CI. Ueber Crampton's System der Anwendung von Kohlenstaub als Brennmaterial; von William H. Maw. Vorgetragen in der Cleveland Institution of Engineers. – Aus Engineering, März 1871, S. 217. Mit Abbildungen auf Tab. VII. Maw, über Crampton's Oefen mit Anwendung von Kohlenstaub als Brennmaterial. Der Gedanke, Brennmaterial in pulverförmigem Zustande zu verwenden, ist schon älter, denn bereits im Jahre 1831 wurde auf diese Art des Brennmaterialverbrauches ein Patent (in England) ertheilt und seitdem sind ungefähr zwanzig andere, denselben Zweck anstrebende Methoden patentirt worden. Einige von diesen Patenten beziehen sich auf verschiedene Verfahren, das staubförmige Brennmaterial mittelst eines Luftstromes in den Ofen zu injiciren, so daß diese von Thomas Russell Crampton angewendete Art des Ofenbetriebes mit Kohlenstaub an sich selbst keine Neuigkeit ist; dieß schmälert jedoch sein Verdienst keineswegs, da er der Erste ist, der einen Kohlenstaub-Ofen construirte, welcher einen wirklich praktischen Erfolg hatte und die Probe eines längeren Betriebes bestand. Ein großer Uebelstand, mit welchem Crampton's Vorgänger bei ihren Versuchen mit Staubkohle zu kämpfen hatten, war die Verstopfung der Züge durch Theilchen von unverzehrtem Brennstoff, wodurch nicht allein viele Unzuträglichkeiten, sondern auch directe Verluste an Kohle verursacht wurden. Dieser Uebelstand ist nun aber von Crampton einfach durch Berücksichtigung der Thatsache vermieden worden, daß zur Verbrennung eines Steinkohlenpartikels, wie innig dasselbe immerhin mit der Luft in Berührung gebracht seyn mag, stets eine gewisse Zeitdauer erforderlich ist. Nehmen wir an, ein Strom eines innigen Gemisches von atmosphärischer Luft und Kohlenstaub werde einem Ofen zugeführt und in geeigneter Weise angezündet, so wird eine Flamme entstehen, deren Länge je nach der Einströmungsgeschwindigkeit und der Größe der Kohlentheilchen verschieden ist; je größer die erstere und je bedeutender die letztere, desto länger ist die Flamme. Nun bildet in diesem Falle die Länge der Flamme gewissermaßen einen Maaßstab für die zur Verbrennung der Kohlenpartikel erforderliche Zeit, und damit diese Verbrennung eine vollständige ist, müssen die angewendeten Anordnungen solche seyn, daß während dieser Zeit das Brennmaterial mit der Luft in wirksamer Berührung bleibt. Je kleiner die Kohlentheilchen, desto größer ist die Oberfläche, welche sie im Verhältniß zu ihrem Gewichte der Einwirkung der Luft darbieten, desto kleiner ist demnach die zu ihrer Verbrennung erforderliche Zeit und desto leichter läßt sich eine vollständige Verbrennung sicher erzielen. Mit anderen Worten, je kleiner die Kohlentheilchen sind, desto mehr nähern sie sich der Natur eines gasförmigen Brennstoffes. Wenn demnach das Mahlen der Kohlen nichts kostete, so würde es rathsam seyn, dieselben zu einem vollkommen unfühlbaren Pulver zu zerkleinern; pecuniäre Rücksichten verbieten dieß aber und man muß daher in der Praxis Einrichtungen anwenden, welche das Brennmaterial in einem weniger fein gepulvertem Zustande zu verbrennen gestatten. Für den günstigen Erfolg bei Anwendung pulverförmigen Brennmateriales ist es wesentliche Bedingung: 1) daß die Zuführung des Brennmateriales zum Ofen unter vollständiger Controlle stehe und daß sie, so lange es erforderlich ist, constant bleibe, ohne persönliche Aufsicht zu erfordern; 2) daß das gepulverte Brennmaterial mit der die Verbrennung vermittelnden Luft innig gemischt