Handbuch der Feuerungstechnik und des Dampfkesselbetriebes: unter besonderer Berücksichtigung der Wärmewirtschaft

463 Pages·1928·34.46 MB·German

by  Dr.-Ing. Georg Herberg (auth.)

Handbuch der Feuerungstechnik
und des Dampfkesselbetriebes
unter besonderer Beriicksichtigung
der Warlnewirtschaft
von
Dr.-lng. Georg Herberg
Stuttgart
IngenieurbUro fUr Kraft- und Warmewirtschaft
Vierte, erweiterte Auflage
Mit 84 Textabbildungen, 118 Zahlentafeln
sowie 0.4 BeehrungsbeispieJ.en
Berlin
Verlag von Julius ::Springer
1928
ISBN -13: 978-3-642-89835-8 e-ISBN-13: 978-3-642-91692-2
DOl: 10.1007/978-3-642-91692-2
AHe Rechte, insbesondere das der Ubersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1922 by Julius Springer in Berlin.
Softcover reprint of the hardcover 4th edition 1922
Aus denl V orwort zur ersten, zweiten und dritten
Auflage.
Verfasser, der lange Jahre auf dem Gebiete des Kesselhausbetriebes
und der Feuerungstechnik praktisch und theoretisch tatig ist und
vielfach die Lucken der bisherigen Literatur empfunden hat, beab
sichtigt, mit diesem Handbuche eine zugleich einfache und doch mog
lichst vollstandige Darstellung dieses Fachgebietes und seiner wissen
schaftlichen Arbeitsweise zu geben. Es soIl allen denen ein Dienst
erwiesen werden, welche dieses Fachgebiet studieren und die beruflich
in die Lage kommen, Berechnungen von Dampfanlagen anstellen zu
mussen, solche anzulegen und zu bauen oder den Betrieb von Kessel
hausanlagen zu flberwachen. Der wissenschaftliche Teil ftihrt aIle die
Feucrungstechnik betreffenden Rechl,lungen aus unter Berucksiehtigung
der neuesten Ve rsuchserge bnisse, die sich in den versehiedensten Zeit
schriften zerstreut finden, und eigener Versuche.
Dabei sind aber nieht nur die einfachen Formeln sowie uberschlagige
und genaue Rechnungsweisen nebst Fehlergrenzen gegeben, wobei es
dann jedem einzelnen uberlassen bliebe, deren Anwendung zu suchen
und sieh dureh ein Gemenge von Zahlen und Formeln hindurchzufinden,
sondern es wird besondere Sorgfalt verwendet auf eine klare und uber
sichtliche Darstellung der Zusammenhange der verschiedenen GroBen
und Vorgange. Denn die gegebenen Formeln und Verhaltniszahlen usw.
gewinnen erst das rechte Leben, wenn man sie angewendet sieht. Des
halb sind auBer Zahlentafeln sehr viele zeiehnerische Darstellungen
eingefugt, die teils die Rechnung ersetzen, teils klarere Ubersichten
bieten als einfache Zahlenreihen, weil man auf einen Blick bei Ande
rung einer GroBe die Wirkung auf eine andere GroBe ubersieht, und
weil sich solche Sehaubilder leieht dem Gedachtnisse einpragen. So
weit es nutzlich und angangig erschien, wurden die gegebenen Be
ziehungen sofort an Hand von Beispielen, die aIle aus wirklichen Be
triebsverhaltnissen und eigenenMessungenentnommensind, ausgewertet.
Besonderer Wert ist auf eine genugende Beachtung der wirtschaft
lichen Verhaltnisse gelegt. Das Kesselhaus wird als wirtschaftliehe
Einheit betraehtet, aber nur als Einzelglied des ganzen Werkes. Diese
IV Aus dem Vorwort zur ersten, zweiten und dritten Auflage.
