Studien über die Gasfeuerungsanlagen der Glashütten. Von Gustav Stimpfl. Studien über die Gasfeuerungsanlagen der Glashütten. I. Als Repräsentant der in vielen Glashütten vorkommenden Gasfeuerungsanlagen mit alleiniger Vorwärmung der Verbrennungsluft kann vor allen anderen der Nehse-Ofen angesehen werden, während die Gasfeuerungsanlagen mit vorangehender Erhitzung sowohl der Verbrennungsluft als auch der Generatorgase, durch den Siemens-Ofen vertreten werden. Der Nehse-Ofen erfordert, soll derselbe gegenüber dem Siemens-Ofen in Beziehung auf den Heizeffect bezieh. den verhältnissmässig geringen Brennstoffaufwand nicht allzu weit zurückstehen, die Anordnung der Generatoren in nächster Nähe des Schmelzraumes; während der Siemens-Ofen ohne weiteres eine Verlegung der Generatoren auch nach ausserhalb des Hüttengebäudes zulässt. Im Nachfolgenden soll nun eine vergleichende Berechnung des Brennstoffaufwandes eines Nehse-Ofens mit knapp an den Schmelzraum desselben angebauten Generatoren und eines Siemens-Ofens, dessen Generatoren sich ausserhalb des Hüttengebäudes befinden, unter Voraussetzung von sonst gleichen Verhältnissen, aufgestellt werden. In einer späteren Abhandlung sollen sodann Mittel und Wege erörtert werden, wie auch Gasfeuerungen mit alleiniger Vorwärmung der Verbrennungsluft, auf einen gleich sparsamen Brennstoffverbrauch wie die Siemens-Oefen einen solchen aufweisen, gebracht werden können. Die durchschnittliche Zusammensetzung des Siemens-Generatorgases aus westfälischen Kohlen für 1 cbm mit: 0,058 cbm Wasserstoff 0,017 „ Methan 0,209 „ Kohlenoxyd 0,063 „ Kohlensäure 0,608 „ Stickstoff 0,045 „ Wasserdampf –––––––––– 1,000 cbm angenommen, ergibt für dasselbe einen Heizwerth, bezogen auf Wasserdampf: für 0,058 cbm Wasserstoff von (0,058 × 2654) = 153 Cal. „ 0,017 „ Methan „ (0,017 × 8482) = 144 „ „ 0,209 „ Kohlenoxyd „ (0,209 × 3007) = 628 „ –––––––––– von in Sa.    925 Cal. Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm dieses Gases für eine Temperatur von 1200° C. für 0,137 cbm Wasserdampf mit (0,137 × 0,611) = 0,0837 Cal. „ 0,289 „ Kohlensäure „ (0,289 × 0,68) = 0,1965 „ „ 1,278 „ Stickstoff „ (1,278 × 0,352) = 0,4498 „ ––––––––––––––– –––––––––––– für 1,704 cbm mit in Sa.    0,7300 Cal. angenommen, ergibt für dieses Gas eine der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur: T=\frac{925}{0,73}, oder rund 1260° C.Die sogen. theoretische Verbrennungstemperatur dieses Gases, bei deren Berechnung keinerlei Rücksicht auf die Steigerung der Wärmecapacität der Gase bei höherer Temperatur genommen wird, berechnet sich mit \frac{925}{0,567}, oder rund 1630° C., wobei die Steigerung der Wärmecapacität des Stickstoffs von 100 zu 100° C. mit 1,25 Proc. und jene der Kohlensäure und des Wasserdampfes mit je 5 Proc. vorausgesetzt ist, welche Annahme mit den Ergebnissen der Untersuchungen von Mallard und Le Chatelier so ziemlich genau übereinstimmen. Ofentemperatur gegen Ende des eigentlichen Schmelzprocesses. A) Im Nehse-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass die Gase aus den, nahe dem Schmelzraume des Ofens angeordneten Generatoren mit durchschnittlich 600° C. und die vorgewärmte Verbrennungsluft mit durchschnittlich 1000° C. in