Kritik der verschiedenen Methoden der Reinigung von Kesselspeisewasser. Von B. Preu, Oberingenieur a. D. PREU, Kritik der verschiedenen Methoden der Reinigung von Kesselspeisewasser. Die nicht hoch genug zu schätzende Wichtigkeit, welche der möglichst vollständigen Reinigung des zur Kesselspeisung zur Verwendung kommenden Rohwassers zumal bei der jetzigen Teuerung aller Materialien und Arbeits-Aufwendungen zuzuschreiben ist, rechtfertigt es, wenn von objektivem Standpunkt aus die Vorteile und Nachteile der einzelnen Systeme beleuchtet werden. Zu diesem Zwecke müssen vor allem die Bedingungen aufgestellt werden, welche die vollständige Reinigung zu erfüllen hat, um für den Betrieb und die Erhaltung der Kessel einen praktischen Wert zu haben. In der Zeitschrift für angewandte Chemie, Jahrgang 33 Nr. 23 und 24, habe ich die Leitsätze genannt, welche zur Richtschnur für die Ansprüche einer möglichst vollkommenen Reinigung dienen sollten. Diese Leitsätze sind: 1. Die freie Kohlensäure und den Luftsauerstoff evt. auch Oel aus dem Speisewasser zu entfernen. 2. Das Wasser möglichst zu enthärten, d.h. von den schädlichen Kesselsteinbildnern möglichst zu befreien. 3. von den zur Reinigung verwendeten Chemikalien durch das Filtrat möglichst geringe Mengen in den Kessel zu bringen. Von minderer Wichtigkeit ist die absolute Billigkeit der gewählten Reinigungsmethode, da relativ die Methode die billigste ist, welche die angegebenen Forderungen am vollkommensten erfüllt. Bei der folgenden Betrachtung, welche der bekannten, in der Praxis eingeführten Systeme den festgelegten drei Bedingungen am besten nachkommt, werde ich die Aufklärungen, welche einigen meiner in dem genannten Artikel aufgestellten und als irrtümlich bezeichneten Behauptungen entgegengehalten wurden, benützen. Zu 1. Von großer Bedeutung ist besonders die Entfernung des Luftsauerstoffes aus dem zu reinigenden Wasser, sowie die Verhütung seines Eindringens in die Leitungen auf dem Wege vom Reiniger zum Kessel, weil er im Kessel zu Rostungen Veranlassungen geben kann. Seine Entfernung und zugleich die der freien Kohlensäure gelingt durch Erhitzung des Wassers bis auf 70–80° C, da solches Wasser nach Winkler in 1 l nur ca. 3 mg Sauerstoff gelöst enthalten kann. Die Frage ist nun, wie diese Erwärmung auf die billigste Weise herzustellen ist. Stehen in dem Betrieb genügende Abdampfmengen zur Verfügung, so wird man durch passend konstruierte Vorwärmer eine Anwärmung auf ca. 50–60° wohl erzielen können. Eine darüber gesteigerte Erhitzung ist einerseits nur durch entsprechend große Abdampfmengen von höherer Temperatur zu erreichen, die nicht in allen Betriebsfällen geschaffen werden können, andererseits würden sich bei dieser Temperatur in den Vorwärmer-Apparaten beträchtliche Mengen von Kesselsteinbildnern absetzen und diese Apparate in kurzer Zeit verschlammen. Aus diesem Grunde begnügt man sich bei dem Kalk-Soda-Verfahren in allen seinen verschiedenen Abarten mit Temperaturen von 50–60°, bei denen ca. 7 mg Sauerstoff gelöst bleiben, die dann immer noch zu Corrosionen Veranlassung geben können, da sie mit dem gereinigten Wasser in den Kessel gelangen. Steht kein Abdampf zur Verfügung, so muß die Anwärmung durch Frischdampf geschehen, was bei den jetzt herrschenden Kohlenpreisen sehr hohe Kosten mit sich führen würde. Wegen der mit dieser hohen Erwärmung verbundenen großen Vorteile wird nun aber von den Kessel-Revisionsvereinen die Erwärmung des Rohwassers im Reiniger