sey; 3) daß die Flammenströme einen solchen Lauf nehmen, daß eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes stattfinden kann, bevor die Gase aus dem Ofen abziehen; 4) daß die Verbrennungskammern, sowie die der intensiven Hitze ausgesetzten Ofentheile so construirt sind, daß sie leicht reparirt werden können; 5) endlich, daß geeignete Vorrichtungen zum Ansammeln und zur Beseitigung der Schlacken vorhanden sind, welche von den dem Brennmaterial beigemengten fremden Substanzen herrühren. Die Art, in welcher Crampton diesen verschiedenen Erfordernissen entsprochen hat, werde ich im Nachfolgenden näher auseinandersetzen. Die regelmäßige Speisung eines Ofens mit Kohlenstaub, namentlich wenn derselbe etwas feucht ist, ist keineswegs eine leichte Aufgabe; Crampton hat jedoch nach mehrfachen Versuchen mit verschiedenartigen Einrichtungen einen sehr einfachen Apparat construirt, welcher dem Zwecke vollkommen entspricht. Derselbe ist in Fig. 18 und 19 dargestellt, und besteht aus einem mit einem Paar glatter Speisewalzen versehenen Rumpfe A, Fig. 18, welcher zur Aufnahme der gepulverten Steinkohle dient. Dieser Rumpf ist mit einem Siebe B verbunden, durch welches gröbere Kohlenstücke zurückgehalten werden; in seinem Inneren laufen zwei horizontale Wellen um, welche mit Flügeln C, D versehen sind, um den Kohlenstaub in lockerem Zustande zu erhalten, so daß er sich nicht zusammenballen kann. Diese Flügel bewegen sich in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung, so daß sie die Staubkohle durch die Oeffnung E pressen, deren Querschnitt mittelst des Schiebers F regulirt werden kann. Die Oeffnung E führt zu dem Kasten G; ihre obere Kante liegt unter dem oberen Rande des Kastens, so daß der Brennstoff nicht über den letzteren getrieben wird. Hat sich der Kasten mit Brennmaterial voll gefüllt, weil das sofort zu erwähnende Walzenpaar H, I den Kohlenstaub nicht so rasch wegnimmt, als derselbe durch die Oeffnung E geführt wird, so haben die Flügel C, D nicht Kraft genug, die Höhe der Kohlenschicht im Kasten G zu vermehren und rühren dann bei ihrer Umdrehung den Kohlenstaub bloß um, bis das Walzenpaar seine Quantität im Kasten vermindert hat. Aus dem Kasten gelangt die Kohle zwischen die Walzen H, I, und wird von diesen dem Trichter K zugeführt, welcher sie zum Injector leitet. Die Quantität des durch die Walzen zugeführten Kohlenstaubes wird mittelst der Schraube L regulirt, welche auf den Hebel M und durch diesen auf den Hebel N wirkt, an welchem die Lager der Walze H angebracht sind; mittelst dieser Anordnung läßt sich der Abstand zwischen den Walzen nach Belieben abändern. In dem Maaße als die Walzen H, I den Brennstoff aus dem Kasten G wegziehen, wird letzterer durch die Wirkung der Flügel wieder gefüllt, daher der Brennstoff im Kasten stets in einem verhältnißmäßig lockeren Zustande erhalten wird und eine ununterbrochene und gleichmäßige Zuführung desselben zu den Walzen stattfindet, ganz unabhängig von der Höhe des im Rumpfe A enthaltenen Brennstoffes. Da die Walzen H, I ganz frei liegen, so kann jede Unregelmäßigkeit in der Zuführung der über den Kratzer O passirenden Kohle leicht wahrgenommen werden. Der in den Trichter K gelangte Kohlenstaub fällt gerade vor einem Luftstrome oder einer Reihe von Luftströmen nieder, welche ihn in die zu dem Ofen führenden Röhren injiciren. – Als Beweis für die Vollkommenheit dieser Anordnungen mag hier angeführt werden, daß in Woolwich mit Crampton's