Moderne Dampfkesselanlagen. Von O. Herre, Ingenieur und Lehrer in Mittweida. (Fortsetzung von S. 21 d. Bd.) Moderne Dampfkesselanlagen. D. Wasserrohrkessel. Die Konstruktion der Wasserrohrkessel ist eine ausserordentlich mannigfaltige. So einfach auf den ersten Blick die Aufgabe des Kesselkonstrukteurs ist, eine wirksame Heizfläche durch zweckmässige Gruppierung einzelner Rohre herzustellen, so verschieden sind die Lösungen dieser Aufgabe. Obwohl sich für ortsfeste Dampfkesselanlagen bereits gewisse erprobte Konstruktionen als endgiltige Typen auszubilden scheinen, schafft der Erfindergeist doch fortwährend neue Formen, von denen freilich die meisten ausser einer oft absonderlichen Formgebung und Gruppierung der Rohre nichts aufweisen, was irgend von Bedeutung wäre. Besonders zahlreiche Neuerungen tauchen aber auf dem Gebiete der Schiffs-Wasserrohrkessel auf, weil hier bezüglich der Kaumausnutzung, des gelingen Eigengewichtes und der Unempfindlichkeit gegenüber plötzlichen Temperatur-Schwankungen viel höhere Anforderungen als bei den Landkesseln gestellt werden und es infolgedessen auch viel schwerer ist, eine allen Bedingungen genügend entsprechende Konstruktion zu schaffen. Die Einteilung der Wasserrohrkessel kann nach der Form, der Lage und Gruppierung der Rohre und nach der Art der Verbindung der Rohre untereinander getroffen werden. Man könnte hiernach zunächst Kessel mit geraden und Kessel mit gebogenen Röhren unterscheiden. Bei den Kesseln mit geraden Röhren können entweder einfache Röhren oder auch Doppelröhren nach Art der Fieldröhren verwendet werden. Die Lage der Röhren ist mit Rücksicht auf die Erzielung eines lebhaften Wasserumlaufes meistens etwas gegen die Horizontale geneigt oder auch vollständig vertikal. Die Verbindung der Röhren untereinander erfolgt entweder in besonderen Wasserkammern, von denen bei einfachen Röhren gewöhnlich zwei je eine an den beiden Enden bei Doppel röhren dagegen gewöhnlich nur eine vorhanden ist, oder durch Krümmer bezw. Kuppen, welche dann gewöhnlich nur zwei Röhren miteinander verbinden. Manchmal werden auch die sämtlichen Röhren einer vertikalen oder auch einer horizontalen Rohrreihe miteinander verbunden. Hie Art der Verbindung beeinflusst hauptsächlich die Wasserbewegung, den Feuchtigkeitsgehalt des Dampfes, die Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen der Heizgase und die Auswechselbarkeit der Rohre. Kessel mit gebogenen Röhren werden meistens als Schiffskessel gebaut. Die gebogene Form der Rohre gestattet in vielen Fällen eine bessere Anschmiegung an die Schiffsform und eine bessere Gestaltung des Feuerraumes und der Feuerzüge. Ferner können die gebogenen Rohre Formänderungen infolge von Wärmewirkungen sehr gut aufnehmen, sic eignen sich daher für sehr schnelles Anheizen und starken Dampfverbrauch. Trotzdem haben sich aberauch Kessel mit geraden Röhren als Schilfskessel sehr gut bewährt. Bei den Dampfkesseln mit gebogenen Röhren kann die Einteilung am besten nach der Zahl und Lage der Sammler erfolgen. Für die Beurteilung der Vor- und Nachteile der Wasserrohrkessel liegt bereits ein umfangreiches Material vor. Dasselbe ist geeignet, einerseits die vielfach zu weit getriebene Wertschätzung der Vorzüge der Wasserrohrkessel auf das richtige Maass zurückzuführen, andererseits aber auch viele Einwände gegen den Wasserrohrkessel zu entkräften. Tatsache ist es, dass trotz der heftigen Gegnerschaft die Verbreitung der Wasserrohrkessel stetig zunimmt, was gewiss nicht allein durch eine lebhafte Reklame, sondern durch wirkliche Vorzüge erklärt werden muss. Besonders i bei