bis auf 80 Gr. C. auf jeden Fall, auch wenn er mit höheren Kosten verbunden ist, angeraten. Durch das Permutit-Verfahren selbst wird das Rohwasser nicht vom Sauerstoff befreit, da ja die Reinigung nach diesem Verfahren auf kaltem Wege vor sich geht, und das Wasser bei einer Temperatur z.B. von 10° 11 mg Sauerstoff binden kann. Zu berücksichtigen ist allerdings dabei, daß das auf kaltem Wege gereinigte Wasser vor der Speisung in den Kessel entsprechend angewärmt werden muß, was dann von selbst zur teilweisen Entfernung des Luftsauerstoffes führt. Am günstigsten verhält sich zu deren Forderung das sog. Neckarverfahren von Ph. Müller G. m. b. H., das als sein charakteristischstes Merkmal die continuierliche Schlammrückführung eingeführt hat. Auf die Hauptzwecke, die damit erreicht werden sollen, komme ich später zu sprechen. Mit der continuierlichen Rückführung des sehr heißen Kesselschlammwassers, das bei 9 at Ueberdruck eine Temperatur von 176°, bei 15 at Ueberdruck eine solche von 200° erreicht, in den Reinigungs-Apparat wird als Nebenwirkung die Weiterwärmung des auf 40–60° vorgewärmten Wassers auf 70–80° gewonnen, also dadurch die möglichst weitgehende Entlüftung des Wassers erzielt. Einen Nachteil dieses Verfahrens würde es, wie schon beim Kalk-Soda-Verfahren angedeutet, bedeuten, wenn kein Abdampf zur Vorwärmung benützt werden könnte, da dann größere Mengen von Schlammwasser dem Kessel entzogen werden müßten, um die vorgeschriebene Temperatur von 80° zu erhalten. Damit wären natürlich Wärmeverluste und höherePumpenleistungen verbunden. Immerhin würde man nicht wie beim Kalk-Soda-Verfahren Frischdampf zu Hilfe nehmen müssen. An dieser Stelle ist die Besprechung am Platze, wie man sich gegen die Einwirkung des Luftsauerstoffes, wenn er nun doch in größerer oder kleinerer Menge in den Kessel gelangt, schützen kann. Nach den neuesten Beobachtungen, die ich dem Werke von Dipl.-Ing. Karl Schmid, Oberingenieur des Württ. Revisions-Vereins, entnehme, trägt zum Schütze gegen Rostbildungen und Auffressungen im Kessel eine bestimmte Alkalität des Kesselwassers bei. Der zur Schutzwirkung erforderliche Mindestzusatz von Soda bzw. Aetzalkalien, der auch als Schwellenwert der Alkalität bezeichnet wird, entspricht einem Gehalt von 0,4 bis 0,6 g, also im Mittel 0,5 g Aetznatron im 1, dem 1,85 g Soda entsprechen. Sehr eingehende und lehrreiche Versuche über die Schutzwirkung der Sodalösungen stammen von Prof. Heyn und Dipl.-Ing. Bauer vom K. Material-Prüfungs-Amt Groß-Lichterfelde. Während darnach die Schutzwirkung der Sodalösung bei Zimmertemperatur erst bei mindestens 10 g Na2CO3 (Soda) im 1 einsetzt, kann sich dieser Zusatz bei 95° auf 1 g ermäßigen lassen. Trotzdem nun ja im Kessel andere Bedingungen des Druckes, der Temperatur, der Mischungsverhältnisse verschiedener gelöster Salze herrschen, hat Schmid doch eine praktische Bestätigung der genannten Versuchsergebnisse auch für diese Verhältnisse gefunden. Ja, er gibt an, daß unter gewissen Verhältnissen eine starke Alkalität die Entstehung von Anfressungen selbst in Gegenwart ganz erheblicher Mengen von Chlor und Sulfatverbindungen verhindern könne. Es ist dies wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß unter den im Kessel herrschenden Wärme- und Druckverhältnissen Spaltungen von Soda in Kohlensäure und Aetznatron entstanden, welch' letzteres auf die in Lösung befindlichen Chloride und Sulfate einwirkt. Besonders nachteilig ist die Zersetzung des Magnesiumchlorids