den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit sich in den Ofen ein: für 0,058 cbm Wasserstoff (0,058 × 0,329 × 600) =   11,4 Cal. „ 0,017 „ Methan (0,017 × 0,456 × 600) =   4,6 „ „ 0,209 „ Kohlenoxyd (0,209 × 0,329 × 600) =   41,2 „ „ 0,063 „ Kohlensäure (0,063 × 0,553 × 600) =   20,9 „ „ 0,608 „ Stickstoff (0,608 × 0,329 × 600) = 120,0 „ „ 0,045 „ Wasserdampf (0,045 × 0,496 × 600) =   13,3 „ ––––––––––––––– ––––––––––– für 1,000 cbm der Generatorgase      211,4 Cal. für 0,850 „ der Verbrennungsluft    (0,85 × 0,3449 × 1000) =   293,1 „ ––––––––––– in Sa.      504,5 Cal. wobei wieder, und so auch in allen folgenden Fällen, die Steigerung der Wärmecapacität des Stickstoffs bezieh. der sogen. permanenten Gase von 100 zu 100° C, mit je 1,25 Proc. und jene der Kohlensäure und des Wasserdampfes mit je 5 Proc. vorausgesetzt ist.In obigen Berechnungen wurde die specifische Wärme der atmosphärischen Luft bezieh. des Stickstoffs, Wasserstoffs und Kohlenoxyds bei 0° C. und 760 mm Barometerstand gleichmässig mit 0,3066 Cal., die der Kohlensäure bezieh. des Wasserdampfes mit 0,4256 bezieh. 0,3823 Cal., und jene des Methans mit 0,4242 Cal. angenommen. Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer Temperatur von 1800° C. für 0,137 cbm Wasserdampf mit (0,137 × 0,726) = 0,0994 Cal. „ 0,289 „ Kohlensäure „ (0,289 × 0,808) = 0,2335 „ „ 1,278 „ Stickstoff „ (1,278 × 0,375) = 0,4782 „ ––––––––––––––– –––––––––––– für 1,704 cbm mit in Sa.    0,8111 Cal. angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von: T=\frac{925+504,5}{0,8111}=\frac{1429,5}{0,8111}, oder rund 1760° C.Die sogen. theoretische Verbrennungstemperatur dieses 600° C. heissen Gases mit der auf 1000° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit \frac{1429,5}{0,567} oder rund 2520° C. B) Im Siemens-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass Gas und Luft in diesem Ofen mit einer Temperatur von durchschnittlich 1000° C. in den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit sich in den Ofen ein: für 0,058 cbm Wasserstoff (0,058 × 0,3449 × 1000) =   20,0 Cal. „ 0,017 „ Methan (0,017 × 0,4772 × 1000) =     8,0 „ „ 0,209 „ Kohlenoxyd (0,209 × 0,3449 × 1000) =   72,0 „ „ 0,063 „ Kohlensäure (0,063 × 0,638 × 1000) =   40,2 „ „ 0,608 „ Stickstoff (0,608 × 0,3449 × 1000) = 209,6 „ „ 0,045 „ Wasserdampf (0,045 × 0,5734 × 1000) =   25,8 „ ––––––––––––––– ––––––––––– für 1,000 cbm der Generatorgase    375,6 Cal. für 0,850 „ der Verbrennungsluft    (0,85 × 0,3449 × 1000) = 293,1 „ ––––––––––– in Sa.    668,7 Cal. Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer Temperatur von 1900° C. für 0,137 cbm Wasserdampf mit (0,137 × 0,7454) = 0,1021 Cal. „ 0,289 „ Kohlensäure „ (0,289 × 0,8299) = 0,2398 „ „ 1,278 „ Stickstoff „ (1,278 × 0,3794) = 0,4848 „ ––––––––––––––– –––––––––––– für 1,704 cbm mit in Sa.    0,8267 Cal. angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von: T=\frac{925+558,7}{0,8267}=\frac{1593,7}{0,8267}, oder rund 1920° C.Die sogen. theoretische Verbrennungstemperatur dieses auf 1000° C. erhitzten Gases mit der auf 1000° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit \frac{1593,7}{0,567}, oder rund 2800° C. Der eigentliche Schmelzprocess, vom Einlegen der Schmelzmaterialien in die Glashäfen bis