Betrachtungsweise zieht sich durch das ganze Buch hindurch als Er
ganzung der rein technischen Seite. Denn der Ingenieur darf nicht
allein Konstrukteur sein, sondern seine Arbeiten soIl ein echter kauf
mannischer Geist durchwehen, der den wirtschaftlichen Wert der Stoffe
und des Geldes richtig abschatzt gegeniiber den rein technischen Mog
lichkeiten. Gerade die Feuerungstechnik, welche den kostbaren, in
seiner Menge begrenzten Brennstoff, die Kohle, verwendet, ist ver
pflichtet, mit diesem Schatze so sparsam wie moglich umzugehen, bis
die fortschreitende Technik neue Kraftquellen erschlossen hat.
Die erste Auflage des Handbuches fand ihren Hauptabsatz gerade
zur Zeit des groBen Weltkrieges, was auch als Zeichen des im deutschen
Wesen tief begriindeten Erkenntnisdranges und Sinnes fiir Griindlich
keit und Wissenschaft anzusehen ist, der selbst in den hartesten Zeiten
noch nach Befriedigung ringt und uns hoffen laBt, daB wir auch diese
schwere Priifung des Krieges und der Nachkriegszeit, die noch erhohte
Forderungen an unsere geistige Energie steIIt, standhaft iiberstehen.
Bei der Bearbeitung der zweiten Auflage, mit der mich der Verlag
noch wahrend des Krieges beauftragt hatte, habe ich mich nach meiner
Riickkehr aus dem Felde bemiiht, der technischen Entwicklung und
den neuen Forschungen gerecht zu werden. Der Stoff erfuhr dabei
eine teilweise Umstellung und Erweiterung an vielen Stellen.
Der wirtschaftliche Gesichtspunkt, der ja das gauze Buch durch
zieht, wurde noch scharfer herausgearbeitet. Die Neuordnung der Be
ziehungen des sozialen Organismus moge dabei aIle brauchbaren Krafte
zur Mitarbeit freimachen. Aber auch fiir die technischen Berufsstande
sollte endlich die Zeit gekommen sein, viel mehr als bisher ihre wirt
schaftliche Schulung, "die Erziehung zum Wirkungsgrade", und das
im Berufe erworbene technische und soziale Denken und Wissen zum
Besten des deutschen Volkes in offentlicher Mitarbeit zu verwerten.
Diese Dreiheit, Wirtschaft, geistige Kultur und rechtlich
staatliches Leben, muB den Grund bilden, auf dem das neue Reich
aufzubauen ist.
Nach kaum 11/2 Jahren schon machte sich das Bedilrfnis nach der
dritten Auflage geltend. Diese erfuhr in einzelnen Teilen notwendige
Erganzungen und Anderungen.
Grundsatzliche Erorterungen iiber wirtschaftliche Fragen im groBen
Rahmen und iiber die Stellung der Technik im gesamten sozialen Orga
nismus bringt der neu eingefiihrte Abschnitt "Zur Einfiihrung".
Vorwort zur vierten Auflage. v
Von der Beschreibung baulicher Einzelheiten der Kessel, Feue
rungen, Apparate usw., die sich reichlich in der Fachliteratur und
den Werbeschriften der Firmen finden, wurde ebenso wie friiher mog
lichst abgesehen, im Interesse des Bestrebens, das Kesselha us als
wirtschaftliche Einheit zur Darstellung zu bringen.
Halle a. d. S., im Januar 1913.
Stuttgart, im August 1919.
Stuttgart, im Dezember 1921.
Dr.-Ing. Georg Herberg.
V orwort zur vierten Auflage.
Nachdem in den letzten Jahren die Dampftechnik durch Ein
fiihrung der Kohlenstaubfeuerungen und des Hochdruckdampfes so
groBe Fortschritte gemacht hat und das Interesse fur Warmewirtschaft
erheblich gewachsen ist, muBte diese Auflage in groBen Teilen ganz
umgearbeitet und auf den neuesten Stand der Technik und Forschung
gebracht werden, was i'tberall bemerkbar sein wird.