Ofen fünfzig Hitzen – deren jede im Durchschnitt 30 Ctr. Kolben lieferte – hinter einander gemacht wurden, ohne daß die den Zutritt der Luft und des Kohlenstaubes regulirenden Handgriffe nur ein einzigesmal berührt zu werden brauchten. Bei der Zuführung der Ströme des Gemisches von Luft und Kohlenstaub in den Ofen muß die Richtung derselben eine solche seyn, daß eine etwaige ungleiche Vertheilung des Kohlenstaubes in der Luft, welche während ihres Durchganges durch die Röhren verursacht wurde, wieder ausgeglichen wird. So hat man gefunden, daß wenn das Gemisch durch die Biegung einer Röhre zieht, das Moment der Kohlentheilchen dieselben veranlaßt beim Eintritt in die Biegung gegen deren äußere Seite zu dringen. Wenn das Gemisch die Biegung verlassen hat und nun eine lange gerade Röhrenflucht durchströmt, so können sich beide Theile wieder vollkommen mischen; tritt aber das Gemisch, unmittelbar nachdem es eine Biegung verlassen hat, in einen Ofen, so wird man finden daß die eine Seite des Stromes (die der äußeren Seite der Biegung entsprechende) mit Brennstoff überladen ist, während die andere Seite zu wenig davon enthält. Würde man nicht die zur Abhülfe dieses Uebelstandes geeigneten Maßregeln treffen, so müßte nothwendig eine unvollständige Verbrennung stattfinden. Crampton hat aber in sinnreicher Weise diese trennende Wirkung benutzt, um in manchen Fällen eine vollkommene Mischung von Luft und Brennmaterial zu bewerkstelligen. So hat er für das Arsenal zu Woolwich einen Wärmofen construirt, bei welchem die Ströme des Gemisches in der in Fig. 19 dargestellten Weise angeordnet sind. Dieselben liegen nämlich in einer Reihe neben einander, und die sie zuführenden Röhren sind sämmtlich in derselben Richtung gebogen; dadurch wird bewirkt, daß der mit Brennstoff überladene Theil des einen Stromes in den mit Luft überladenen Theil des ihm zunächst befindlichen abgegeben wird und so fort, so daß ungeachtet der Biegungen ein vollkommenes Gemisch von Luft und Kohlenstaub und somit eine vollständige Verbrennung erzielt wird. Bei den beiden äußeren Strömen findet natürlich eine solche Ausgleichung nicht vollständig statt; jedoch streicht der kohlenüberladene Theil des einen dieser Ströme und der luftüberladene des anderen gegen die Seitenwände des Ofens und schließlich werden beide Ströme mit dem Hauptstrom der Gase gemischt. Die Verbrennungskammer des Ofens wird einfach durch Legen einer aus feuerfesten Steinen bestehenden, mit Sand bedeckten Sohle, an der Stelle wo sich gewöhnlich der Rost befindet, hergestellt; die erwähnten Kohlen-Luftströme treten am Ende des Ofens ein und sind mit einem sehr geringen Stechen nach der Feuerbrücke zu gerichtet, so daß die Mittellinien der Ströme den schwach ansteigenden Theil der Verbrennungskammer, welcher in diesem besonderen Falle die Feuerbrücke bildet, gerade bestreichen würden. Die von den Verunreinigungen der Steinkohle herrührende Schlacke sammelt sich auf der Sohle des Verbrennungsraumes und wird in geeigneten Zwischenräumen abgestochen. Der Haupttheil des Ofens, in welchen die anzuwärmenden Kolben gebracht werden, hat ganz die gewöhnliche Form, so daß die für das Brennen von Kohlenstaub nothwendig gewordenen Abänderungen des Ofens nur sehr gering sind. Die Esse ist mit einem Register versehen und durch Regulirung desselben nach der jeweiligen Zuführung der Kohlen-Luftströme, wird der Druck im Ofen nur sehr wenig über dem äußeren Luftdruck erhalten. Das