zum Schmelzen der Glasmasse aus dem Sande, soll eine Durchhitzung der Masse bis zu 1300° C. erfordern, wobei die Temperatur im Hafenraume der beiden Glasöfen allmählich bis auf 1400° C. steigt. Gegen Ende des Schmelzprocesses kann also nur jene Wärmemenge, welche den Heizgasen über die Temperatur von 1400° C. hinaus innewohnt, für denselben in Betracht kommen, wobei von diesem Ueberschusse auch noch die nach aussen durch Leitung und Strahlung des Ofengemäuers u.s.w. verloren gehenden Calorien zu ersetzen sind. Die zur Beendigung des Schmelzprocesses bezieh. zum Ersätze der nach aussen verloren gehenden Calorien disponibel bleibenden Wärmemengen berechnen sich für die beiden in Rede stehenden Ofensysteme wie folgt: Einer Temperatur der Heiz- oder Verbrennungsgase von 1400° C. entspricht eine specifische Wärme: für 0,137 cbm Wasserdampf (0,137 × 0,6499) = 0,0890 Cal. „ 0,289 „ Kohlensäure (0,289 × 0,7235) = 0,2090 „ „ 1,278 „ Stickstoff (1,278 × 0,3602) = 0,4603 „ ––––––––––––––– –––––––––––– für 1,704 cbm von in Sa    0,7583 Cal. bezieh. ein Wärmeinhalt von (0,7583 × 1400) = 1061,6 „ Die im Nehse-Ofen mit einer Temperatur von rund 1760° C. bezieh. einem Wärmeinhalt von 1429,5 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten demnach einen Wärmeüberschuss von I) (1429,5 – 1061,6) = (367,9 Cal.) Die im Siemens-Ofen mit einer Temperatur von rund 1920° C. bezieh. einem Wärmeinhalt von 1593,7 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten einen solchen von I') (1593,7 – 1061,6) = (532,1 Cal.) Ofentemperatur gegen Ende des Läuterungsprocesses. A) Im Nehse-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass die Gase aus den, nahe dem Schmelzraume des Ofens angeordneten Generatoren mit durchschnittlich 600° C. und die vorgewärmte Verbrennungsluft mit durchschnittlich 1200° C. in den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit sich in den Ofen ein: für 1,000 cbm der Generatorgase = 211,4 Cal. „ 0,850 „ der Verbrennungsluft (0,85 × 0,3526 × 1200) = 359,6 „ ––––––––––– in Sa.    571,0 Cal. Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer Temperatur von 1800° C. mit in Sa. 0,8111 Cal. angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von: T=\frac{925+571}{0,8111}=\frac{1496}{0,8111}, oder rund 1840° C.Die sogen. theoretische Verbrennungstemperatur dieses auf 600° C. erhitzten Gases mit der auf 1200° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit \frac{1496}{0,567}, oder rund 2630° C. B) Im Siemens-Ofen. Unter der Voraussetzung, dass Gas und Luft in diesem Ofen mit einer Temperatur von durchschnittlich 1200° C. in den Verbrennungsprocess eintreten, führen dieselben an freier Wärme mit sich in den Ofen ein: für 0,058 cbm Wasserstoff (0,058 × 0,3526 × 1200) =   24,5 Cal. „ 0,017 „ Methan (0,017 × 0,4878 × 1200) =     9,9 „ „ 0,209 „ Kohlenoxyd (0,209 × 0,3526 × 1200) =   88,4 „ „ 0,063 „ Kohlensäure (0,063 × 0,6809 × 1200) =   51,4 „ „ 0,608 „ Stickstoff (0,608 × 0,3526 × 1200) = 257,2 „ „ 0,045 „ Wasserdampf (0,045 × 0,6116 × 1200) =   33,0 „ ––––––––––––––– ––––––––––– für 1,000 cbm der Generatorgase    461,4 Cal. für 0,850 cbm der Verbrennungsluft    (0,85 × 0,3526 × 1200) = 359,6 „ ––––––––––– in Sa.    824,0 Cal. Die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von 