den Landkesseln, wo die Erfahrungen einer langen Reihe von Jahren zur ununterbrochenen Verbesserung der Konstruktion ausgenutzt werden konnten, sind Systeme entstanden, welche den Grosswasserraumkesseln in gewissen Fällen gleich zu achten oder manchmal sogar vorzuziehen sind. Bei den Schiffskesseln, wo die Erfahrungen noch nicht so reichhaltig, die Anforderungen dagegen besonders hohe sind, befinden sich die Wasserrohrkessel noch im Entwickelungsstadium, doch kann schon jetzt erkannt werden, dass die Zukunft des Schiffskesselbaues im Zeichen der Wasserrohrkessel steht, wozu in erster Linie die noch immer andauernde Steigerung in der Anwendung höherer Dampfspannungen die Veranlassung ist. Für die jetzt allgemein üblichen Dreifachexpansions-Maschinen reicht der schottische Kessel und der Lokomotivkessel gerade noch aus. Mit der beginnenden Einführung der Vierfachexpansions-Maschine; steigt aber die Dampfspannung so bedeutend an, dass die notwendige Blechdicke und die Verankerung der schottischen und der Lokomotiv-Kessel ihre Herstellung so erschwert und kostspielig macht, dass die, Wasserrohrkesse] hierin gewiss eine entscheidende Ueberlegenheit erlangen werden. Als allgemeine Vorteile der Wasserrohrkessel werden gewöhnlich angeführt: 1. Geringes Gewicht. 2. Geringe Raumbeanspruchung. 3. Geringe Reparaturkosten. 4. Schnelles Anheizen. 5. Guter Wasserumlauf. 6. Gute Wärmeausnutzung. 7. Anwendung hoher Dampfspannungen. 8. Geringer Preis. Als allgemeine Nachteile der Wasserrohrkessel werden gewöhnlich genannt: 1. Die Erzeugung nassen Dampfes. 2. Schwankungen der Dampfspannungen bezw. Ueberkochen bei stark wechselnder Dampfentnahme. 3. Schlechte Verbrennung. 4. Empfindlichkeit gegen schlechtes Speisewasser. Das geringe Gewicht der Wasserrohrkessel ist die naturgemässe Folge des kleinen Wasserraumes, da das Leergewicht der Wasserrohrkessel nur unbedeutend geringer zu sein pflegt als dasjenige der Grosswasserraumkessel. Bei Landkesseln kommt der Vorteil des geringen Gewichtes in der Regel nur für die Fundamentierungsarbeiten in Frage, ist demnach nur gering; bei Schilfskesseln dagegen kann bei sonst gleicher Leistungfähigkeit – was aber vielfach nicht zutrifft – die Ladefähigkeit des Schiffes in demselben Grade erhöht werden, wie das Kesselgewicht vermindert wird. Da aber das Mindergewicht, wie schon bemerkt, in der Hauptsache durch den kleinen Wasserraum erzielt wird, so sind auch die Nachteile desselben in Rechnung zu ziehen. An dieser Stelle sei auch ein Vorteil der Wasserrohrkessel erwähnt, der weniger durch das geringe Gesamtgewicht, als durch das geringe Gewicht der einzelnen Konstruktionsteile, aus denen sich der Kessel zusammensetzt, veranlagst wird. Dieser Vorteil besteht in dem erleichterten Transport, der für Gegenden mit wenigen oder schlechten Verkehrswegen nicht zu unterschätzen ist, Für Gebirgsländer und für nicht völlig aufgeschlossene Gebiete, wo als ausschliessliche Transportmittel Lasttiere in Frage kommen, pflegt der Wasserröhrenkessel, besonders derjenige ohne Wasserkammern, der einzig brauchbare zu sein. Der Vorteil der geringen Raumbeanspruchung ist besonders wichtig für Landkessel, wenn die zur Aufstellung einer Kesselanlage notwendige Bodenfläche sehr schwer oder nur mit hohen Kosten zu beschaffen ist. Aber selbst bei reichlich vorhandener und billiger Bodenfläche wird der Vorteil nicht bedeutungslos sein, da die Kosten des Kesselhauses um so grösser werden, je grösser die bebaute Fläche ist. Dies ist neben der Verwendung hoher Spannungen auch häufig der Grund, warum jetzt für sehr grosse Kesselanlagen vielfach