Dampfkraft: Berechnung und Verhalten von Wasserrohrkesseln Erzeugung von Kraft und Wärme. Ein Handbuch für den Praktischen Gebrauch

598 Pages·1949·51.608 MB·German

by  Friedrich Münzinger (auth.)

DAMPFKRAFT
BERECHNUNG UND VERHALTEN VON WASSERROHRKESSELN
ERZEUGUNG VON KRAFT UND WÄRME
EIN HANDBUCH
FUR DEN PRAKTISCHEN GEBRAUCH
VON
FRIEDRICH MÜNZINGER
DRITTE
UMGEARBEITETE UND STARK ERWEITERTE AUFLAGE
MIT 859 ABBILDUNGEN
62 RECHENBEISPIELEN UND 76 ZAHLENTAFELN IM TEXT
SOWIE 19 KURVENTAFELN IN DER DECKELTASCHE
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
1949
ISBN 978-3-642-53057-9 ISBN 978-3-642-53056-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-53056-2
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VORBEHALTEN
COPYRIGHT 1949 BY SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG
URSPRUNGLICH ERSCHIENEN BEI SPRINGER-VERLAG OHG, BERLIN / GOTTINGEN / HEIDELBERG 1949
SOFT COVER REPRINT OF THE HARDCOVER 3RD EDITION 1949
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Vorwort zur dritten Auflage.
Die Zeit zum Schreiben der zweiten, schon lange vergriffenen Auflage dieses Buches Iandich während
der schweren Arbeitslosigkeit zwischen 1929 und 1933, diejenige zum Verfassen der vorliegenden
dritten w'ihrend einer ähnlichen Periode niederdrückender, unfreiwilliger Muße in den Jahren 1945
bis 1948. Die Vorarbeiten, die freilich viel länger zurückreichen, waren bereits weit fortgeschritten,
als bei den Kämpfen um Berlin vieles von dem, was ich geschrieben und gezeichnet hatte, und fast
mein ganzes Quellenmaterial der Vernichtung anheimfielen.
Zahllose, zum Teil sehr schwere Luftangriffe und die schlimmen Entbehrungen der Kriegsjahre
hatten mich so geschwächt, daß ich im Frühjahr 1945 an eine Neuherausgabe nicht mehr zu denken
wagte. Schließlich war jedoch der Trieb, das begonnene Werk zu vollenden, stärker als alle Hem
mungen. Infolge des lückenhaften Charakters der durch Verlagerung geretteten Unterlagen und
meines vorgerückten Alters dachte ich aber zunächst nur an die Herausgabe derjenigen Absehnitte,
die den Gebrauch der Tafeln zeigen. Da sie jedoch etwas in sich Geschlossenes sein mußten, ließen
sich beim Zweiten Teil geringfügige Wiederholungen nicht ganz vermeiden.
Die dritte Auflage dürften auch Leser ohne akademisches Studium und tiefere mathematische
Kenntnisse unschwer verstehen können. Der Stand der ausländischen Entwicklung wurde, so gut es
die mir erreichbaren ausländischen Informationen gestatteten, geschildert. Im Gegensatz zur zweiten
Auflage wurde eine größere Zahl bewährter Formeln aufgenommen, weil es manchmal erwünscht
ist, gewisse Vorgänge analytiseh behandeln zu können, und weil viele deutsche Ingenieure ihre
wärmetechnischen Lehrbücher durch den Krieg verloren haben.
Neu aufgenommen wurden die Kapitel über aufgeladene Feuerungen; Lufterhitzer für geschlossene
Gastmbinen; StrÖmungsvorgänge in Zwangdurchlaufkesseln ; Rauchgasreiniger; Ventilatoren;
WärmeschaItbilder usw.; vor allem aber über Gastmbinen und Atomkraftwerke.
Die vorliegende Auflage umfaßt also ein weit größeres Gebiet als die zweite oder gar die erste.
