Untersuchungen des Zusammenhangs zwischen Leistung und Kohlenverbrauch von Kammer-Öfen zum Brennen von feuerfesten Materialien

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by  (auth.)

FORSCHUN GSBERICHTE
DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEHRSMINISTERIUMS
NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben von Staatssekretär Prof. leo Brandt
Nr.91
Forschungs-Institut der Feuerfest-Industrie, Bonn
Untersuchungen des Zusammenhangs zwischen Leistung und
Kohlenverbrauch von Kammer-Ofen
zum Brennen von feuerfesten Materialien
Als Manuskript gedruckt
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
1954
ISBN 978-3-663-03294-6 ISBN 978-3-663-04483-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04483-3
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein Westfalen
G 1 i e der u n g
A. Aufgabenstellung · · · · · · · · · s. 5
.
B. Sammlung der Betriebszahlen · · · · · s. 5
c. Definition der Betriebszahlen und Kennzahlen · · · · s. 6
I. Unabhängige Veränderliche · · · · · S. 6
Ir. Betriebskennzahlen · · · · · · s. 7
D. Betriebs-Kennzahlen · · · · · s. 9
.
1 • Ausbringen · · · · · · · s. 9
2. Einsatz-Verhältnis · · · · S. 10
3. Brenndauer · · · · · · · · · s. 14
4· Mittlere Temperatur-Steigerung S. 15
5· Spezifische Brennleistung · · · · · · s. 19
6. Einsatz-Brennstoff-Verbrauch S. 22
I. Einfluß von Ofengröße, Mauerwerk
und Aufstellungsart S. 24
Ir. Einfluß des Einsatzes · · · · s. 24
IIr. Einfluß der mittleren Temperatur-Steigerung S. 25
IV. Einfluß der spezifischen Brennleistung · S. 26
. . .
E. Zusammenfassung · · · · · · · · · · · S. 28
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Forschungsberichte des Wirtscha~ts- und Verkehrsministeriums Nordrhein West~alen
A. Auf gab e n s tel 1 u n g
Eine Umfrage bei 46 Werken der Feuerfest-Industrie hatte gezeigt, daß die
Kammeröfen zum Brennen von feuerfesten Materialien
%
a) etwa 30 - 35 des Gesamt-Kohlenverbrauchs dieser Werke beanspruchen,
b) einen stark schwankenden, hohen spezifischen Kohlenverbrauch haben,
ohne daß dieser eindeutig beurteilt werden kann. Auch ist ein wärme
wirtschaftlicher Vergleich 2 verschiedener Kammerbrennöfen oder sogar
zweier Brände eines Ofens mit verschiedenem Einsatz nur schwer oder
gar nicht möglich.
Die vorliegende Arbeit verfolgt den Zweck, durch Aufstellung von Anhalts
zahlen über den Zusammenhang von Leistung und Kohlenverbrauch einmal die
Möglichkeiten für eine eindeutige Beurteilung der Kammer-Brennöfen zu
schaffen als Grundlage zur wärmewirtschaftlichen Rationalisierung des
Kammerofen-Brennbetriebs, zum anderen das Brennen von ff.Materialien im
Kammerofen ebenfalls auf eine wärmetechnisch-wissenschaftliche Grundlage
zu stellen, nachdem die keramisch-wissenschaftliche Grundlage desselben
geklärt ist. Die wärmetechnisch-wissenschaftliche Bearbeitung muß sich
dabei zunächst mit einer rohen, größenordnungsmäßigen Klärung der Zusam
menhänge begnügen, auf der sodann spätere exakt-wissenschaftliche Bear
beitungen einzelner Teilprobleme aufbauen können. Der außerordentliche
Umfang der AufgabensteIlung schließt ein anderes Vorgehen aus.
