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Verfahren zur Überwachung von Feuerungen. Um bei Dampfkesseln oder
ähnlichen Feuerungen das Verbrennungsmaterial in der günstigsten Weise ausnutzen
zu können, ist es nötig, die Menge der Verbrennungsluft zu überwachen. Aus diesem
Grunde mißt man den Kohlensäurgehalt der Verbrennungsgase, aus dem sich ergibt,
wann zu viel oder zu wenig Verbrennungsluft zugeführt wird. Diese dauernde Messung
des Kohlensäuregehalts hat jedoch erfahrungsgemäß für den Heizer nur dann einen
unmittelbaren Wert, wenn ihm das Meßergebnis ständig durch ein
genügend
großes Zeigerinstrument ;11n Bedienungsstand der Feuerung vor Auen geführt wird.
Das leisten aber nur solche Apparate, welche nach einem rein physikalischen Meßprinzip
arbeiten, indem sie eine physikalische Eigenschaft des Gasgemische, z. B. die Dichte
oder die Wärmeleitfähigkeit des Gases, kontinuierlich messen.
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Die Beurteilung des Luftüberschusses aus der Messung wird aber gerade
bei diesen physikalischen Apparaten in Frage gestellt, wenn die Rauchgase freien
Wasserstoff enthalten; denn die Dichte sowohl wie die Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffes
ist so erheblich verschieden von derjenigen der Luft, daß der Eimfluß der Kohlensäure
dadurch aufgewogen, hei größeren Wasserstoffgehalt sogar übertroffen wird. Der Heizer
würde daher in vielen Fällen bei niedriger Kohlensäureanzeige falsche Sehlüs-,e
ziehen, wenn er diese auf großen 1.tiftiil#-rsclnuß zurückführt, während gerade
umgekehrt infolge zu geringen Luftüberschusses Wasserstoff unverbrannt aus der Feuerung
entweicht un,l das Meßresultat im Sinne einer Verminderung der angezeigten Kohlensäuremen
ge beeinflußt. Es ist daher unbedingt notwendig, das Auftreten von Wasserstoff sicher
zu erkennen.
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Die Feststellung des Wasserstoffes muß nun genau so wie die der Kohlensäure
durch ein Zeigerinstrument erfolgen, das vorn am Kessel angebracht ist; sonst hat
sie für die Tätigkeit des Heizers keinen Wert. Nun kann inan die Anzeige des Wasserstoffes
mit Hilfe einer bekannten Vorrichtung zum Anzeigen: des Vorhandenseins entzündbarer
Gase unter Verwendung eines katahlischen Körpers ausführen. Ein (lerarti"er katalytischer
Körper ist z. B. ein, elektrisch geheizter Platindraht, dessen Temperatur so hoch
ist, daß der Wasserstoff sich daran entzündet, Infolge seiner '-erl)rennung#;wärine
erwärmt sich der Draht, und die lii(-rdurch erzeugte Widerstandserhöhung kann man
in bekannter Weise auf ein elektrisches Zeig:rin"trument übertragen. Dieses Meßverfahren
hat jedoch zur 'Voraussetzung, daß die Verbrennungsgasc mindestens noch so viel
überschüssiger. Sauerstoff enthalten, wie für die Verbrennung des Wasserstoffes
erforderlich ist. Dies ist al,er häufig nicht der Fall.
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Gemäß der Erfindung -%%erden daher cli,, Rauchgase an einem elektrisch
geheizten Meßdralit vorbeigeleitet, der so angeordnet ist, daß seine Temperatur
nicht allein durch die katalytische 'Verbrennung des Wasserstoffe erhöht, sondern
auch durch die Wärmeleitfähigkeit des nicht verbrennenden Wasserstoffes erniedrigt
werden kann, d. h. die Meßv orrichtung muß so gestaltet sein, daß sie mit genügender
Empfindlichkeit sowohl auf die katalytische Verbrennung als auch auf das Wärrneleitvermögen
des Gasgemisches anspricht. Um dies zu erreichen, muß die Kammer, in «-elclner der
Meßdraht angeordnet ist, eng genug gemacht werden und metallische Wände besitzen.
Auch muß die Cescliwindigkeit des vorbeiströmenden Gases einerseits groß genug sein,
um die Temperaturerhöhung durch die katalytische Verbrennung unverbrannter Gase
genügend zur Geltung zu bringen, anderseits darf sie aber denjenigen Wert nicht
überschreiten. bei welchem die Wirkung des Wärmeleitvermögens auf die Drahttemperatur
durch die Wärmekapazität der vorbeiströmen,len Gase ztt sehr gestört wird. Entscheidend
für die Zuverlässigkeit dieser kombinierten Messung ist, daß die abkühlende Wirkung
infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des unverhrannten Wasserstoffes nicht durch
die entgegengesetzte @t'irkung der im Rauchgase stets vorhandenen Kohlensäure aufgehoben
wird. Gerade in dieser Hinsicht kommt aber der Erfindung eine physikalische Eigenschaft
der Kohlensäure in überraschender Weise zugute. Die Kohlensäure hat nämlich eine
von der Luft verschiedene Wärmeleitfähigkeit nur innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen.
Bei höheren T,2innperatare: ('oberhalb ioo° C) verschwindet dieser Unterschied immer
mehr. Gerade bei derjenigen Gastemperatur, die durch den Meßdraht erzeugt wird,
wenn er bis auf die zur Verbrennung des Wasserstoffes notwendige Temperatur geheizt
wird, ist die Wärmeleitfähigkeit der Kohlensäure schon nahezu Bleich derjenigen
der Luft. Sie beeinflußt die Messungen daher um so weniger, als der Unterschied
im Wärmeleitvermögen zwischen Luft und Wasserstoff mit steigender Temperatur immer
größer wird.