Mit ihrem Schlußk'apitel XVIII dürfte sie wohl ebenso als erstes (deutsches) technisches Lehrbuch
zur Atomkrafterzeugung kritisch Stellung nehmen, wie es meine Bücher "Kohlenstaubfeuerungen"
(1920) und "Höchstdruckdampf" (1924) zu diesen beiden vor 25 Jahren so aktuellen Themen
getan haben. Kapitel XVIII soll mit dazu beitragen, daß die Wärmekraftmasehineningenieure
diesem neuesten, so große Möglichkeiten verheißenden Zweige der Technik ihre volle Aufmerksam
keit zuwenden.
Die Rechentafeln wurden auf den letzten Stand der Entwicklung gebracht. Einige Tafeln (4 bund
1ßb bis 19b) sind neu hinzugekommen. Ferner wurden die Tafeln über den Wärmeübergang dmch
Berührung und über den Zugverlust auf Gasgeschwindigkeiten bis zu mehreren 100 mls und Gas
drücke bis zu 50 at ausgedehnt. Stark erweitert wurden die Kapitel über den Wasserumlauf und
die Kosten von Wärmekraftmaschinen, weil der praktische Wert einer Wärmekraftmaschine sich
sonst nicht beurteilen läßt, da seIbst eine elegante und wärmewirtschaftliehe Konstruktion infolge
ihres hohen Preises unverkäuflieh, d. h. wertlos sein kann.
Ich hatte in meinem Leben sehr viel mit Erfindern, seriösen Menschen und Wirrköpfen zu tun,
weil es eine meiner Aufgaben war, über zahlreiche Erfindungen ein Urteil abzugeben. Die von mir
als wertlos abgelehnten, die ihren schließlichen Erwerbern ausnahmslos keine Freude gemacht
haben, stammten aber manchmal nieht von Phantasten llild Ignoranten, sondern von Menschen
mit an sich guten wärmetechnischen Kenntnissen und taugten vorwiegend deshalb niehts, weil ihre
Väter der Ansicht waren, Thermodynamik und Wärmekraftmaschinenbau seien gewissermaßen
identisch. Das Buch versucht daher, auch von diesen Dingen etwas widerzuspiegeln und zu zeigen,
von wie viel Voraussetzungen der Erfolg im Kraftmaschinenbau abhängt.
Das Buch beschreibt außer dem heutigen Stand einer Maschine auch die vorangegangene Ent
wicklung, damit der Leser sehen kann, wodmch sie ausgelöst wmde und wie anders die Endlösung
häufig aussieht als der erste Entwurf. Auf die große Bedeutung eines gediegenen konstruktiven
Könnens, die viele akademiseh gebildete, selbst leitende Stellungen bekleidende Ingenieure völlig
verkennen, wird immer wieder hingewiesen.
IV
Die "Allg,emeinen Betrachtungen über Bau und Vertrieb von Dampf-Kraftmaschinen" der
zweiten Auflage wurden weggelassen, weil sie inzwischen in mein Buch "Ingenieure, Baumeister
einer besseren Welt" aufgenommen worden sind.
Die vorliegende Auflage wurde gerade 40 Jahre nach meinem Eintritt in die Praxis vollendet,
enthält also die Erfahrungen und Erkenntnisse eines ganzen dem Wärme- und Kraftwerkwesen
gewidmeten Lebens.
Wenn ich heute rücbchauend glaube sagen zu dürfen, daß mir in dieser langen Zeit kE'in schwerer
FehlE'r unterlaufen ist, so schreibe ich dies besonders zwei Umständen zu. Erstens waren meine
bei den einstigen Chefs, Emil Josse und Georg Klingenberg, zwei hervorragende, überaus viE'l
seitige Ingenieure, denen ich .1. a. die Erkenntnis verdanke, wie nachteilig einseitiges Spezialistentum
für Ingenieure ist, die über ihr engeres Arbeitsge biet hinausreichende Entscheidungen treffen müssen.