Vorangestellt wurde Abschnitt I uber die Warme, worin versucht
wird, das qualitative Wesen derselben, wie es sich in ihren Erschei
nungen offenbart, darzustellen auf Grund der Erkenntnisse, wie sie uns
von Dr. Rudolf Steiner in so tiefgrundiger Weise gegeben wurden.
Durch Herausgabe der neuen Dampftabellen von Knoblauch, Raisch
und Hausen, die mit freundlicher Erlaubnis der Verfasser und des Ver
lages am Schlusse als Zahlentafel 117/18 aufgenommen wurden, machte
es sich notwendig, samtliche Rechnungen nach dies en Tafeln umzu
andern. Viele neue Kurven zur erleichterten Rechnung und Dbersicht
wurden eingefugt. Nomogramme wurden nicht dargestellt; sie ge
statten wohl rasche Rechnung fur den Kundigen, aber lassen den
inneren Zusammenhang der einzelnen GraBen nicht mehr anschaulich
erkennen, so daB "nur noch ein automatisches und abstraktes Rech
nen bleibt. Die Berechnungen uber Luftbedarf, Verbrennungsmengen,
LuftuberschuB, Warmeverluste usf. in Abschnitt 7 bis 12 wurden unter
Berucksichtigung der neuen "Richtlinien", welchen der obere Heizwert
zugrunde liegt, durchgefuhrt und erweitert. Neu aufgenommen wurde
vor aHem Abschnitt 14 tiber gasformige Brennstoffe, Abschnitt 17 uber
Hochdruckdampf und Hochdruckmaschinen, Abschnitt 18 uber kOll1-
binierte Kraft-und Warmewirtschaft, Abschnitt 21 uber Luftvorwarmer,
Abschnitt 24 uber Dampf- und Heizwasserspeicher, Abschnitt 25 uber
Elektro -Dampfkessel.
Zum Schlusse sei Herrn Dipl.-Ing. R. Kaden, welcher mich bei
Umarbeitung und Umrechnung in wertvoller Weise unterstutzt hat,
VI Vorwort zur vierten Auflage.
und den Firmen, welchedie Abbildungen der neuesten Konstruktionen
und Kurven bereitwilligst zur Verfiigung gestellt haben, der gebiihrliche
Dank gesagt.
Es stammen die Abb. Nr. 3, 19, 45-48, 55-58 von J. A. Topf & Sohne,
Erfurt; Nr. 35-38 von L. & C. Steinmiiller, Gummersbach; Nr. 1, 2,
14-16 von Deutsche Babcock u. Wilcox' Dampfkesselwerke A.-G., Ober
hausen; Nr. 39 von Moritz Jahr, Gera; Nr. 17, 18 von Frankel & Vie
bahn, Leipzig; Nr. 22 von der Hanomag, Hannover-Linden; Nr. 51 von
Dipl.-lng. H. Foge, Hannover; Nr. 83 von Dr. Martin Bohme, Berlin-W.
Auch diesmal danke ich der Verlagsbuchhandlung und allen denen,
die durch eingehende Besprechungen, AuBerung von Wiinschen und
Ratschliigen an der Neufassung der vierten Auflage mitgeholfen haben.
Stuttgart, im November 1927.