Wasserröhrenkessel bevorzugt werden. Für Schiffskessel bedeutet die geringere Raumbeanspruchung nur dann einen Vorteil, wenn damit zugleich eine Gewichtsersparnis verbunden ist, da sonst der gewonnene Raum doch nicht als Laderaum ausgenützt werden könnte; es wäre höchstens möglich, etwas bequemere Heizerräume zu schaffen. Die Reparaturkosten fallen bei Wasserrohrkesseln in der Regel kleiner aus als bei Grosswasserraumkesseln, da sie bei den ersteren meistens durch das Auswechseln schadhaft gewordener Rohre veranlasst werden, diese aber als Massenartikel billig zu liefern und auch bequem einzusetzen sind. Doch darf nicht vergessen werden, dass Wasserrohrkessel viel häufiger reparaturbedürftig werden, als Walzen- oder Flammrohrkessel. Die auf eine längere Betriebszeit bezogenen gesamten Reparaturkosten werden daher in nicht wenigen Fällen bei Wasserrohrkesseln hoher ausfallen als bei Walzen- oder Flammrohrkesseln. Die zur Reparatur notwendige Zeit ist bei Wasserrohrkesseln gewöhnlich nicht bedeutend, was sehr erwünscht sein wird, wenn Reservekessel nicht zur Verfügung stehen. Das schnelle Anheizen der Wasserrohrkessel ist wieder eine Folge des kleinen Wasserraums; doch kommt hierbei auch der gewöhnlich sehr gute Wasserumlauf in Frage. Lokomobilkessel haben vielfach einen ebenso kleinen Wasserraum wie die Wasserrohrkessel; es fehlt ihnen aber eine lebhafte Wasserbewegung. Wird nun die Zeit des Anheizens durch ein kräftiges Feuer abgekürzt, so tritt eine sehr ungleichmässige Erwärmung des Wassers und dadurch eine erhebliche Beanspruchung des Kessels infolge der verschieden starken Ausdehnung der Kesselwandungen auf. Die Folge dieser Beanspruchung sind Leckstellen an den Mantelnietnähten und an den Befestigungsstellen der Siederohre. Es sei in dieser Beziehung noch einmal auf die schon in Heft 2 S. 20 d. Bd. erwähnten Versuche von C. Bach verwiesen,Zeitschrift des Ver. d. Ing., 1901, S. 22. C. Bach ermittelte, dass bei einem Lokomobilkessel, dessen Mantel nicht mitgeheizt wurde, 135 Minuten nach Beginn des Anheizens der Wärmeunterschied zwischen den oberen und unteren Schichten des Wassers durchschnittlich 141° betrug. welche recht deutlich den Nachteil einer mangelnden Wasserbewegung der Lokomobilkessel vor Augen führen. Wird auch der Mantel der Lokomobilkessel mitgeheizt, wie dies bei halbstationären Anlagen vielfach zu finden ist, so mögen die Verhältnisseetwas günstiger liegen, doch kann auch hier das Anheizen nicht so gleichmässig erfolgen, wie bei den meisten Wasserrohrkesseln. Ausserdem können bei den letzteren ungleichmässige Erwärmungen der Rohre gewöhnlich nicht so gefährlich werden, da hier meistens eine freie Ausdehnung möglich ist, wie z.B. bei den Kesseln mit krummen Rohren oder denjenigen mit geraden Rohren aber mit nur einer Wasserkammer oder mit Kapselverschlüssen. Die geradrohrigen Kessel mit zwei Wasserkammern sind weniger gut für schnelles Anheizen geeignet, doch bewirkt auch hier die gute Wasserbewegung eine schnelle Wärmeverteilung, so dass grössere Beanspruchungen des Kessels durch ungleichmässige Ausdehnung gewöhnlich vermieden werden können. Ein von den Fabrikanten der Wasserrohrkessel viel hervorgehobener Vorteil soll die gute Wärmeausnutzung dieser Kessel sein. Es wird hierbei als Erklärung daraufhingewiesen, dass die Rohre die Heizgase in viele Bündel zerteilen, dass die Heizfläche senkrecht von den Heizgasen getroffen wird, sehr dünnwandig ist und leicht von Russ und Flugasche freigehalten werden kann. Dies alles ist zutreffend, nur wird der geringen Wandstärke ein viel zu grösser Einfluss zugeschrieben, während