B. Sam m 1 u n g der B e tri e b s z a h 1 e n
Als Grundlage für die Bearbeitung der Anhaltszahlen wurden die Betriebs
zahlen von 35 Bränden in insgesamt 29 Langkammeröfen aufgenommen und ge
sammelt. Die Betriebszahlen mußten unter Betriebsbedingungen aufgenommen
werden, da für zeitraubende Untersuchungen nicht die genügenden Mittel
vorhanden waren. So mußte in vielen Fällen auf eine exakte Wägung der
Stoffmengen verzichtet werden. Statt dessen wurden z.B. Kohlenmengen
durch rohe volumetrische Messungen abgeschätzt. Messungen der Abgas-Tem
peraturen und der Abgas-Zusammensetzungen lagen in keinem Fall vor. Die
Kohlen-Heizwerte wurden nach Zechenangabe eingesetzt. Als Maß der Brenn
temperatur wurde der angegebene Segerkegel benutzt, obwohl hierdurch zu
sätzliche Fehler und Streuungen in die Ergebnisse hineingebracht werden.
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein Westfalen
c. D e f i n i t ion der B e tri e b s z a h 1 e n
und K e n n z a h 1 e n
Für Vergleiche von unterschiedlichen Brennöfen reichen die in der Feuer
fest-Industrie üblichen Begriffe nicht aus. So muß z.B. bei einem Ver
gleich von Leistungen und Brennstoff-Verbräuchen der gesamte Einsatz be
rücksichtigt werden und nicht nur die verkaufsfähige Ware. Deswegen sei
en hier zunächst die verwendeten Begriffe kurz erläutert:
I. Unabhängige Veränderliche
Maßeinheit
1. Ofenraum (lichter) m3
Der durch Wände, Bodensohle und Gewölbe umschlossene lichte Raum ohne
den von den Feuerungen eingenommenen Raum.
2. Einsatz (je Brand) t (= 1000 kg)
ist die Summe von:
a) grünem Einsatz im Rohzustand (einschI. Wassergehalt) und
b) Schutz- oder Ansatz-Steinen.
Unter "Einsatz" wird gleichzeitig die Stoffart des Einsatzes verstan
den, während mit "Besatz" die Setzweise des Einsatzes gekennzeichnet
wird.
3. Brutto-Erzeugung (je Brand) t (= 1000 kg)
ist die Summe von:
a) gebranntem Gut einschließlich Bruch und Schwachbrand und
b) Schutz- oder Ansatzsteinen.
4. Netto-Erzeugung (je Brand) t (= 1000 kg)
Verkaufsfähige Ware, d.i. gebranntes Gut ausschließlich Bruch und
Schwachbrand.
5. Brenntemperatur
Die gegen Ende des Brandes während der Haltezeit gehaltene Temperatur
(nach Segerkegel-Angabe, streng genommen jedoch die pyrometrische Tem
peratur).
6. Brenndauer (je Brand) h
Die Feuerzeit vom Anstecken bis zum Löschen des Feuers auf den Rosten.
Sie schließt die Haltezeit (Garungszeit) mit ein.
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Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein Westfalen
1. Brand-Dauer (je Brand) h
Bei pausenlosem Ofenbetrieb die Zeit von Feuerbeginn bis Feuerbeginn
des nächsten Brandes.
8. Kohlenverbrauch (je Brand) t (= kg)
1000
Die auf den Rosten des Ofens während eines Brandes verstochte Kohlen-
menge.
9. Normkohle t (= 1000 kg)
Die auf den Normheizwert HuNK= 1.000 kcal/kg umgerechnete Kohlenmenge
K x HUK
KN = -1-.-0-0-0= (kg/kg)
Alle den Kohlenverbrauch enthaltenden Kennzahlen beziehen sich auf
Normkohle.
Brennstoff-Kennzahlen
10.
a) Kohlen-Heizwert (mittl.) HUK (nach Zechen-Angabe) kcal/kg
b) theoretischer Luftbedarf (nach Rosin-Fehling) Nm3/kg
1 o = 11,-,0010 0 x Hu ~K + 0, 5
c) theoretische feuchte Abgasmenge (nach Rosin-Fehling) 3
Nm /kg
0,89 6
a
o I 1,000 x HUK + 1, 5
Luftfaktorl.