Register wird nämlich so regulirt, daß die durch die Esse hervorgerufene Luftverdünnung so viel als möglich den Ueberdruck ausgleicht, welchen das Einpressen von Luft durch die Ströme veranlaßt, daher, wenn die Ofenthür geöffnet wird, weder die Flamme nach Außen schlägt, noch ein Zug nach Innen entsteht. Bei den Woolwicher Oefen haben die Kohlen-Luftströme 2 Zoll Durchmesser und die Luftpressung kann von 6 Zoll Wassersäule als Maximum bis auf 1/2 Zoll reducirt werden. Gewöhnlich arbeitet man dort mit einer Pressung von 1/2 bis 1 1/2 Zoll Wassersäule. Bei seinen früheren OefenMitgetheilt nach Crampton's Patent-Specification im polytechn. Journal, 1869, Bd. CXCIII S. 293. brachte Crampton in den Verbrennungskammern Scheidungen an, wobei die Kohlen Luftströme einen zickzackförmigen Lauf nehmen mußten, um auf diese Weise eine vollkommene Mischung der Luft mit dem Brennmaterial zu erzielen. Dieser Zweck wurde auch erreicht; aber derartige Verbrennungskammern lassen sich nur schwierig in Reparatur erhalten und deßhalb wendet Crampton jetzt in allen Fällen eine einfache Verbrennungskammer an, wie ich sie beschrieben habe, in welcher die Mischung der Luft mit dem Kohlenstaube durch die in Fig. 19 dargestellte Anordnung der Ströme vollständig bewirkt oder das Gemisch durch eine gerade Röhrenflucht zugeführt wird, welche letztere dann so gelegt wird, daß das Gemisch auf die Sohle der Verbrennungskammer streicht. Selbstverständlich muß die Anordnung der Ströme und der Punkte an welchen sie in den Ofen treten, nach den Zwecken, zu denen der letztere bestimmt ist, abgeändert werden. Crampton hat jetzt im Arsenal zu Woolwich zwei seiner Oefen im Betriebe; der eine dient zum Anwärmen der Kolben, der andere ist ein Puddelofen. Der erstere ist seit beinahe zwei Jahren, der andere erst seit wenigen Wochen im Betriebe. Außer diesen beiden Oefen sind solche in anderen Gegenden des Landes zur Glasfabrication, zur Gußstahlfabrication, zum Kupferschmelzen etc. gebaut worden, so daß zur Beurtheilung der Leistungen dieser Oefen binnen Kurzem reichlich Anhaltspunkte geboten seyn werden. In seiner Anwendung zum Anwärmen der Kolben hat das Crampton'sche System vorzügliche Resultate geliefert; die sorgfältige Beobachtung eines vierwöchentlichen Betriebes ergab einen durchschnittlichen Verbrauch von 5,66 Cntr. Kohlenstaub per Tonne ausgewalzter Schienen, indem das Maximum des Consums während einer Woche 5,9 Centner, das Minimum 5,48 Cntr. per Tonne Schienen betrug. Der Eisenabbrand oder die Differenz zwischen dem Gewichte des chargirten Alteisens und dem der erzeugten Schienen schwankte von 8,33 bis 10,8 Procent, so daß das durchschnittliche Calo innerhalb der vier Wochen auf 9,2 Proc. sich belief. Diese Beobachtungen wurden zu einer Zeit gemacht, wo wegen Lauheit des Betriebes wöchentlich nur acht Schichten gemacht wurden, und unter diesen Verhältnissen schwankte die Menge der erzeugten Schienen von 42 Tonnen 16 Ctr. bis 49 Tonnen 6 Cntr. per Woche, so daß also die durchschnittliche Wochenproduction etwa 46 1/2 Tonnen betrug. Als Brennmaterial wurde Kohlenklein benutzt, welches auf den Werken 9 Shilling per Tonne kostete, während in den gewöhnlichen Oefen derselben Werke Stückkohle von derselben Grube verwendet wurde, welche 15 Shill. 