1 cbm der Generatorgase bei einer Temperatur von 2000° C. für 0,137 cbm Wasserdampf mit (0,137 × 0,7646) = 0,1061 Cal. „ 0,289 „ Kohlensäure „ (0,289 × 0,8512) = 0,2459 „ „ 1,278 „ Stickstoff „ (1,278 × 0,3832) = 0,4897 „ ––––––––––––––– –––––––––––– für 1,704 cbm mit in Sa.    0,8417 Cal. angenommen, ergibt sodann für diese Gase eine der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kommende Verbrennungstemperatur von: T=\frac{925+824}{0,8417}=\frac{1749}{0,8417}, oder rund 2070° C.Die sogen. theoretische Verbrennungstemperatur dieses auf 1200° C. erhitzten Gases mit der auf 1200° C. vorgewärmten atmosphärischen Luft berechnet sich mit \frac{1749}{0,567}, oder rund 3080° C. Der Läuterungsprocess, das Lauterschmelzen der Glasmasse, soll eine Durchhitzung derselben bis zu 1500° C. erfordern, wobei die Temperatur im Hafenraume der beiden Glasöfen allmählich bis auf 1600° C. steigt. Gegen Ende dieser Periode kann also nur jene Wärmemenge, welche den Heizgasen über die Temperatur von 1600° C. hinaus innewohnt, für den Läuterungsprocess in Betracht kommen, wobei von diesem Ueberschusse auch noch die nach aussen, durch Leitung und Strahlung des Ofengemäuers u.s.w., verloren gehenden Calorien zu ersetzen sind. Die zur Beendigung des Läuterungsprocesses bezieh. zum Ersätze der nach aussen verloren gehenden Calorien disponibel bleibenden Wärmemengen berechnen sich für die beiden in Rede stehenden Ofensysteme demnach wie folgt: Einer Temperatur der Heizgase von 1600° C. entspricht eine specifische Wärme: für 0,137 cbm Wasserdampf (0,137 × 0,6881) = 0,0942 Cal. „ 0,289 „ Kohlensäure (0,289 × 0,766) = 0,2213 „ „ 1,278 „ Stickstoff (1,278 × 0,3679) = 0,4701 „ ––––––––––––––– –––––––––––– für 1,704 cbm von in Sa.    0,7856 Cal. bezieh. ein Wärmeinhalt von (0,7856 × 1600) =   1256 „ Die im Nebse-Ofen mit einer Temperatur von rund 1840° C. bezieh. einem Wärmeinhalt von 1496 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten demnach einen Wärmeüberschuss von: II) (1496 – 1256) = (240 Cal.) Die im Siemens-Ofen mit einer Temperatur von rund 2070° C. bezieh. einem Wärmeinhalt von 1749 Cal. zur Entwickelung kommenden Heiz- oder Verbrennungsgase enthalten einen solchen von: II') (1749 – 1256) = (493 Cal.) Die Wärmeüberschüsse in den beiden Oefen verhalten sich also: ad I) und I') wie (367,9 : 532,1) ad II) und II') wie (240 : 493) Wenn sich nun gegen Ende des eigentlichen Schmelzprocesses in den beiden Glasöfen die Zuführung eines Wärmeüberschusses von 3600 Cal. in der Minute als ausreichend erweist, so ergibt sich hierfür ein Gasaufwand: III) im Nehse-Ofen von \frac{3600}{367,9}, oder rund (9,8 cbm) in der Minute; III') im Siemens-Ofen von \frac{3600}{532}, oder rund (6,7 cbm) in der Minute. Den nöthigen Wärmeüberschuss in den beiden Glasöfen, gegen Ende des Läuterungsprocesses in der Minute mit 1800 Cal. angenommen, ergibt ein Gasaufwand: IV) im Nehse-Ofen von \frac{1800}{240}, oder rund (7,5 cbm) in der Minute; IV') im Siemens-Ofen von \frac{1800}{493}, oder rund (3,6 cbm) in der Minute. Demnach resultirt für den Siemens-Ofen gegenüber dem Nehse-Ofen: a) gegen Ende des eigentlichen Schmelzprocesses eine Brennstoffersparniss bis zu etwa 38 Proc., b) gegen Ende des