable Dampfkessel nach den gemachten Erfahrungen bestens empfehlen zu können.