6 Pence per Tonne kostete, und wovon per Tonne Schienen 9 Centner verbraucht wurden, wobei der Eisenabbrand im Durchschnitt die Höhe von 11 Proc. erreichte. Im Kohlenstaubofen werden die Hitzen weit rascher gemacht, als in den gewöhnlichen Oefen, und die Arbeitsersparniß beim Aufgeben des Brennmateriales etc. ist sehr beachtenswerth. Wie bereits erwähnt, ist ein nach Crampton's System eingerichteter Flammofen seit einigen Wochen im Arsenal zu Woolwich im Betriebe; die mit demselben gemachten Erfahrungen sind aber noch nicht umfassend genug, um eingehendere Angaben über seine Leistungen zu gestatten. Die mit diesem Puddelofen bisher erzielten Resultate haben indessen einen Consum von ungefähr 17 Cntr. Kohlenstaub per Tonne Rohschienen ergeben. Der Ofen wird mit 5 Cntr. chargirt und per Schicht werden fünf Hitzen gemacht. Das verwendete Eisen besteht fast gänzlich aus altem Brucheisen. Außer zum regelmäßigen Betriebe ist Crampton's Wärmofen in Woolwich auch zu Versuchszwecken verwendet worden, und ich will nun die Einzelheiten einiger Versuche mittheilen, welche mit demselben im vergangenen Herbste zum dem Zwecke abgeführt wurden, die erreichbare hohe Temperatur zu ermitteln. Bei einer Gelegenheit wurde in ein mit 25 Pfd. Rohschienen – die zu 3/5 aus kalt erblasenem und zu 2/5 aus Staffordshire-Roheisen dargestellt waren – beschickter Tiegel in den Ofen eingesetzt und diese Schienen, welche nach der Analyse des Regierungschemikers 0,04 Proc. Kohlenstoff enthielten, schmolzen binnen einer Stunde und fünfundvierzig Minuten; das flüssige Eisen wurde in eine Form gegossen, worauf man es erkalten ließ. Nachher wurde der auf diese Weise erzeugte Zain von gegossenem Stabeisen zur Rothgluth angewärmt und unter dem Hammer zu einem Stabe von 2 Zoll im Quadrat ausgereckt. Bei der Probe zeigte dieser Stab eine absolute Festigkeit von 22 Tonnen per Quadratzoll. Derselbe wurde dann zur Schweißhitze angewärmt, zu einem Stabe von 2 1/2 Zoll auf 5/8 Zoll gestaucht, und nun wiederum der gleichen Probe unterworfen; das Resultat war eine absolute Festigkeit von 32 Tonnen per Quadratzoll und das Stück hatte sich in einer Länge von 1 1/2 Zoll um 5/8 Zoll ausgedehnt, bevor der Bruch erfolgte. Ferner ließ sich dieser Stab von 2 1/2 Zoll auf 5/8 Zoll in kaltem Zustande doppelt biegen, ohne zu brechen, und zeigte endlich bei der Analyse noch seinen früheren Kohlenstoffgehalt von 0,04 Proc. Bei einer anderen Gelegenheit wurde eine Quantität Späne von Rohschienen derselben Qualität, wie die vorhin erwähnten, welche aber drei- oder viermal im Feuer gewesen waren, innerhalb fünfzig Minuten in Fluß gebracht; das flüssige Metall wurde auf eine Eisenplatte ausgegossen, so daß es einen „Kuchen“ von beiläufig 1 Quadratfuß Querschnittfläche und an verschiedenen Stellen zwischen 1/64 und 1/4 Zoll schwankender Stärke bildete. Dieses merkwürdige Gußstück erwies sich als vollkommen hämmerbar. – Eine Charge von 25 Pfund Cementstahl schmolz im Schmelztiegel im Woolwicher Ofen in weniger als einer Stunde. Ein wichtiger Punkt bei Anwendung des Kohlenstaubofens sind die Kosten des Mahlens der Steinkohle. Natürlich wird dieser Proceß um so theurer, je feiner die Kohle gemahlen wird und Crampton war der Ansicht, daß nicht mehr als 1 Shilling per Tonne für das Mahlen ausgegeben werden darf. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Kohle mit weit geringeren Kosten auf den gehörigen Grad von Feinheit gebracht werden kann. Crampton pulvert sie zwischen gewöhnlichen Mühlsteinen und sechs Paar solcher Steine von 3 Fuß 6 Zoll Durchmesser genügen, um wöchentlich 300 bis 400 Tonnen Kohle zu mahlen, vorausgesetzt daß fünf Paar gleichzeitig Tag und Nacht im Gange sind. Zur Bedienung dieser Mühlen sind zwei Mann für die Tages- und zwei für die Nachtschicht erforderlich. Ein Paar Steine liefert per Stunde ungefähr 10 Cntr. und kann 40 bis 50 Tonnen liefern, bevor es wieder gerichtet zu werden braucht. Es werden dazu gewöhnliche Peak-Steine benutzt und man hat gefunden, daß ein Bodenstein zwei Läufer aushält; ein Paar Steine vermag im Durchschnitt 3000 Tonnen Staub zu liefern, bevor es abgenutzt ist. Die Steine machen 160 bis 180 Umdrehungen per Minute. Die Kosten einer Batterie von sechs Paar Steinen, mit Einschluß der Dampfmaschine zum Betrieb, jedoch ohne Kessel, betragen etwa 500 Pfd. Sterl.; per Paar Steine ist eine Triebkraft von etwa 4 Pferdestärken erforderlich. Rechnen wir 20 Procent für Zinsen und Abnutzung, und nehmen an, daß die zur Dampferzeugung verwendeten Kohlen per Tonne 12 Shilling kosten, so berechnen sich die Kosten des Mahlens per Tonne Steinkohlen in folgender Weise: Arbeitslohn 4   Pence. Zinsen und Abnutzung der Maschinerie 1 ½   „ Erneuerung der Steine 1       „ Kosten der unter den Kesseln verbrannten Kohle 2       „ ––––––––– Im Ganzen 8 ½ Pence. In vielen Eisenhütten könnte der Dampf für die Maschine lediglich zu den Kosten der Unterhaltung des Kessels geliefert werden und dadurch würde sich die Ausgabe für das Mahlen der Kohlen noch niedriger stellen, als in der vorstehenden Berechnung angegeben. Jedenfalls ist die hohe Annahme von 1 Shilling für die Kosten des Mahlens per Tonne nur unter sehr ausnahmsweisen Umständen zulässig. Das Kohlenpulver wird nach dem Mahlen nicht erst noch gesiebt, sondern die Steine werden so gestellt, daß bei Anwendung von gewöhnlicher bituminöser Kohle die gemahlenen Theilchen durch ein Sieb von 900 Maschen auf den Quadratzoll gehen würden. Anthracit und Kohks, beide weniger leicht verbrennbar als bituminöse Kohle, müssen zu feinerem Pulver gemahlen werden, so daß die Theilchen durch ein Sieb passiren können, welches – je nach der Art in welcher der Brennstoff consumirt wird – 1600 bis 6400 Maschen per Quadratzoll hat. Hinsichtlich der Theorie der Kohlenstauböfen brauche ich nicht viel zu sagen. Die von Crampton erzielten guten Resultate sind offenbar einfach der innigen Mischung der Luft und des Kohlenstaubes zuzuschreiben, und der dadurch ermöglichten vollständigen Verbrennung der Kohle mittelst einer Luftmenge, welche nur sehr wenig größer ist als die für eine genaue chemische Verbindung erforderliche. Da der Ueberschuß an Luft sehr unbedeutend ist, so ist die Gewichtsmenge der Verbrennungsproducte kleiner als bei gewöhnlichen Oefen, und somit kann aus den bereits angeführten Gründen eine entsprechend höhere Temperatur erzeugt werden. Gleichwie in den mit gepreßtem Winde betriebenen Oefen wird die Verzehrung einer großen Quantität Brennstoff in einer gegebenen Zeit und in einem beschränkten Raume sehr begünstigt, und dieser Umstand befördert wiederum die Erzeugung hoher Temperaturen. Durch Regulirung der Luftspeisung ist Crampton im Stande, eine beinahe, wenn nicht gänzlich neutrale Flamme hervorzubringen. Ganz abgesehen von Crampton's durch die Erfahrung bewährtem System, ist die Verbrennung von Steinkohle in Staubform ein Gegenstand von bedeutender Wichtigkeit, als Mittel zur praktischen Verwerthung einer ungeheuren Menge eines bisher als fast werthlos erachteten Brennmateriales, sowie auch zur Anwendung verwaschener Kohle, ohne daß dieselbe verkohkt zu werden braucht.