11.
Das Verhältnis von tatsächlicher und theoretischer Verbrennungsluft-
menge.
11. Betriebs-Kennzahlen
Maßeinheit
Einsatz (I 2)
1. Besatz-Dichte kg E/m3
Ofenraum (I 1)
2. (mittl.) Brennstoff-Zufuhr
_ Kohlenverbrauch (I 8/9)
kg NK/h
- Brenndauer (I 6 )
3. (mittl.) Wärme zufuhr
= Brennstoff-Zufuhr (11 2) x 1.000 kcal/h
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsmini§teriums Nordrhein Westfalen
4· (mi ttl.) Feuerungstechnischer Wirkungsgrad 11 f
Wärme zufuhr (rr 3) - Abgasverlust (rr 7)
= Wärme zufuhr (rr 3)
ist abhängig vom Heizwert HUK (r 10/a) , theoretischer Luftbedarf
1 (r 10/b), Luftfaktor A. (r 11) und von Abgastemperatur (rr 5)
o
5. Abgas-Temperatur
in den Boden-Abzügen, ist abhängig von Brenntemperatur (r 5)
6. (mittl.) Wärme-Aufnahme kcal/h
= Wärme-Zufuhr (rr 3) x 1}f (rr 4)
7. (mittl.) Abgas-Verlust kcal/h
= Wärme-Zufuhr (rr 3) x (1 - Tl f [2:r 5J )
8. (mittl.) Temperatur-Steigerung °C/h
Brenntemperatur (r 5)
Brenndauer (r 6)
9. (mittl.) Brenn-Leistung kg E/h
Einsatz (r 2)
= Brenndauer (r 6)
10. (mittl.) spez. Brennleistung
= Brennleistung (rr 9)
Ofenraum ( r 1)
d.i. die auf den Ofenraum bezogene Brennleistung.
Brutto-Kennzahl für wärmetechnische Vergleiche.
11. Einsatz-Brennstoff-Verbrauch kg NK/t Einsatz
_ Normkohlen-Verbrauch (r 8/9)
- Einsatz (r 2 )
Brutto-Kennzahl für wärmetechnische Vergleiche.
12. Erzeugungs-Brennstoff-Verbrauch kg NK/t Erzeugung
= Normkohlen-Verbrauch (r 8/9)
Netto-Erzeugung (r 4 )
Kennzahl für betriebswirtschaftliche Vergleiche und Kalkulation.
13. Spezifischer Netto-Wärme-Verbrauch kcal/t E
_ Wärme-Aufnahme (rr 6)
- Brennleistung (rr 9)
Netto-Kennzahl für wärmetechnische Vergleiche.
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14. Brutto-Ausbringen kg/kg
Brutto-Erzeugung (I 3)
Einsatz (I 2)
Kennzahl für wärmetechnische Vergleiche
15. Netto-Ausbringen kg/kg
Netto-Erzeugung (I 4 )
grünen Einsatz (I 2a)
Kennzahl für betriebswirtschaftliche Vergleiche
16. Gesamt-Ausbringen kg/kg
= Netto-Erzeugung (11 4 )
Einsatz ( 2a+b)
D. B e tri e b s - K e n n z a h 1 e n
1. Ausbringen
In der Ff.lndustrie wird als Betriebs-Kennzahl nahezu ausschließlich der
Erzeugungs-Brennstoff-Verbrauch, ausgedrückt in kg Normkohle je t Netto
Erzeugung, benutzt. Er ist ein betriebswirtschaftliches Maß für die Kal
kulation. Wärmewirtschaftlich sagt diese Zahl nur aus, wie sich der spe
zifische Brennstoff-Verbrauch für einen bestimmten Ofen und für eine be
stimmte Art von Einsatz verhält. Ein wärmewirtschaftlicher Vergleich zwi
schen verschiedenen Einsatz-Materialien bei demselben Brenn-Ofen oder gar
zwischen verschiedenen Brennöfen ist nur sehr roh möglich, wobei die Ge
fahr von Fehlschlüssen nicht unbedeutend ist. Es soll dieses an einem
Beispiel erläutert werden:
In einem Kammerbrennofen werden sowohl Rohton als Zwischenerzeugnis
als auch Schamottestein als Verkaufs-Erzeugnis gebrannt. Das Gesamt
%, %.