Zweitens versuchte ich schon frühzeitig, verwickelte Fragen mir schriftlirh klarzumachen, weil
In. E. der Mensch eine Sarhe so lange nicht wirklich begriffen hat, als er ihren Kern nicht schriftlich
klar zu umreißen imstande ist. Das vorliegende Buch ist im Laufe der Jahre aus viE'len solchen
Niederschriften entstanden, und mehrere der in ihm gebrachten Rechenbeispiele dienten seinerzeit
zum Fassen wichtiger Entschlüsse. Dieses Vorgehen hat mir viel genützt, weil es mirh in den
Stand setzte, auf den verschiedensten Gebieten ein sehr umfangreic hes Erfahrungsmaterial zusammen
zutragen und in eine solche Form zu bringen, daß ich mich mit seiner Hilfe auch in ungewöhnlichen
nenen Fällen schnell zu orientieren vermochte.
Das Buch gibt ein gedrängtes Bild von den vielfältigen Tendenzen und Strömungen im deutschen
und ausländischen Kessel- und Kraftwerksbau der let2'ten 40 Jahre, von Fortschritten und Rück
sr,hlägen, von fremden und eigenen Arbeiten, von Gewolltem und Erreichtem, von dem, was sich
schließlich bewährt hat und was nicht.
Deutsche Wissenschaftler und Ingenieure haben seit über 100 Jahren zur Entwicklung der
Wärmekraftmaschinen Grundlegendes beigetragen und andere Völker stets bereitwillig an ihren
Arbeiten' teilnehmen lassen. Auch während der letzten 35 unglückseligen Jahre unserer Geschichte
haben sie es verstanden, das Ansehen der deutschen Technik im Ausland aufrechtzuerhalten, und
sollten alles tun, damit dieser Zustand bestehen bleibt. Denn gerade in einer Periode, in der leeres
Geschwätz, Ziellosigkeit und Scheelsucht eine so große Rolle spielen, sollten sich die Ingenieure
aller Völker ihrer hohen Mission, das Leben der Menschen zu erleichtern, immer bewußt sein und
einsehen, daß sie sie nur erfüllen können, wenn jeder Ingenieur für das, was er von anderen lernt,
etwas Gleichwertiges ~urückzugebE'n bestrebt ist, und wenn die ungehinderte Ausübung der Technik
allen Menschen und Völkern freisteht.
In diesem Sinne will das Buch jedermann ein Helfer sein, gleichgültig, in welchem Lande er wohnt
und welchem Volke er angehört. Es will aber auch die heranwachsende deutsche Ingenieur
Generation in der Überzeugung bestärken, daß hohe sachliche Leistungen, lautere Gesinnung und
ein unbeugsamer Wille auf die Dauer stärker sind als alle diskriminierenden, mit dem Geiste
der Technik unverträglichen Beschränkungen und Verbote.
Von den vielen Stellen, die mich durch Überlassen von Unterlagen unterstützt haben und denen
ich auch hier herzlich danken möchte, führe ich folgende namentlich an:
Die Firma Brown Boveri Co., Baden (Schweiz), die mir wertvolle Unterlagen über Velox-Kessel
zur Verfügung stellte,
die Herren Professor Siebel und Ludwig, deren bisher noch nicht veröffentlichter Abhandlung
"Sonderstähle und Legierungen für hohe Temperatur" ich einige Angaben entnommen habe,
die Vereinigung der Großkesselbesitzer, VGB, die mir zahlreiche Klischees aus den VGB-Mit
teilungen bereitwillig überließ und deren "Mitteilungen" mir von großem Nutzen waren.
Der Springer-Verlag hat es trotz der bestehenden Schwierigkeiten verstanden, dem Buche eine
würdige Ausstattung zu geben. Herr Ingenieur Tweer hat mich beim Lesen der Korrekturen wieder
ausgezeichnet unterstützt, wofür ich ihm und Herrn Dipl.-Ing. Jatho, der gleichfalls mitwirkte,
auch an dieser Stelle bestens danken möchte.
Berlin-Dahlem, Frischlingsteig 1, 1. Oktober 1948. Friedrich Münzinger
Inhaltsverzeichnis.
Erster Teil.