Läuterungsprocesses eine solche bis zu etwa 52 Proc. Der Gasbedarf beim Siemens-Ofen wird sich indessen noch um diejenigen Gasmengen vermehren, welche bei demselben durch das Wechseln der Gasklappe und in Folge des Entweichens von Generatorgasen durch das Mauerwerk der Leitungskanäle und Regeneratoren verloren gehen, so dass sich in Wirklichkeit die Brennstoffersparnisse für diesen Ofen im Mittel auf etwa 30 Proc. des Brennstoffaufwandes beim Nehse-Ofen reduciren dürften. In der Praxis werden sich obige Rechnungsergebnisse indessen nur bei Verwendung von Koksgeneratorgasen (von gleich grossem Heizwerthe der hier angeführten Generatorgase aus westfälischen Kohlen) als zutreffend erweisen. Bei Verwendung von Generatorgasen aus Rohbrennstoffen sind hingegen noch die in ersteren suspendirt enthaltenen bezieh. mit denselben in Dampfform abziehenden Theerbestandtheile in Betracht zu ziehen, welche im Nehse-Ofen in ihrer Gesammtheit zur Verbrennung gelangen, während beim Siemens-Ofen ein grosser Theil derselben in den mehr oder weniger langen Gasleitungskanälen (durch Ablagerung) für den Erhitzungsprocess verloren geht. Es werden sich demnach im Nehse-Ofen in Wirklichkeit die Wärmeüberschüsse ad I) und II) noch bedeutend erhöhen. Die verhältnissmässig schwierige Verbrennung der Theerdämpfe dürfte indess im Nehse-Ofen, bei der weniger günstigen Mischung von Gas und Luft in demselben, einen nicht unbedeutenden Luftüberschuss erfordern, wenn sich die Verbrennung dieser Theerdämpfe noch innerhalb des Hafenraumes im Ofen vollziehen soll; aus welchen Gründen die wirklichen Verbrennungstemperaturen und also auch die zur Geltung kommenden Wärmeüberschüsse in den beiden Oefen noch immer mehr oder weniger verschieden ausfallen werden. Andererseits ist wieder zu beachten, dass die stark leuchtende Flamme mit ihrer verhältnissmässig grossen Oberflächenentwickelung, welche durch die Anwesenheit der Theerdämpfe im Verbrennungsraume des Nehse-Ofens hervorgerufen wird, eine entsprechend raschere und darum vollständigere Uebertragung der Wärmeüberschüsse aus den Verbrennungsgasen an die zu erhitzende Glasmasse zur Folge hat. Um die Verbrennung der Generatorgase und der mit denselben in den Verbrennungsraum übertretenden Theerdämpfe mit dem möglichst geringsten Luftüberschuss zu bewerkstelligen, ist es von Wichtigkeit, dass dort, wo mehrere Generatoren für eine Feuerungsanlage in Benutzung stehen, die Beschickung dieser Generatoren mit frischem Brennmaterial nicht unmittelbar nach einander, sondern vielmehr in bestimmten Zeitintervallen erfolgt. Bei einer Theerentwickelung in den Generatoren während der ersten Viertelstunde nach erfolgter frischer Füllung von z.B. durchschnittlich 0,003 cbm, während der zweiten Viertelstunde von 0,002 cbm und während der dritten Viertelstunde von 0,001 cbm für je 1,0 cbm der producirten Generatorgase, wird man, wo für eine Feuerungsanlage gleichzeitig drei Generatoren im Betrieb stehen, bei dreiviertelstündiger Beschickungszeit die Generatoren, einen nach dem anderen, in je ein viertelstündigen Pausen zur Nachfüllung bringen, wobei für das Gesammtgasgemenge der drei Generatoren ein ziemlich gleichmässiger Theergehalt von 0,002 cbm für je 1,0 cbm der Generatorgase resultirt. (Schluss folgt.)