in Salzsäure und Magnesiumoxychlorid, da Salzsäure das Eisen angreifen würde. Während nun die Salzsäure durch den Sodaüberschuß neutralisiert wird, setzt sich das freie Aetznatron mit Magnesiumoxychlorid und auch Magnesiumsulfat in Magnesia-Hydrat und Glaubersalz um, welch ersteres sich als ungefährlicher Schlamm abscheidet. Von vielen Empirikern wird ein Alkaligehalt des Speisewassers als sehr bedenklich angesehen. Nach Schmid ist diese Furcht vor dem Alkaligehalt von Soda im Kessel nicht begründet. Die ganz richtige Beobachtung, daß Ausrüstungsteile, insbesondere Wasserstandsvorrichtungen, wenn sie nicht, wie es häufig geschieht, nach Vorschrift aus reinem, sondern aus zinkhaltigem Rotguß hergestellt sind, von sodahaltigem Speisewasser stark angegriffen werden, hat schon die irrige Meinung, daß Soda auch die Wandungen des Kessels angreift, hervorgerufen. Die Unrichtigkeit dieser Meinung geht unwiderleglich daraus hervor, daß eiserne Gefäße ohne weiteres zur Herstellung von Soda verwendet werden. Dagegen wird Zink durch Soda aufgelöst, daher sind zinkhaltige Ausrüstungsgegenstände gegen die Einflüße von Soda nicht widerstandsfähig. In richtiger Erkenntnis dieser Tatsache hat man zur Herstellung der Hahngehäuse Stahlguß, zur Herstellung der Reiber Schmiedeeisen gewählt. Ist nun ein Ueberschuß von Soda günstig, so ist dagegen ein Ueberschuß von Aetzkalk zu vermeiden, weil er die Schlammbildung und damit die Gefahr der Kesselsteinbildung erhöht und zu Ablagerungen auf den Feuertafeln, Wasserröhren und anderen empfindlichen Teilen und damit zu kostspieligen Ausbesserungen Anlaß gibt. Es darf deshalb beim Kalksoda-Verfahren nur so viel Aetzkalk Kessel vorhanden sein, daß er durch die im Ueberschuß befindliche Soda gebunden werden kann, die dabei in Aetznatron umgewandelt wird. Die Untersuchung des gereinigten Wassers, auf das wir noch später zu sprechen kommen, soll also außer Aetznatron nur freies kohlensaures Natron ergeben. Eine weitere wichtige Rolle spielt die Soda in diesem Verfahren und auch in dem Neckarverfahren noch in der Unschädlichmachung der letzten Reste von Oel in ölhaltigem Wasser, also vor allem im Condensat, das aus dem Abdampf der Dampfmaschine, wenn eine solche im Betriebe ist, stammt und trotz der sorgfältigsten Reinigung in Oelabscheidern hartnäckig besonders das in Emulsion befindliche Oel zurückhält. Das Kondensat wird ja wegen seiner vollkommenen Härtefreiheit, mit Zusatzwasser gemischt, mit Vorliebe zum Kesselspeisen verwendet, sollte aber, wie das Zusatzwasser von seiner Härte, so von seinen Resten von Oel ganz befreit werden. Durch die Behandlung des Gemenges im Reinigungsapparat mit Soda wird das Oel verseift und durch ein Filter entfernt. Hierin liegt ein nicht zu unterschätzender Vorteil des Kalk-Soda- und des Ph. Müllerschen Verfahrens vor dem Permutit-Verfahren, bei dem doch auch die Heranziehung des beim Betrieb entfallenden Condensats keinesfalls umgangen werden darf. Da bei diesem Verfahren das Oel nicht zu beseitigen ist, gelangt se mit dem Speisewasser in den Kessel. Ueber die Einwirkungen von Oel auf das Kesselinnere sind allerdings die Ansichten geteilt. Sicher ist, daß Zusammenballungen von Oeltropfen auf einer Stelle der Kesselwandungen zu Beulenbildungen, ja zu Explosionen führen können. Die unter 2 angeführte Bedingung der möglichsten Enthärtung des Rohwassers wird am vollkommensten durch das Permutit-Verfahren, das ich ja nicht weiter zu beschreiben brauche, erfüllt. Die Schattenseiten, die sich bei seiner ersten Einführung in die Praxis zeigten, wurden zum Teil beseitigt, die freie Kohlensäure, die auf das Permutitfilter einen sehr schädlichen Einfluß ausüben würde, wird durch einen Zusatz von Marmor in das Permutit-Filter neutralisiert. Bei den Umsetzungen im Permutitfilter wurde nun aber durch Versuche von Dr.