Kurze Geschiohte der Wärmekraftmaschinen. Umwandlung der Brennstoffwärme in Arbeit.
Wärmetechnisches Berechnen und Verhalten von Dampfkesseln. Seite
I. Entwicklung und derzeitiger Stand des Wärmekraftmaschinenbaues ..................... 1
1. Einleitung .................................................................................. 1
2. Kurze Geschichte der Wärmekraftmaschinen .................................................... 3
a) Die Zeit bis zur Einführung von WasserrohrkeRseln, 1699-1856 ................................ 3
b) Die Zeit his zur Einführung der Dampfturbinen, 1856-1902 ................................... 6
c) Die Zpit bis zur Einfühnmg der Kohlenstaubfeuerungen, 1902-1922 ............................ 8
d) Die Zeit der Riesenkessellmd -turbinen, 1922-1930 .......................................... 10
e) Die Zeit des Höchstdruckdampfes, 1930 bis heute ............................................. 12
H. Umwandlung der Brennstoffwärme in Arbeit... ....... ............. .. . . . .. . ............... 15
A. Die Brennstoffe ............................................................... '. . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1. Entstehen der Brennstoffe ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2. Kohlenvorkommen ................ ;......................................................... 15
3. Gewinnung und Aufbereitung ................................................................. 16
a) Steinkohle ............................................................................... 16
b) Braunkohle und Braunkohlenbriketts ....................................................... 16
c) Steinkohlenschwelkoks ................................ ;................................... 16
d) Braunkohlenschwelkoks ................................................................... 17
e) Torf .................................................................................... 17
f) Klassifizienmg der Kohlen ................................................................. 18
g) Härte von Brennstoffen .................................................................... 19
4. Zusammensetzung der Kohle Imd ihr Verhalten bei der Verbrennung............... ................ 22
5. Unterer und oberer Heizwert (Verbrennungswärme) ............ .................... . ............. 25
6. Wirtschaftlichi<;eitsbereich verschiedener Brennstoffe ............................................. 28
7. Das Sortenproolem .......................................................................... 28
B. Theorptische Gnmdlagen der Verbrennung in Kesselfeuerungen . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1. Einleitung ................................................ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2. Verbrennung auf \Vanrlerrosten ..........................................................•.... 32
3. Verbrennung in Staubfeuerungen ............................................................. 34
C. Die Arbeitsprozesse der Wärmekraftmaschinen .................................................... 38
1. Einleitung ............................................................ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2. Die Wasserdampf-Kreisprozesse ............................................................... 38
a) Der Carnot-und Clausius-Rankine-Kreisprozeß ............................................... 38
b) Die Kreisprozesse bei Zwischenüberhitzung und Regenerativvorwärmung ........................ 42
c) Der Nutzen von Frischdampf hoher Spannung ............................................... 44
3. Die Zweistoff-Kreisprozesse .................................................. . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
a) Das Emmet-Verfahren .................................................................... 47
b) Das Koenemann-Verfa,hren ................................................................ 47
c) Das Mischdampfverfahren von Irinyi ................................................. '.' . . . . . 48
4. Die Gasturbinen ............................................................................ 49
5. Atomkrafterzeugung ......................................................................... 51
6. Rückblick .................................................................................. 52
III. Der Wärmeübergang in Wasserrohrkesseln ............................................... 52
A. Die Gesetze über den Wälmeübergang in rauchgasberührten Heizflächen .............. , . . . . . . . . . . . . . . . 52
1. Einleitung ................................ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2. Strömung Imd Wärmeübergang ............................................................... 53
a) Reynoldssche Zahl ........... '" . . . . . . . . . . . . . . . . ... .. . .. . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
b) Äußerer Wärmeiibergang .................................................................. 56
c) Innerer \Värmeübergang ................ . . . . . . . . .. . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3. Durch Berühnmg übertragene Wärmemenge .......................... ,... . . ..... . .. . . . . . . ..... . 61
4. Wärmeiihergang durch Strahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
a) Strahlung fester Körper ................................................................... 64
b) Strahlung von Gasen und Flammen ................................................... , . . . . . 66
c) Wärmeaustausch strahlender Flächen ................ , .............................. ,....... 70
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
B. Wärmeübergang und Zugverlust von Heizflächen .................................................. 73
1. Berechnung des Zugverlustes ................................................................. 73
