Wert und Bestimmung des Kohlensäuregehaltes der Heizgase. Von A. Dosch, Köln. (Fortsetzung v. Seite 773 d. Bd.) Wert und Bestimmung des Kohlensäuregehaltes der Heizgase. In Tabelle 4 sind für 5 verschiedene Kohlensorten die Wärmeverluste bei den verschiedensten Luftmengen, resp. dem verschiedensten Kohlensäuregehalt berechnet. Zunächst fällt auf, dass, obwohl der Heizwert der in Betracht gezogenen Brennstoffsorten stark wechselt und Unterschiede bis zu etwa 45 % aufweist, der absolute Verlust, in Prozenten vom Heizwerte, fast dieselbe Grösse ergiebt und im Mittel etwa 9,5 % beträgt, wenn die Temperaturdifferenz T – t zu 250° Celsius angenommen wird. Ferner ergiebt die Tabelle, dass auch der Gesamtverlust verhältnismässig geringe Abweichungen – selbst bei einem 5 fachen Luftüberschusse – aufweist, so dass gesagt werden kann, dass die in den Heizgasen festgestellte Kohlensäuremenge einen direkten Massstab zur Beurteilung des Wärmeverlustes in einer Feuerungsanlage bietet. Es wird nun wünschenswert sein, für die Praxis einen allgemeinen Ueberschlagswert zu haben, ohne dass man erst die Zusammensetzung und den Heizwert des betreffenden Brennstoffes zu wissen nötig hätte. Wie nun die Tabelle erweist, ist der Wärmeverlust sowohl, als auch der Kohlensäuregehalt, von der Zusammensetzung und dem Heizwerte der Kohle in sehr untergeordneten und für mittlere Verhältnisse in kaum merkbarem Masse abhängig. Der Wärmeverlust selbst ist daher, wenn man von den kleinen Beeinflussungen durch die Zusammensetzung des Brennstoffes absieht, demnach nur abhängig von der Temperaturdifferenz T – t und von dem Luftüberschuss resp. dem Kohlensäuregehalte. Bedeutet daher qv den Verlust in Prozenten des Heizwertes, so ist q_v=\frac{T-t}{K_v}\,\cdot\,\varepsilon worin ε einen noch zu bestimmenden Koeffizienten darstellt. Durch Einsetzen entsprechender Werte aus der Tabelle 4 erhält man angenähert im Mittel q_v=\frac{T-t}{K_v}\,\cdot\,66 . . . . (25) Hinsichtlich der Tabelle 4 möge noch bemerkt sein, dass zu deren Berechnung eine spezifische Wärme der Verbrennungsgase von 0,32 und für den entstehenden Wasserdampf eine solche von 0,48 angenommen wurde; die Temperaturdifferenz (T – t) ist zu 250° C. gewählt. Im Gasvolumen Gv ist nur das Volumen der entstehenden Kohlensäure, des freien Sauerstoffes und des Stickstoffes enthalten, während das Volumen des entstehenden Wasserdampfes Tabelle 4. Textabbildung Bd. 317, S. 795 Sehr gute Kohle; Gute Kohle; Mittelgute Kohle; Weniger gute Kohle; Geringwertige Kohle; berechnet; kalorim. bestimmt; Gesamtverlust; v. H. des Heizwertes; Verlust durch überschüssige Luft hierin vernachlässigt ist. Die Summe beider wird durch das Volumen Gv' dargestellt. Eine Vergleichung der beiden Volumina Gv und Gv' zeigt zugleich, dass der durch Vernachlässigung des Wasserdampfes für ϕ entstehende Fehler für kleinen Luftüberschuss und insbesondere für hohen Wasserstoffgehalt, wohl ziemlich wesentlich werden kann, dass dieser Fehler jedoch für grösseren Luftüberschuss rasch abnimmt. Ferner ist aus der Tabelle zu ersehen, dass das Volumen der in die Verbrennung eintretenden Luft immer etwas grösser ist, als das Volumen Gv, während dasjenige Gv' nur um weniges höher ist, als das erstgenannte; sämtliche Volumen