-Ing. Rob. Mezger in Stuttgart im Laboratorium des Gaswerkes die Beobachtung gemacht, daß ein mit Permutit gereinigtes Wasser, nachdem in ihm infolge Erschöpfung des Permutitfilters Härte nachzuweisen war, zuerst und zwar in wachsender Menge, nur Magnesiahärte aufwies, lange ehe das Wasser die ersten Spuren Kalkhärte zeigte. Die Magnesiahärte im Filterwasser überschritt sogar nicht unerheblich den ursprünglich im Rohwasser vorhandenen Magnesiahärtegrad. Eine Erklärung hierfür ist nach dem Berichte von Dr.-Ing. Mezger in der Zeitschrift „Wasser und Gas“ darin gefunden worden, daß das zu Beginn der Filtration neben dem Kalziumzeolith gebildete Magnesiumzeolith in der Erschöpfungsperiode des Permutits sein Magnesium wiederum gegen das im Rohwasser nachdrängende Kalzium austauschte und so mit dem im Filterwasser entstehenden löslichen Magnesiumsalz den Magnesiumgehalt des Rohwassers noch erhöhte. Zur quantitativen Feststellung dieser Erscheinung vorgenommene Versuche ergaben unter anderem die für die Technik wichtige Tatsache, daß bei der Permutitwasserenthärtung bei einem Ueberstehen des Filters, wie es bei Unachtsamkeit des Filterwärters vorkommt, zunächst nur Magnesiahärte in den Kessel gelangt und nur Magnesiumverbindungen als Kesselsteinbildner in Betracht kommen können,sofern das Rohwasser überhaupt einen Gehalt an Magnesiumsalz aufgewiesen hat. Dies ist aber nach der Ansicht von Dr. Mezger als ein Vorzug des Permutit-Verfahrens anzusehen, da es dem natürlichen Unsicherheitsfaktor der Bedienungsleute dadurch einen Riegel vorschiebt, daß es bei den gewöhnlich etwas magnesialhaltigen Speisewässern zuerst einen ungefährlichen Kesselsteinbildner, wie es die kohlensaure Magnesia ist, in den Kessel eintreten läßt, sofern das Permutitfilter über Gebühr beansprucht worden ist. Dagegen wird man einzuwenden haben, daß als Hauptvorzug des in Rede stehenden Verfahrens die weitgehendste Enthärtung des Rohwassers bezeichnet wird. Und diese weitgehendste Enthärtung wird durch die schwierig zu erkennenden Erschöpfungsperioden des Permutitfilters, denen auch durch Benützung eines zweiten Filters nicht sofort abgeholfen werden kann, und durch die vorher geschilderte Beobachtung, nach der sich entsprechende Härtemengen der Enthärtung entziehen, wesentlich geschwächt. Immerhin ist nicht zu bestreiten, daß beim Permutit-Verfahren bei sorgfältiger Wartung im Kessel die verhältnismäßig geringsten Schlammengen sich absetzen werden. Welchen Umfang diese Schlammbildungen aber annehmen können, geht daraus hervor, daß aus jedem cbm Wasser von 1° Carbonat – Härte pro Std. 17,9 g Kalk oder 15,0 g kohlensaure Magnesia sich absetzen. Gips-Ablagerungen sind bei keiner der Reinigungsmethoden zu befürchten, da ja sowohl beim Kalk-Soda-Verfahren als bei dem Neckarverfahren von Th. Müller stets mit Ueberschüssen von Soda gearbeitet wird. Alle diese Schlammbildungen, die um so reichlicher ausfallen, mit je höheren Hältegraden das gereinigte Wasser in den Kessel gelangt, werden nun durch die starken Wallungen des verdampfenden Kesselwassers so lange im Wasser suspendiert gehalten, bis sie sich durch die