a) Heizflächen aus glatten Rohren... . . .... . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
b) Heizflächen aus Rohren bei sehr hoher Gasgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
c) Heizflächen aus Rippenrohren (Rippenrohrekonomiser) ........................................ 79
d) Heizflächen aus Platten (Taschenluftvorwärmer) . .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
e) Röhrenluftvorwärmer ..................................................................... 81
2. I,eitsung und Zugverlust rauschgasberührter Heizflächen ......................................... 83
a) Die Ausgangswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
b) Untmsllchung ausgeführter Anlagen. .... . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
c) Wärmedurchgangszahl und Zugverlust von Heizflächen aus Rippenrohren ....................... 89
C. Die Berechnung rauchgasberührter Heizflächen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
1. Erklärung der Rechentafeln la bis 17b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2. Berechnung der Temperatur in Schmelzkammerfeuerllngen . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 124
3. Berechnung der Feuerraumtempera,tur nach Gumz .............................................. 128
4. Schlußbemerkungen zu den Berechnungsverfahren in Abschnitt 1 bis ~ ............................. 130
5. Rechnungshilfen ............................................................................ 135
D. Zuverlässigkeit der Tafeln 5a bis 16b ............................................................. 137
1. Von den Tafeln nicht erfaßte Einflüsse ......................................................... 137
2. Übereinstimmung zwischen Messung und Rechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1B8
a) "Mittlere Feuerraumtemperatur" ........................................................... 138
b) Temperaturverlauf in Berührungsheizflächen ................................................. 141
c) Temperatur des überhitzten Dampfes ....................................................... 141
3. Vollständige Rechenbeispiele .. .......... ... . .. .. . ..... .. . . ... . . ...... . .. . . .. . ..... ..... . . . . ... 141
E. Vorausberechnung des Kesselwirkungsgrades ...................................................... 153
1. Zulässige Abgastemperatur ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 153
2. Verluste durch {jnverbranntes in den Rückständen .............................................. 154
3. Verlust durch Wärmeableitungund -abstrahlllng ................................................ 159
4. Aufstellung der Wärmebilanz ................................................................. 159
5. Angabe der Kesselbelastung (Boiler rating) ..................................................... 160
F. Berechnung des Temperaturverlaufes von Rauchgasen in Heizflächen mit Tafel17b (Jt-Tafel) ........... 161
1. Einleitung.................................................................................. 161
2. Rechnungsgrundlagen ............ '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 161
3. Aufbau von Tafel17b .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 162
4. Rechenbeispiele ............................................................................. 164
IV. Das Verhalten von Feuerräumen .......................................................... 180
1. Temperaturverlauf in Feuerräumen ............................................................ 180
2. \Värmehilanz von Feuerräumen ............................................................... 186
3. Die Haupteinflü,qse auf das Verhalten von Feuerräumen .......................................... 190
a) Kohlenzusammensetzung .................................................................. 190
b) Temperatur der Verbrennungsluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 191
c) Verschiedene spezifische Feuerraumbelastung bei gleicher Gesamtbelastung ....................... 192
d) Feuerungsart ......... '.' . . . . . . . . ..... . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 193
e) Kühlung des Feuerraumes ................................................................. 194
f) Gestalt des Feuerraumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 198
4. Verhnlten bestrahlter Il eizflächen ............................................................. 200
a) Nackte Rohre ............................................................................ 200
b) Armierte Rohre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 203
5. Die Einmauerung ............... ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 205
V. Das Verhalten von Dampferzeugern ........................................................ 211
A. Wärmeübergangszahl und Berührungsheizfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 211
1. Einleitung .................................................................................. 211
2. Einflüsse auf die Wärmeübergangszahl von Kesselheizflächen ..................................... 212
a) Durchm~sser der Siederohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 212
b) Zusammensetzung der Rauchgase und der Kohle ............................................. 212
3. Einflüsse auf die Berührungsheizfläche von Kesseln .............................................. 214
a) Rauchgasgeschwindigkeit und -zusammensetzung ............................................. 214
b) Kesseldruck . .. . . . . . . . .. .. . . . . . .. . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . .. . .. . .. . . .. .. 215
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
B. Das Verhalten des eigentlichen Kessels ........................................................... 216
1. Einflüsse auf die Gesamtheizfläche von Kesseln ................................................. 216