Ausbringen beträgt bei Rohton 61 bei Schamotte 95,5 Der Erzeu
gungs-Brennstoff-Verbrauch stellt sich bei Rohton auf 361 kg NK/t NE
und auf 324 kg NK/t NE bei Schamotte. Anscheinend arbeitet der Ofen
bei Rohtonbränden unwirtschaftlicher als bei Schamottebränden. Berück
sichtigt man jedoch das Gesamt-Ausbringen und vergleicht den Einsatz
Brennstoff-Verbrauch, so stehen sich 220 kg NK/t Einsatz für Rohton
und 309 kg NK je t Einsatz für Schamotte gegenüber, dadurch bedingt,
daß die spezifische Brennleistung bei Rohton über 13 kg/m3h gegenüber
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nur knapp 9 kg/m3h bei Schamotte erreicht. Aus dem Beispiel ist also
zu ersehen, daß dieser Kammer-Brennofen bei Rohtonbränden wärmewirt
schaftlieh günstiger arbeitet als bei Schamottebränden, daß das Bren
nen von Rohton (kalkulatorisch) teurer (nicht unwirtschaftlicher !)
ist als das Brennen von Schamotte.
Alle Bezugswerte sind deswegen im nachfolgenden ausschließlich auf den
Einsatz bezogen und nicht auf die Netto-Erzeugung. In welchem Maße die
Netto-Erzeugung die Betriebs-Kennzahlen verzerren würde, ist aus Abbil
dung 1 zu schließen, die den Zusammenhang zwischen Netto-Erzeugung und
Einsatz zeigt. Danach liegt das Gesamt-Ausbringen
%, %
bei Rohton zwischen 61 - 74 i. Mittel bei 68
Schamotte " 63 - 95,5 %, i. Mi ttel bei 83,5 %
%, %
Silika " 74,5 - 92 i. Mi ttel bei 85,5
Im Gesamt-Ausbringen sind sowohl Schwachbrand und Bruch als auch Ansatz
und Schutzsteine sowie die Material-Feuchtigkeit enthalten.
2. Einsatz-Verhältnisse
Die mittlere Besatzdichte ist unabhängig von der Ofengröße und von der
Einsatz-Menge (Abbildung 3, oberer Teil). Sie schwankt für alle Materi
alien zwischen 600 - 1100 kg Einsatz je m3 lichtem Ofenraum. Genauen
Einblick gibt die Häufigkeitsverteilung der Besatzdichte (Abbildung 2 !),
die sich für alle Materialien in verschiedene Gruppen auflöst, und zwar
für
kg/m3 kg/m3 kg/m3
Rohton 550 - 700 800 - 950 1.000 - 1.100
Schamotte 600 - 700 750 - 950 1.050 - 1 • 100
Silika 650 - 700 750 - 850 1 .050 - 1.150
Ob diese Gruppen-Einteilung auf material-bedingte Ursachen zurückzuführen,
oder ob sie ein reines Zufallsergebnis ist, ist bei der geringen Anzahl
Punkte nicht eindeutig zu entscheiden. Für die Besatzdichte des Rohtons
sind physikalische Gestalt (Schollen, Klumpen usw.) und Brennverhalten
(Zerfall) maßgebend. Rohton verliert beim Brennen rd. ein Drittel an
Substanz ohne wesentliche Änderung seiner Wichte. Durch die Schwindung
verringert sich die Gasdurchlässigkeit des Einsatzes, die durch mecha
nischen Zerfall des Einsatzes noch weiter vermindert werden kann.
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