Dr.-lng. Georg Herberg.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Zur Einfuhrung .... 1
I. TIber die Wirme.
1. tiber das vVesen der War me .. 10
a) Allgemeines ......... . 10
b) tiber die Wiirme und ihre Wirkung 13
c) Warmeleitung 16
d) Strahlende Warme . . . . . . 16
e) Wasser und Dampf ..... . 17
f) Die Warme und die Naturreiche 18
II. Die Kesselhausanlagen.
2. Die Einrichtung von Kesselhausern 19
a) Grundsiitze fur die Einrichtung 19
b) Wichtige Einzelheiten flir Kesselhauser 23
c) Kohlenforderung und -lagerung .... 26
d) Aschen- und Schlackenentfernung. . . 31
e) Behordliche Vorschriften und Arbeiterschutz . 33
f) Kunstlerische Gestaltung in der Technik 36
III. Allgemeine Warmeteclmik.
3. Allgemeiner gas- und warmetechnischer Teil 38
a) Zustandsgleichungen fur vollkommene Gase . 38
b) Die Verbrennungsgleichungen ....... 41
c) Anwendung auf die verschiedenen -Brennstoffe 43
d) Die spezifische Warme der Verbrmnungsgase 44
e) Das spezifische Gewicht der Verbllmnungsgase 54
f) Gewicht, Dichtigkeit und Wassergehalt der Luft, Feuchtigkeits-
messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . " 58
g) Festc und flussige Korper, Tabellen. . . . . . . . . . .. 65
1. Wasser S. 65. 2. Spezifische Warme fester und tropfbar flus
siger Korper S. 66. 3. Spezifische Gewichte fester und fiussiger
Korper S. 66. 4. Verdampfungswarme S.68. 5. Schmelzwarme S. 68.
6. Siedepunkte S. 69. 7. Langenausdehnung fester Korper durch
die Warme S. 69. 8. Schmelz- oder Gefrierpunkte und Erstarrungs
punkte verschiedener Stoffe S. 69. 9. Zundpunkte S. 70.
4. Warmeubertragung durch Beruhrung (IX), Leitung (A) und
Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
a) Warmeubergangszahl IX . • • . • • . • . • • 71
Warmeubergang an Rohre und Rohrschlangen . 74
b) Warmeleitung A ••••..••.••.•• 77
VIII InhaltsverzeichlllS.
Seite
c) vVarmedurchgangsz~hl k . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78
d) Warmeabgabe durch Strahlung und gleichzeitig durch Beruhrung 84
e) Warmedurchgang durch nackte und umhullte Rohre 88
f) Der mittlere Temperaturunterschied {}m. • • • . . • . • . . .. 90
IV. Die Verbremrung auf der Feuerung.
5. Die Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
a) Vorkommen und Eigenschaften sowie KohlenfOrderung del' Erde . 92
b) Warmepreis und Dampfpreis 102
c) Verbrennungserscheinungen del' Kohle 105
d) Oberer und unterer Heizwert . . . 109
e) Zusammensetzung der Brennstoffe . III
1. Feste Brennstoffe S. Ill. 2. Fliissige Brennstoffc S. 120.
3. GasfOrmige 'Brennstoffe S. 120.
6. Die Feuerungen . . . 121
a) Steinkohlenfeuerungen 121
I. Handfeuerungen:
1. Planroste mit natlirliohem Zug S. 121. 2. Planroste mit Unter
wind-Dampfgeblase oder kunstlichem Zuge S. 121. 3. Feststehende
Schragroste, sog. Tenbrinkfeuerungen S. 122.
II. Selbsttatige Feuerungen ................. 122
1. Wurffeuerungen mit Schaufeln oder Wurfradern S. 123. 2. Vor
schubfeuerungen S. 123. 3. Unterschubfeuerungen S. 124. 4. Mecha-
nisch bewegte Schragroste S. 125. 5. Kohlenstaubfeuerungen S. 125.
b) Braunkohlenfeuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
1. Schragrostfeuerungen mit festliegenden, wagerechten Stufen
oder mit Roststaben S. 130. 2. Schragroste mit mechanisch be
wegten Stufen oder Staben S. 133.