a) Zusammensetzung der Kohle ............................................................... 216
b) Größe der Vorheizfläche ................................................................... 217
c) Mit der Belastung veränderlicher CO -Gehalt der Rauchgase ................................... 218
2
d) Größe der Nachheizfläche ........................................................... . . . .. .. 219
e) Nachverbrennungen ...... ... .. ........... . .. . . ........... .. .. . . . ... . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . .. 220
f) Luft· und Speisewasservorwärmung (KeRsel I) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 221
g) Abgastemperatur bzw. Kesselwirkungsgrad (Kessel II) ......................................... 223
h) Spezifische Rostbelastung bei veränderlicher Abgastemperatur (Kessel III) ..................... " 223
i) Spezifische Rost.belastung bei konstanter Abgastemperatur (Kessel IV) .......... . . . . . . . . . . . . . .. 224
k) Dampfdruck (Kessel V) ................................................................... 224
2. Verhalten von Überhitzern .•................................................................. 225
a) Berührungsüberhitzer u~d Strahhmgsüberhitzer .............................................. 225
b) Abhilfe bei unrichtiger Uberhitzung ......................................................... 227
c) EinHuB der Speisewassertemperatur auf die Überhitzung ...................................... 229
3. Höchstleistung ganzer Dampfkesselheizflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 229
Zweiter Teil.
Baustoffe. Wasserumlauf in Dampfkesseln. Konstruktion,
Kosten und betriebliches Verhalten von Dampfkesseln und Feuerungen.
Kesselanlage und übriges Kraftwerk. Allgemeine energiewirtschaftliehe Fragen. Atomkraftwerke.
VI. Kesselbaustoffe ............................................................................ 232
A. Eigenschaften von Stählen ...................................................................... 232
1. Einleitung ............... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 232
2. Die Festigkeitsbegriffe ........................................................................ 232
3. Einfluß der Temperatur auf die Festigkeit ...................................................... 234
4. Legierte Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 236
5. Die Legierungsstoffe ......................................................................... 238
a) Einfluß und Eigenschaften.. . ... .. .... .. ........ . . . ... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 238
b) Preise von legierten Stählen .................................. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 240
6. Einfluß von Herstellung und Betrieb auf die Festigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 240
a) Das Alten1 ............................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 240
b) Gefügebeeinflussung ...................................................................... 241
c) Blaubriichigkeit .......................................................................... 241
d) Anlaßsprödigkeit ......................................................................... 241
e) Korrodieren und Verzundern ............................................................... 241
f) Laugensprödigkeit ........................................................................ 242
7. 'Vahl eines Stahl!'s .......................................................................... 243
a) Kessel, Überhitzer, Ekonomis& und Luftvorwärmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 243
b) Rohrleitungen und Armaturen. . .. ...... ............. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. .. . . . . . . . . . .. 246
8. Stahlgruppen und Gütestufen ..........................................................' . . . . . .. 247
9. Ergänzende Maßnahmen ..................................................................... 249
B. Verarbeitung von Stählen ............................................. , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 249
1. Herstellung von Kesseltrommeln .............................................................. 'Z49
2. Schweißen von Rohren ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 249
3. Einwalzen von Rohren ....................................................................... 251
4. Die Sicherheit von Trommel-Imd Rohrwandlmgen .............................................. 251
C. Feuerfeste Baustoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 253
1. Herstellung und Eigenschaften feuerfester Steine ................................................ 253
2. Wänn!'leitvermögen Imd Luftdurchlässigkeit .......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 255
3. Die Brennstoffaschen ........................................................................ 257
a) Allgemeines .............................................................................. 257
b) Zusammensetzung von Brennstoffaschen ........ ...... ............ ...... . .... ...... . . . . . . . . .. 257
4. Verschmutzen der Einmauerung und Heizfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 261
a) Verschmutzung von Heizflächen............ . ..... ... ... . ........... ................. . ...... 261
b) Die Rolle der Sulfide ...................................................................... 263
c) Einfluß der Feuerungs:nt auf die Veraschung ..................... ....... .............. . . . .... 2G5
d) Schlacke in teigigem und flüssigem Zustand .................................................. 265
5. Zerstörung der Einmauerung durch Asche ...................................................... 266
6. Aufbereitung von Kohle nach Les5ing .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 268