sind natürlich auf 0° und 760 mm Barometerstand reduziert gedacht. Es erübrigt hier ferner noch, darauf hinzuweisen, dass die spezifische Wärme c pro 1 cbm der Heizgase nicht konstant 0,32 ist, sondern dass c von der Zusammensetzung der Heizgase, und da diese wieder von dem Kohlensäuregehalt beeinflusst wird, von diesem abhängt. Bezeichnen cCO2 = 0,2164, c0 = 0,2175 und cN = 0,2438 die spezifischen Wärmen für bezw. 1 kg Kohlensäure, Sauerstoff und Stickstoff, so beträgt die spezifische Wärme für 1 cbm der Heizgase c=\frac{3,367\,\cdot\,C\,\cdot\,0,2164+O_e\,\cdot\,(\varphi-1)\,\cdot\,0,2175+O_e\,\cdot\,3,31\,\cdot\,\varphi\,\cdot\,0,2438}{1,854\,C+\frac{O_e}{s_O}\,\cdot\,(\varphi-1)+\frac{O_e}{s_N}\,\cdot\,3,31\,\cdot\,\varphi} (26) Wie die Formel 26 zeigt, ist die spezifische Wärme der Heizgase also abhängig sowohl von der Zusammensetzung der letzteren selbst, d.h. von dem Kohlensäuregehalt, als auch von der Zusammensetzung des zur Verbrennung gebrachten Brennstoffes. Um Aufschluss über die Grösse des Fehlers, der durch Annahme eines konstanten Wertes von c in der Tabelle enthalten ist, zu bekommen, diene nachstehende Tabelle 5. Es sind in dieser die in Tabelle 4 angeführten 5 Kohlensorten in der Reihenfolge, wie sie in dieser letzteren enthalten waren, aufgeführt und die denselben für verschiedenen Kohlensäuregehalt resp. verschiedenen Luftüberschuss entsprechenden Werte von c angegeben. Wie die Tabelle erkennen lässt, ändert sich die Grösse von c mit der Grösse des Kohlensäuregehaltes und zwar in der Weise, dass bei Kv = 1 die spezifische Wärme für 1 cbm der Heizgase den kleinsten Wert aufweist und mit zunehmendem Kohlensäuregehalte steigt. Die angenommene Grösse von 0,32 erreicht c bei etwa 10–11 % Kohlensäure und es sind dementsprechend die in der Tabelle 4 berechneten Wärme Verluste für kleineren Luftüberschuss als ca. 1,5 etwas zu klein, diejenigen für einen grösseren Luftüberschuss als den genannten, etwas zu gross; doch ist der Fehler im allgemeinen, da Kv bei einer ordnungsgemäss arbeitenden Feuerungsanlage wenigstens 8 % betragen soll, selten aber mehr als 13–14 % beträgt, nicht sehr bedeutend, da bei den angegebenen Werten von Kv die Luftüberschussmenge zu der theoretisch erforderlichen Luftmenge nur zwischen 2,3 und 1,4 im Mittel wechselt. Wie ferner noch aus der Tabelle 5 hervorgeht, übt die Zusammensetzung des Brennstoffes einen mehr untergeordneten Einfluss auf die Grösse von c, einen Einfluss, der wohl mit Rücksicht auf Einfachheit der Rechnung im allgemeinen vernachlässigt werden kann. In der letzten Spalte der Tabelle 5 Tabelle 5. Kv I.Sehr gute Kohle II.Gute Kohle III.Mittelgute Kohle IV.Weniger gute Kohle V.Geringwertige Kohle Mittelwertvon ϕ c ϕ c ϕ c ϕ c ϕ c c   1 18,3 0,307 18,2 0,307 17,6 0,308   17,7 0,309     17,5 0,309 0,308   2   9,2 0,308   9,1 0,309   8,8 0,310     8,8 0,310       8,5 0,310 0,309   3   6,1 0,309   6,0 0,310   5,9 0,311     5,9 0,311       5,7 0,311 0,310   4   4,6 0,310   4,5 0,311   4,4 0,312     4,4 0,312       4,3 0,312 0,311   5   3,7 0,311   3,6 0,312   3,6 0,313     3,6 0,313       3,4 0,313 0,312   6   3,1 0,312   3,1 0,313   3,1 0,314     3,1 0,314       2,8 0,314 0,313   7   2,6 0,313   2,6 0,314   2,6 0,315     2,6 0,315       2,4 0,315 