die Zerteilung der Heizgase und die schnelle Wärmeabgabe vielfach zu einer unvollkommenen Verbrennung führt. Der Widerstand, der sich der Uebertragung der Wärme von den Heizgasen an das Wasser entgegenstellt, kann in drei Teile gegliedert werden: in den Widerstand beim Uebergang von den Heizgasen zum Eisen, in den Widerstand bei der Fortleitung der Wärme im Eisen und in den Widerstand beim Uebergang der Wärme vom Eisen zum Wasser. Die beiden zuletzt genannten Widerstände sind klein gegenüber dem ersten. Es kann daher nicht viel erreicht werden, wenn der an sich geringe Wärmeleitwiderstand des Eisens durch eine geringe Blechdicke noch weiter ermässigt wird. Dagegen bewirkt die Zerteilung des Gasstromes durch die senkrecht getroffenen Wasserröhren eine schnelle Wärmeabgabe, so dass aus diesem Grunde die Heizfläche der Wasserröhrenkessel sehr wirksam ist. Wenn trotzdem der gesamte Kesselwirkungsgrad der Wasserröhrenkessel in sehr vielen Fällen niedriger als derjenige anderer Kesselsysteme ist, so liegt das in den wenig günstigen Verhältnissen der Feuerungsanlagen. Die Feuerung muss bei Wasserröhrenkessel als Unteroder Vorfeuerung gebaut werden, was für hochwertigen Brennstoff in der Regel ungünstig ist. Ferner steigen die Heizgase in den meisten Fällen vom Rost unmittelbar in die Höhe und gelangen an die Heizfläche, bevor noch die Verbrennung vollständig beendet ist. Die rasche Abkühlung verhindert die weitere Verbrennung und bewirkt eine niedrige Temperatur im Feuerraum. Schliesslich wird in den Kesselzügen viel kalte Luft angesaugt, da nur Aussenzüge vorhanden sind. Besonders schädlich sind in dieser Beziehung die seitlichen Reinigungsöffnungen im Mauerwerk, durch welche das Abblasen der Flugasche mittels Dampfstrahles erfolgen soll. Diese Oeffnungen sind zwar durch Türen verschlossen, doch sind letztere fast niemals dicht, da sie gewöhnlich nur aus einem Wellblech im Winkeleisenrahmen bestehen, um leicht ausgehoben werden zu können. Ungünstige Verdampfungsergebnisse an Wasserrohrkesseln sind daher fast stets auf eine schlecht konstruierte oder mangelhaft unterhaltene Feuerungsanlage zurückzuführen. Wird die letztere dagegen mit Sorgfalt angelegt und gut gewartet, so können auch mit Wasserrohrkesseln sehr gute wirtschaftliche Betriebsergebnisse erzielt werden. Der wichtigste Vorteil der Wasserrohrkessel besteht jedenfalls in der Anwendbarkeit hoher Dampfspannungen. Es werden zwar auch Walzen- und Flammrohrkessel für Spannungen bis 12 und 13 Atm. gebaut, doch wachsen die Herstellungskosten empfindlich mit der Spannung, während dieselben bei den Wasserrohrkesseln hierdurch weniger beeinflusst werden. Hier sind es hauptsächlich die gewöhnlich prismatischen Wasserkammern, die bei der Herstellung um so grössere Kosten verursachen, je höher die Dampfspannung gewählt wird. Man hat daher auch versucht, diese Wasserkammern durch zylindrische zu ersetzen, um hierdurch die kostspielige Verankerung zu vermeiden. Die krummrohrigen Wasserrohrkessel haben fast ausschliesslich zylindrische Sammler und Wasserkammern. Der geringere Preis der Wasserrohrkessel wird hiernach um so ausschlaggebender sein, je höhere Dampfspannungen zur Verwendung gelangen. Von den Nachteilen der Wasserrohrkessel wird die Erzeugung nassen Dampfes gewöhnlich in erster Linie genannt. Bei dem langen und komplizierten Wege, den die Dampfbläschen von der Heizfläche bis zum Dampfraum nehmen müssen, und bei der geringen Ausdehnung des Verdampfungsspiegels ist es erklärlich, dass der erzeugte Dampf, insbesondere bei hoher Kesselbelastung, nicht vollständig trocken sein