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
VII. Der Wasserumlauf ........................................................................ 269
1. Ursache und Zweck des natürlichen Wasserumlaufes ............................................. 269
2. Theorien über den natürlichen Wasserumlauf ................................................... 269
3. Tatsächlicher natürlicher Was~erumlallf in Steilrohrkesseln ....................................... 276
4. Tatsäcblicher natürlicher Wasserumlauf in Schrägrohrkessehl ..................................... 280
5. Natiirlirher Wasserumlauf in KühlroRten ....................................................... 281
6. Fall-, Steig-und Kurzschlußrohre von Kühltlächen mit natürlichem Wasserumiauf .................. 281
a) Allgemeines .............................................................................. 281
b) Natürlicher Wasserumlauf in Kurzschlußrohren .. . ................................ .... ........ 282
7. Störungen des natürlichen Wasserumlallfes ..................................................... 283
a) AllgemeineR ......... ,'. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 283
b) Berechnung des WaRserumlallfes in Kühlsystemen ............................................ 284
c) "Umkippen" des Was&erumlaufes .......................................................... 289
d) Stark ungleichmäßig beheizte Steigrohre ........................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 290
e) Hauptursachen von Rohrdurchbrenneru. . . ... .... ... ... . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 290
8. Natürlicher Wasserumlallf in Kesseln mit mehreren Obertrommeln . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 294
9. Mitreißen von Wasser mit dem Dampf bei Naturumlaufkesseln .... .............. ........... . ...... 297
a) Ursachen und Abhilfe ..................................................................... 297
b) Die Rolle von Laugen und von Salzen ........................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 300
10. Eigentümlichkeiten des Zwangdurchlaufs ....................................................... 301
11. Anschluß der Zu-und Abströmrohre an engräumige Sammler ..................................... 305
VIII. Das Verhalten von Feuerungen..................... .. .. .. .............. ....... ... . . ..... 307
A. Einführung ................................................................................... . 307
B. Roste für· Steinkohle .......................................................................... . 307
1. Allgemeines ................................................................................ . 307
2. Wanderroste .............................................................................. . 308
3. Unterschubroste ......................................... ; .................................. . 311
4. Rückschubroste ............................................................................ . 313
5. Steinmüller-L-Rost ......................................................................... . 314
C. Roste für Braunkohle .......................................................................... . 315
1. Allgemeines .................................................................... , ........... . 315
2. Mechanische Braunkohlenroste ............................................................... . 316
D. Torffeuerungen ............................................................................... . 319
1. Einführung ................................................................................ . 319
2. Rostfeuerungen ............................................................................ . 320
3. Staubfellerllngen ........................................................................... . 320
E. Kohlenstaubfeuenmgen ........................................................................ . 321
1. Kohlenstaubmühlen ........................................................................ . 321
a) Grundsätzliches ......................................................................... . 321
324
~~ ~~~hs~~~ü~~~n
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 324
d) Schlägermühlen ......................................................................... . 325
e) Prallmühlcn ..•........................................................................... 326
2. Kraftbedarf von Mühlen .................................................................... . 326
3. Zentralmahlanlagen ......................................................................... . 327
4. Halbzentrale l\1ahlanlagen ................................................................... . 330
5. Kohll'llstaubfeuenmgen ..................................................................... . 331
a) Brenner ................................................................................ . 331
b) Feuerräume ..................................... ; ....................................... . 332
c) Schmelzkammerfeuerungcn ............................................................... . 334
d) Zyklonfeuerungen ........................................................................ . 337
F. Elastizität von Feuenmgen .................................................................... . 338
G. Mechanische Roste oder Staubfeuenmgen ........................................................ . 341
H. EinmaueruIigen ............................................................................... . 343
I. BetJiebskosten yon FeuenmgeJ.1 ............................................. . .............. . 345
1. Allgemeines ................................................' ................................ . 345
2. Mechani~che Roste .......................................................................... . 345