0,314   8   2,4 0,315   2,3 0,315   2,2 0,316     2,2 0,317       2,1 0,317 0,316   9   2,1 0,314   2,04 0,316   2,00 0,317     2,00 0,318       1,91 0,318 0,317 10   1,85 0,317   1,84 0,317   1,80 0,318     1,80 0,319       1,74 0,319 0,318 11   1,70 0,318   1,67 0,318   1,64 0,320     1,64 0,320       1,59 0,320 0,319 12   1,55 0,319   1,54 0,320   1,53 0,321     1,53 0,321       1,46 0,321 0,320 13   1,40 0,310   1,40 0,321   1,38 0,322     1,38 0,322       1,35 0,322 0,321 14   1,33 0,321   1,32 0,322   1,29 0,323     1,29 0,323       1,26 0,323 0,322 15   1,24 0,322   1,23 0,323   1,21 0,324     1,21 0,324       1,18 0,324 0,323 16   1,17 0,323   1,16 0,324   1,13 0,326     1,13 0,325       1,11 0,325 0,325 17   1,10 0,324   1,09 0,325   1,07 0,327     1,07 0,327       1,04 0,326 0,326 sind daher die Mittelwerte von c, welche sich aus dieser bestimmen, angegeben. Der Vollständigkeit wegen möge hier noch auf ein VerfahrenBunte: Zur Beurteilung der Leistung von Dampfkesseln, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure. 1900, S. 673. hingewiesen werden, welches gleichfalls – wie dies bei Formel (25) der Fall ist – gestattet, ohne Kenntnis sowohl des Heizwertes wie der Zusammensetzung eines Brennstoffes auf den Wärmeverlust durch die Abgase zu schliessen; dieses Verfahren stützt sich ebenfalls auf den Kohlensäuregehalt der Heizgase, indem es Kv benutzt, die Anfangstemperatur T1 und mit dieser dann den Wärmeverlust zu bestimmen. Wird 1 cbm Kohlensäure durch Verbrennung von reinem Kohlenstoff (0,536 kg) in Sauerstoff oder in atmosphärischer Luft erzeugt, so werden 4343 W – E entwickelt (s. a. a. Orte). Enthält ein Heizgas 1 % CO2, so sind bei seiner Bildung auf 1 cbm Rauchgas 43,43 W – E erzeugt worden; entsprechend sind, wenn x = % CO2 vorhanden sind, x . 43,43 W – E frei geworden. Diese Wärmemenge hat das Verbrennungsgas auf eine bestimmte Temperatur T1 erhitzt, die sich in einfacher Weise berechnen lässt, wenn man die aus dem Kohlensäuregehalt berechnete Wärmemenge W durch die Wärmekapazität von 1 cbm Rauchgas (c) dividiert. Der Ausdruck T_1=\frac{W}{c} Die Bezeichnungen sind den in vorliegender Abhandlung gewählten entsprechend umgeändert. stellt die sog. Anfangstemperatur T1 dar, welche allerdings in Wirklichkeit nicht erreicht wird; es kommt dies für den vorliegenden Zweck jedoch nicht in betracht, da hier T1 lediglich dazu dient, die erzeugte Wärmemenge mit der Abgangstemperatur der Heizgase in einfache Beziehung zu setzen und den Wärmeverlust zu bestimmen. Kennt man die Temperaturdifferenz der abziehenden Gase gegenüber der in die Verbrennung eintretenden Luft T – t, so giebt der Bruch \frac{T-t}{T_1} unmittelbar das Verhältnis des Wärmeverlustes durch die entweichenden Heizgase zu der entwickelten Wärme an. Zur Erleichterung der Rechnung sind am angegebenen Orte für 1 bis 16 % CO2 die Wärmekapazitäten c und die Anfangstemperaturen T1 berechnet und zwar für die Verbrennung von reinem Kohlenstoff und für eine bestimmte Sorte Steinkohle. Die verschiedenen natürlichen Brennstoffe zeigen jedoch inbezug auf T1 nur verhältnismässig geringe Abweichungen von einander, so dass die dort für Steinkohlen gegebenen Werte in der Tabelle auch für andere Kohlensorten benutzt werden können. Um