kann; doch herrschen in dieser Beziehung vielfach übertriebene Befürchtungen. Durch die Anwendung genügend grosser Dampfräume in besonderen Oberkesseln und durch die Verwendung von Wasserabscheidern im Dampfraum kann fast immer ein für den Betrieb hinreichend trockener Dampf geliefert werden. Ausserdem lässt sich durch die Anwendung von Ueberhitzern der erwähnte Nachteil vollständig beseitigen. Gestatten die vorliegenden Verhältnisse einer Anlage keine hohe Dampf überhitzung, so wird es genügen, den Dampf nur soweit zu überhitzen, dass mit Sicherheit auf eine vollständige Verdampfung des mitgerissenen Wassers und auf eine Verhinderung der Kondensation in der Leistung gerechnet werden kann. Die meisten Fabrikanten von Wasserröhrenkesseln haben daher auch in richtiger Würdigung der Verhältnisse die Fabrikation von Ueberhitzern aufgenommen. Der an zweiter Stelle wichtigste Nachteil wäre die Schwierigkeit, die Dampfspannung bei wechselnder Dampfentnahme konstant halten zu können. Man kann diesen Nachteil durch eine entsprechende Vergrösserung des Wasserraumes ermässigen. Die meisten, jetzt gebräuchlichen Wasserrohrkessel sind daher mit einem oder zwei Oberkesseln versehen; je wechselnder die Dampfentnahme ist, um so grösser soll in der Regel der Oberkessel gewählt werden. Bei Wasserrohrkesseln mit passend gewählten Oberkesseln bereitet daher das Innehalten einer konstanten Spannung keine Schwierigkeiten, wenn nur der Wechsel in der Dampfentnahme nicht übermässig gross ist, und wenn die Beanspruchung der Feuerung ohne grössere Umstände dem Bedarf angepasst werden kann. Es ist selbstverständlich, dass in demselben Masse, wie der Wasserraum vergrössert wird, die Zeit des Anheizens eine Verlängerung erfährt. Beide Vorzüge können eben nicht vollständig mit einander vereinigt werden. Der Nachteil der schlechteren Verbrennung in den meisten Feuerungen der Wasserrohrkessel ist bereits besprochen worden; es erübrigt daher nur noch die Empfindlichkeit gegen schlechtes Speisewasser zu erörtern. Die stärkste Verdampfung vollzieht sich naturgemäss in den untersten Rohren; es ist daher auch hier die grösste Ablagerung von Kesselstein und Schlamm zu erwarten. Nun wird zwar nicht ganz mit Unrecht behauptet, dass die untersten Rohre die stärkste Wasserbewegung haben, und dass hierdurch die Ablagerung von Kesselstein verhindert wird, besonders wenn das Speisewasser in den Oberkessel eingeführt und der sich hier ablagernde Schlamm durch einen passend angeordneten. Stutzen zeitweise abgeblasen wird. Die Erfahrung zeigt aber, dass dennoch in den unteren Rohren Kesselsteinablagerungen auftreten und zwar um so stärker, je kesselsteinhaltiger das Speisewasser ist, je stärker der Kessel beansprucht wird und je länger die Betriebsdauer ist. Das Durchbrennen der unteren Rohre ist in solchen Fällen keine seltene Erscheinung. Bei leidlich gutem Wasser, geringer Beanspruchung und kurzer Betriebsdauer reicht allerdings der Wasserumlauf aus, die Ablagerungen, mindestens aber das Durchbrennen der Rohre zu verhindern. Es ergibt sich hieraus die Regel, bei Wasserrohrkesseln gutes Speisewasser zu verwenden, oder bei weniger gutem Wasser dieses vor dem Eintritt in den Kessel zu reinigen. Anderenfalls muss man die Betriebsdauer eines Kessels um so kürzer wählen, je stärker der Kessel beansprucht wird. Neuerdings sucht man das Durchbrennen der untersten Rohre auch dadurch zu verhindern, dass man den Wasserzufluss zu diesen Rohren durch geeignete Konstruktionen erleichtert. Wir wenden uns jetzt zur Besprechung der einzelnen Systeme der Wasserrohrkessel. (Fortsetzung folgt.)