a) Steinkohle .............................................................................. . 345
b) Braunkohle ............................................................................. . 345
3. Kohlenstaubmühlen ........................................................................ . 345
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
K. Verbrennung oder Vergasung .................................................................... 346
1. Grundsätzliches ..................................................................... ,....... 346
2. Durchführung der Vergasung ................................................................. 347
IX: Der Aufbau von Wasserrohrkesseln ....................................................... 349
A. Kessel mit natürlichem Wassenlmlallf ............................................................ 349
1. Einleitung ................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 349
2. Klassifika.tion von Kesseln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 350
3. Der Kesselkörper ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 353
4. ND-und MD-Kessel ......................................................................... 355
a) Allgemeines .............................................................................. 355
b) Steilrohrkessel .......................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 358
c) Schrägrohrkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 359
d) Anschluß der Kühlfiächen ................................................................. 363
5. HD-Kessel ................................................................................. 364
6. HstD-Kessel .................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 371
7. Rückblick .................................................................................. 373
B. Zwanglaufkessel ............................................................................... 373
1. Einleitung ......... , .... ,............ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 373
2. Konstruktionsdaten von Zwanglaufkesseln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 375
3. Zwangmnlaufkessel .......................................................................•.. 377
a) La Mont-Kessel ......... . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 377
b) J,öffler-Kessel ............................................................................ 378
4. Zwangdurchlaufkessel ...................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 379
a) Allgemeines ................. , ........................................................... , 379
b) SS\V-Kessel .'... . ... . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. 380
c) Sulzer-Kessel .. . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 384
d) Ramsin-Kessel ........................................................................... 385
C. ,Sonderkessel .................................................................................. 387
1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 387
2. Kessel mit norma.Ien Feuerungen .............................................................. 387
3. Kessel mit aufgeladenen Feuerungen .......................................................... 389
a) Allgemeines ............................................................................. 389
b) Das Arbeitsverfahren von Velox-Kesseln ............................... ,. .... .. . ....... . ..... 389
c) Verhalten von Velox-Kesseln ................................... '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 391
d) Anwendungsgebiete von Velox-Kesseln ...................................................... 392
4. Schnell kessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 393
D. Speicherfähigkeit von Dampfkesseln ............ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 394
1. Spezifischer Wasserinhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 394
2. Regelspeicher ............................................................................... 397
E. Frischdampfüberhitzer und Zwischenüberhitzer .................................................... 399
1. Berechnung des Druckverlustes des Dampfes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 399
2. Berechnung der Rohrwandtemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 401
3. Dampf-und rauchgasseitige Schaltung ......................................................... 402
4. Strahlungsüberhit.zer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 406
5. Hängende oder liegende Überhitzer ............................................................ 406
6. Anfahren von Überhitzern ................................................................... 407
7. Zwischeniiherhitzer .......................................................................... 407
a) Ausführung .............................................................................. 407
b) Anlagekosten und Wärmeersparnis ......................................................... 408
F. Ekonomiser ................................................................................... 409
1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 409
l'. Gußei~enekonomiser ......................................................................... 410
3. Stahlekonomiser ............................................................................ 411
G. Luftvorwärmer ................................................................................ 412
1. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 412
2. Feststehende Luftvorwänner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 413
3. Rotierende (Ljungström-) Luftvorwärmer ...................................................... 414
4. Gesamtbeurteilung .......................................................................... 414