7. Verbrennungsluftmenge. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 133
a) Die Verbrennungsluftmenge ohne LuftliberschuB Lo' berechnet aus
der Zusammensetzung des Brennstoffes bei vollkommener Verbrennung 133
b) Die Verbennungsluftmenge mit LuftliberschuB L, berechnet aus der
Gasuntersuchung, auch bei unvollkommener Verbrennung . .. 136
8. Die Verbrenn u ngsgasmenge in Kilogramm und Ku bikmetern 138
a) Vollkommene Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
b) Unvollkommmene Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . .. 141
0) Naherungsweise Berechnung der trockenen Gasmenge und des Gas-
gewichtes aus dem Heizwerte der Kohlen 143
9. Der LuftuberschuB. . . . . . 146
a) Vollkommene Verbrennung . . . . . . . 146
b) Unvollkommmene Verbrennung . . . . . 150
10. Der Hochstgehalt der Verbl'ennungsgase an Kohlensaure
(+ schwefl. Saure) = (ks)m und die Bestimmung von CO. . . 152
a) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 152
b) (ks)m berechnet aus der Zusammensetzung des Brennstoffes. . . . 154
c) (k,)m berechnet aus der Zusammensetzung der Rauchgase in Raum-
teilen . . . . . . . . . . . . . 157
d) Die Ermittlung von CO aus (ks)m . • • • • . . . . . . • . . . 159
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
11. DieVerbrennungstemperatur und derEinfluB der Strahlung 161
a) Verlustlose Verbrennung im geschlossenen Raume . . . . . . . . 161
b) Verbrennung unter Verlusten sowie unter vVarmeausstrahlung auf
die Heizflachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 162
12. Die Warmeverluste im Kesselbetriebe . . . . . . . . . .. 168
a) Abgasverlust durch freie Warme der Rauchgase bei vollkommener
Verbrennung (ohne CO-Bildung) ............... 170
b) Abgasverluste durch fiihlbare Warme der Rauchgase bei unvollkom-
mener Verbrennung. . . . . . . . . . . . . 172
c) Der Verlnst durch unverbrannte Gase . . . . 176
d) Verlust durch Aschenriickstande und Schlackc 180
e) Verlust durch Flugkoks. . . . . . . . . . . 181
f) Warmeverlust durch RuB in den Verbrennungsgasen. 182
g) Verlust durch Strahlung und Leitung . . . . . . . . . 183
h) Der Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Kohlenersparnis - Berechnung eines Heizversuches. . . 195
i) Der Wirkungsfaktor 1Jw • • • • • • • • • • • • • • . • 199
k) Der Zusammenhang zwischen dem CO -Gehalt der Verbrennungs-
2
gase, ihrer Temperatur, dem Wirkungsgrade und dem Abgasverluste 201
13. Berechnung der Rostflache . . . . . . . . . . . 203
a) Rostbeanspruchung. . . . . . . . . . . . . . . . 203
b) GroBe der Feuerraume und Feuerraumbeanspruchung 205
c) Verdam pfungsziffer der Brennstoffe . . . . . . . . 207
14. Ergebnis der Feuerungsuntersuchung fiir gasformige Brennstoffc . 210
a) Theoretisch erforderliche Luftmenge La . . . . . . . . . . 210
b) Volumen der Verbrennungsprodukte V 211
g • • • • • • • • • •
c) Warmeverlust durch die freie Warme der abziehenden Verbren-
mingsprodukte. . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
d) Warmeverlust durch unvollk~mmene Verbrennung Q" . . . . . . 211
V. Die Kesselheizfliiche.
15. Berechnung der Kesselheizflache ... 212
a) Kesselbeanspruchung . . . . . . . . . . . 212
b) Abgastemperatur und Kesselbeanspruchung . 212
16. Beanspruchung einzelner Teile der Kesselheizflaehe Imd
Ziele des neueren Kesselbaues . . . . . . . . . . . . 214
a) Warmeverteilung auf einzelne Hcizflachenteile. . . . . . . . 214
Bei Flammrohrkesseln. - Bei stehenden vVasserrohrkesseln.