continuierliche Verdampfung konzentriert haben, und bis das Schlammwasser durch sein spezifisch größeres Gewicht nach unten strebt. Dieses nach unten sich konzentrierende Schlammwasser, in dem sich auch die gelösten Salze befinden, muß von Zeit zu Zeit abgelassen werden. Daß damit mehr oder minder große Wärmeverluste, denen ebenso große Kohlenverluste entsprechen, verbunden sind, ist selbstverständlich. Zugleich wird auch Soda verloren, die immer wieder durch dieselbe Menge frischer Soda ersetzt werden muß. Würde dieser Schlamm zu lange im Kessel gelassen und bei Stillständen sich nach und nach an den Wandungen besonders am Boden absetzen, so läuft man die Gefahr der Kesselsteinbildung. Jedenfalls würde die Wärme-Transmission abnehmen und die Verdampfungsziffer sinken, was wieder größeren Kohlenverbrauch verursacht. Dieser Nachteil wird durch die continuierliche Schlammrückführung von Ph. Müller G. m. b. H. aufgehoben, welche den Hauptzweck verfolgt, die sich bei der Verdampfung konzentrierenden Schlamm- und Soda-Partien im Schlammwasser in den Reiniger zurückzuführen. Dagegen wurde nun der triftig erscheinende Einwand erhoben, daß zur vollständigen Entfernung des Schlammes Schlammwasser bis zu 30 v. H. der stündlichen Kesselspeisung entzogen werden müßte, wobei bedeutende Wärmeverluste und stark erhöhte Pumpenleistungen nicht zu vermeiden seien. Die nicht zu leugnenden günstigen Wirkungen der continuierlichen Schlammrückführung würden dadurch vollständig paralysiert, ja in ihr Gegenteil verwandelt. Demgegenüber ist an der Hand von Berechnungen über die abzuführende Schlammenge nachzuweisen, daß Fälle, in denen bis zu 30 v. H. und mehr der Speisewassermengen beim Neckarverfahren durch die Schlammrückführung zurückgeführt werden, nur dort möglich sind, wo das Verfahren nicht vorschriftsmäßig gehandhabt wird. Da das nach diesem Verfahren gereinigte Wasser mit höchstens 2° Carbonathärte in den Kessel gelangt, werden im m3 stündlich 17,92 = 35,8 g Kalkhärte sich absetzen. Bei einer Stundenspeisung von beispielsweise 20 cbm werden also 716 g abgeschieden, die in derselben Menge Wasser suspendiert sein mögen, so daß ca. 1432 l Schlammwasser abzuziehen wären. Dies würde in der Tat höchstens 7 v. H. der Speisewassermenge betragen. Man wird sich dann allerdings bei einer Vorwärmung des Rohwassers auf 60° mit einer Weitererwärmung auf \frac{190\,\times\,1400+60\,\times\,18600}{20000}=\mbox{ ca. }70^{\circ} begnügen müssen. Diese Berechnung zeigt aber auch, wie wichtig es für das Neckarverfahren ist, Rohwasser möglichst hoch vorzuwärmen. In ihren Prospekten weist ferner die Patentinhaberin darauf hin, daß mit dem Schlammwasser als Nebenwirkung die in demselben konzentrierte Soda in den Reinigungs-Apparat zurückgebracht wird. Die Rückführung der Soda deutet nun auf eine Aehnlichkeit mit dem Regenerativ-Verfahren von Sulzer & Reuchlin hin. Infolgedessen wurde behauptet, daß das Neckarverfahren nichts anderes sei als eine Abart des Regenerativverfahrens. Dagegen hebt die Firma hervor, daß die auf Grund der Patenterteilungen abgegebenen Gutachten zum Schlusse kommen, daß das Neckar-Verfahren als Abblasevorrichtung zum dauernden Abführen des Schlammes in den Reiniger gegenüber dem alten Regenerativ-Verfahren unbedingt neu sei und zugleich für eine rationelle Reinigung des Kessels als bahnbrechend bezeichnet werden müsse. Die teilweise Rückführung der im Kessel nicht verbrauchten Soda erfüllt nun aber auch die Forderung von Leitsatz 