sowohl den praktischen Wert des soeben angedeuteten Verfahrens, als auch, in Ergänzung des weiter oben Gesagten, die praktische Verwendbarkeit der Formel (25) zu zeigen, sei in Tabelle 6 eine Zusammenstellung praktisch ausgeführter Leistungsversuche an Dampfkesseln gegeben.Bericht über Leistungsversuche an Dampfkesseln der elektrotechnischen Ausstellung zu Frankfurt a. M.; die Werte von T und \frac{t}{T} sind der Abhandlung von Bunte a. a. O. entnommen. Die Tabelle zeigt, dass beide Näherungsverfahren brauchbare Ueberschlagswerte für die Praxis geben, doch ist zu bemerken, dass in der Formel für den Wärmeverlust \frac{T-t}{T_1} der unmittelbare Zusammenhang der Grösse desselben mit dem Kohlensäuregehalte der Heizgase nicht mehr erkennbar ist, wie dies bei Gleichung (25) der Fall ist. Für die Praxis ist wohl letztere Formel, weil einerseits ebenso einfach wie die erstere und weil sie andererseits die Abhängigkeit des Wärmeverlustes von dem CO2-Gehalte direkt erkennen lässt, vorzuziehen. Für Steinkohlen (Ruhrkohlen), wie sie in den Versuchen I bis VII der Tabelle benutzt wurden, ergiebt dieselbe sogar noch etwas genauere Werte und für Braunkohlen oder überhaupt gasreiche Kohlensorten könnte ja der Koeffizient 0,66 entsprechend kleiner genommen werden, wie dies weiter oben bereits angedeutet wurde. Es würde dies also für die Versuche a, b und c der Tabelle 6 der Fall sein müssen, welche von der preussischen RauchverhütungskommissionZeitschrift des Vereins für Gewerbefleiss 1894 S. 232. vorgenommen und bei denen mit schlesischer Steinkohle (a und b) und mit böhmischer Braunkohle (c) geheizt wurde. Tabelle 6. Versuch Temperatur-Ueberschussder HeizgaseT – t Kohlensäure-gehalt derHeizgasepCt. CO2 Anfangs-temperaturaus demCO2-GehaltT1 Wärmeverlust der Heizgase Berechnet im Leistungs-versuchgefunden \frac{T-t}{T_1} 0,66\,\cdot\,\frac{T-t}{K\,v}        I 287        11,9 1830 15,6 16,0 16,07      III 286          8,3 1306 22,0 22,7 22,62      IV 304          9,7 1512 20,1 20,7 20,82      V 261          9,8 1527 17,1 17,5 17,71     VI 286        10,7 1655 17,3 17,6 17,73    VII 260        12,8 1940 13,9 13,4 13,52     a 216          8,9 1383 15,6 16,0 15,41     b 213        10,5 1620 13,1 13,3 12,57     c 216          8,2 1291 16,7 17,3 15,96 Die Formel (25) bietet nun auch die Möglichkeit, den Wärmeverlust qv, da derselbe nur von der Temperaturdifferenz T – t und von dem CO2-Gehalt Kv abhängig ist, graphisch darzustellen und ist dies in den Figuren 1 und 2 geschehen. In Fig. 1 sind die Temperaturdifferenzen T – t als Abcissen aufgetragen, während für die Werte von Kv = 1, 2 u.s.w. bis 17 vom Nullpunkte O aus Strahlen gezogen sind; die Schnittpunkte dieser Strahlen mit den entsprechenden Temperaturdifferenzen geben die Wärmeverluste als Ordinaten an. Textabbildung Bd. 317, S. 797 Fig. 1. Temperaturdifferenz T – t in Celsiusgraden; Wärmeverlust in % vom Heizwert. In Fig. 2 sind die Werte von Rc als Ordinaten aufgetragen und die daraus berechneten Wärmeverluste bei einer bestimmten Temperaturdifferenz als Abcissen angegeben. Es ergeben sich hieraus die bezeichneten Temperaturkurven. Textabbildung Bd. 317, S. 797 Fig. 2. Wärmeverlust in % des Heizwertes; Kohlensäuregehalt in Volumenprozent. (Fortsetzung folgt.)