b) Der Wasserumlauf . . . . . . . . . . . . 220
c) Die Dampfnasse und Mittel zur Verringerung. . 220
d) Hochleistungskessel. . . . . . . . . . . . . . 223
e) Rauchgasvorwarmer in Verbindung mit Kesseln 229
17. Hochdruckdampf . . . . . . . . . . . . . . . . 233
a) Kesselbauarten. . . . . . . . . . . . . . . . 233
b) Die Vorteile des Hochdruckdampfes im Betrieb . 234
1. Kondemationsmaschinenbetrieh S. 235. 2. Gegendruck und
Zwischendampfbetrieb S. 236. - 3. Vorschalten von Hochdruckdampf
anlagen vor bestehende Dampf- und Kraftanlagen mit bisher iib-
lie her Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
x
Inhaltsverzeichnis.
VI. Wiirmewirtschaftliche Einrichtungen. Seite
18. Kombinierte Kraft- und Warmewirtschaft, Heizkraftwerke 238
a) Allgemeines . . . . . 238
b) Gegendruckbetrieb .... '. . . 241
c) Zwischendampfbetrieb . . . . . 243
d) Verwendung des Vakuumdampfes 244
e) ·Herabsetzen der Dampfdriicke 245
f) Ausnutzung der Schwadenabdampfe 246
g) Abgabe iiberschiissigen Stromes . . 246
h) Angliederung passender Fabrikationszweige . 246
i) Kraft-und Warmeausgleich mit benachbarten Unternehmungen . 247
k) Soziale Einstellung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
1) Harmonisieren der technischen Arbeitsprozesse • . . . . . . 248
m) Energiebedarf und Abfallenergie verschiedener Industriez.weige . 249
19. Der Dampfiiberhitzer . . . . . . . 251
a) Der iiberhitzte Dampf . . . . . . . 251
Verwendung des iiberhitzten Dampfes 251
Der Rauminhalt . . . . . . . . . . 252
Die spezifische Warme des iiberhitzten Dampfes 254
b) Berechnung der Heizflache . . . . . . . . 257
c) Die Ersparnis durch Einbau des Uberhitzers 261
Dampfersparnis . . . . . . . 261
Kohlenersparnis . . . . . . . 262
d) Kosten der Dampfiiberhitzung. 264
e) Wirkungsgrad des Uberhitzers . 266
f) Ausfiihrung und Anordnung. . 268
20. Der Rauchgasvorwarmer (Ekonomiser) 272
a) Anordnung ..... . . . . . . . . . 272
b) Berechnung der Heizflache . . . . . . . 277
c) Kohlenersparnis durch den Rauchgasvorwarmer . 283
21. Luftvor:warmer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
22. Abgasbeheizte Kessel und Abhitzeverwertung 288
23. Abdampfverwertung . 296
a) Rohrenapparate . . . . . . . . . 296
b) Beheizte Behalter . . . . . . . . 301
24. Dampfspeicher und HeiBwasserspeicher 302
25. Elektro-Dampfkessel 309
a) Allgemeines . . . . . . . . . . . 309
b) Ausfiihrungsformen. . . . . . . . 310
c) Berechnung des Elektrodampfspeichers. 311
26. Kondensatriickgewinn. . . . . . . . 318
27. Dampfentolung . . . . . . . . . . . 319
VII. Die Einmauerung der Kessel und der Schornstein.
28. Das Kesselmauerwerk und Zubehor . 321
a) GroBe der Feuerziige . . . . 321
b) Ausfiihrung der Einmauerung 322
c) Zubehiirteile und Ausstattung 326
29. Der Schornstein . . . . . . 328
a) Allgemeines . . . . . . . . 328
b) Berechnung der Zugstarke und der Schornsteinhiihe . 333
1. Zugverlust Zw durch Erzeugung der Gasgeschwindigkeit w S. 335.
2. Zugverlust durch Reibung ZR S.337. 3. Zugverlust ZA durch Ab-