3, nach der die zu starke Anreicherung von Soda in heißem Wasser, in dem auch Glaubersalz, Kochsalz und andere löslichen Salze gelöst sind, vermieden wird. Konzentrationen von löslichen Salzen von 1½–2° Beaumé geben zum Schäumen und Spucken des Kesselwassers Veranlassung. Bei dem Permutitverfahren gelangen, wenn nicht durch ein Vorreinigungsverfahren in einem dem Permutitfilter vorgebauten Cylinder der doppelkohlensaure Kalk durch Zusatz von Aetzkalk niedergeschlagen wird, durch die Umsetzungen im Permutitfilter neben Glaubersalz bedeutende Mengen von Soda in den Kessel, die durch Abblasen und zeitweise gänzliche Erneuerungen des Wasserinhaltes unschädlich gemacht werden müssen. Die Vorreinigung bedeutet also einen ganz wesentlichen Fortschritt des Permutitverfahrens, das dadurch trotz der Complikation der Reinigung und der hohen Anschaffungskosten wegen seiner schon hervorgehobenen Vorzüge wieder neuen Boden zu gewinnen suchte. Die Schwierigkeiten in der Wertung solcher komplizierfen Anlagen aber auch die hohen Kosten derselben werden dem im Wege stehen. Mag man nun zu diesem oder jenem Reinigungsverfahren greifen, so hängen deren Ergebnisse ganz bedeutend von der Sorgfalt der Wartung und der gewissenhaften Einhaltung der hierfür gemachten Vorschriften ab. Da es nicht selten vorkommt, daß die Beschaffenheit des Rohwassers wechselt, und daß darnach beim Kalk-Soda-Verfahren die Dosierungen stetig geändert werden müssen, so ist eine häufige Untersuchung des Rohwassers nötig, und da auch die Alkalität des Kesselwassers und ihre Art, wie wir gezeigt haben, von größter, ja ausschlaggebender Wichtigkeit ist, müssen auch die Prüfungen des Kesselwassers, die nicht ganzeinfacher Natur sind, sich nach dieser Richtung erstrecken. Wie die Erfahrung zeigt, ist diese Ueberwachung für die Betriebsleitung auch bei größter Aufmerksamkeit sehr häufig infolge mangelnder Gewissenhaftigkeit der Wartung unausführbar, jedenfalls sehr schwierig. Die Folge davon ist, daß die Ergebnisse der Reinigung dann sehr weit hinter den in sie gesetzten Erwartungen und den bei der Ausführung des Apparates gegebenen Garantien zurückbleiben und in zahlreichen Fällen zu Enttäuschungen und zum Aufgeben dieser Reinigungsmethoden führen. In weitaus günstigerer Lage befindet sich auch hierbei das Neckarverfahren, das keine bestimmte Dosierung, sondern einfach nach dem ersten, dem Härtegrad entsprechenden Soda-Zusatz die Wiederholungen desselben vorschreibt, wenn die Härte des Wassers im Reiniger 1° und im Kessel 2° Härte übersteigt, was durch einfache Titrierung mit einer Seifenlösung nachzuweisen ist. Damit hält sich die Soda-Alkalität, die ja auch dadurch kontrolliert wird, stets in den richtigen Grenzen, und die Untersuchung auf die Aetzkalk-Alkalität fällt ganz weg, da ja kein Aetzkalk verwendet wird. Dies dürfte auch neben dem Vorteil der steten Entschlammung des Kessels der Grund sein, warum so manche Anlagen des Soda-Kalk-Verfahrens in solche des Neckarverfahrens umgebaut werden. Beim Permutit-Verfahren ist es, wie wir schon früher gezeigt haben, unerläßlich, den sog. Erschöpfungszustand stets im Auge zu behalten. Dazu tritt die Verschlammung der Filter und die Notwendigkeit der Regenerierung mit Kochsalz, sobald die Erschöpfung bemerkt wird. Da hierzu 2 Filter und seit neuerer Zeit ein Vorreiniger angeschafft werden müssen, verteuert dies, wie schon bemerkt, die Anlagekosten und erhöht die Umständlichkeit und Schwierigkeit der Wartung. (Schluß folgt.)