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Eine Meßvorrichtung, mit der das @erfahren gemäß der Erfindung ausgeführt
werden kann, ist in der Zeichnung schennatisch dargestellt. Der Meßdraht i liegt
in der Meßkammer 2, die durch einen Einlalik.;nal 3 11111 einen Auslaßkanal ,1 mit
denn Rohr ; Verbunden ist. Durch dieses Rohr wird ein Strom der Verbrennungsgase
hindurchgesaugt. Ein zweiter Meßdralnt 7 liegt in einer Meßkaminer 6, die mit atmosphärischer
Luft gefüllt und nach außen dicht ab-eschlossen ist. Die Luft dient als Vergleichsgas.
Die lleßdrähte i und i sind mit zwei Widerständen S und 9 zu einer Wheatstoneschen
Brücke zusani:inengeschaltet. Die Batterie io liefert den Strom, der gleichzeitig
als Heizstrom und als Meßstrom dient. Als Strommesser dient das Galvanometer 12,
das bei Temperaturerhöhung des Meßdrahtes i nach rechts, bei Temperaturerniedrigung
nach links ausschlägt.
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Zur Messung des Kohlensäuregehalts dient
irgendeine
bekannte Vorrichtung, in der die Dichte oder die Wärmeleitfähigkeit der Verbrennungsgase
als Maß des Kohlensäuregehalts dient. Sie ist der Vollständigkeit wegen ebenfalls
in der Zeichnung angedeutet und mit 13 bezeichnet. Sie gestattet, den Kohlensäuregehalt
an einem Meßinstrument i r abzulesen. Der Heizer hat nun die Weisung, seine Feuerung
derart zu regeln, @laß das 1lTeßinstrument i i einen möglichst hohen Kohlensäuregehalt
anzeigt, gleichzeitig aber der Zeiger des Meßinstruinentes 9 auf Null, cl. h. in
seiner Mittelstellung steht. Wenn nämlich ausreichender L uftüberschuß vorhanden
ist, so wird das 1leßiiistruinent i i einen mehr oder minder großen Kohlensäuregehalt
anzeigen, der Zeiger von 12 aber in Ruhe bleiben. Sobald jedoch die zugeführte Verbrennungsluft
nicht mehr ausreichend ist, uni eine vollständige Verbrennung herbeizuführen, was
z. B. dann sehr leicht eintritt, wenn frischer Brennstoff aufgeworfen ist, so tritt
häufig unv erbrannter Wasserstoff in den Rauchgasen auf und hebt infolge seiner
geringen Dichte bzw. seiner guten Wärmeleitfähigkeit die Wirkung der Kohlensäure
im Apparat 13 auf. Der Zeiger des Meßinstruinentes ii geht infolgedessen zurück.
Ein' Blick auf das Meßinstrument ia belehrt jedoch den Heizer, daß trotzdem mehr
Luft gegeben werden muß, denn der Zeiger dieses Meßinstrumentes schlägt jetzt nach
rechts aus, da der Wasserstoff am NIeßdraht i verbrennt und dadurch dessen Temperatur
erhöht. Wird aber der Luftmangel in der Feuerung noch größer, so daß auch am Meßdraht
i der Wasserstoff nicht mehr verbrennt, so wird die Temperatur dieses Meßdrahtes
infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffes herabgesetzt, und zwar so
erheblich, daß der Zeiger des Meßinstrumentes 12 nicht allein auf Null zurückgeht,
sondern sogar nach links ausschlägt. Der Heizer erkennt dann sofort, daß erheblicher
-Mangel an Verbrennungshift in der Feuerung herrscht.
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Es kann in Sonderfällen natürlich vorkommen, daß ein Teil des @N''asserstoffes,
der durch die Meßkämmer z mit hindurchströmt, verbrennt, ein anderer Teil aber infolge
mangelnden Sauerstoffes nicht, und daß infolgedessen die abkühlende und die heizende
Wirkung des Wasserstoffes . sich gegenseitig aufheben. Das Meßinstrument 1z würde
dann auf Null zeigen, obwohl freier Wasserstoff in den Verbrennungsgasen vorhanden
ist. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß dieser Fall, wenn er überhaupt einmal auftreten
sollte, nur eine ganz vorübergehende Erscheinung sein kann; denn es handelt sich
dabei um zwei ganz verschiedene Verbrennungszustände. Entweder treten nur geringe
Mengen unv erbrannter Bestandteile -in clen Verbrennungsgasen auf bei einem Sauerstoffgehalt,
der für die Verbrennung am erhitzten Platindraht ausreicht, oder es sind große -Mengen
von Wasserstoff in den Verbrennungsga :en bei gleichzeitigem Sauerstoffmangel vorhanden.
Beide Zustände gellen plötzlich und unvermittelt ineinander über.
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Natürlich ist der Gehalt von urverbrannten: Wasserstoff in den Verbrennungsgasen
gewöhnlich von eirein Gehalt an Kehleno@@t-@1 begleitet. Dieses Gas verbrennt an
dem erhitzten Platindraht ebenso wie der Wasserstoff und trägt dazu bei, den Heizer
auf den Luftmangel aufmerksam zu machen, ohne die
Wirkung der Vorrichtung
irgendwie zu stören, denn bei starkem Luftmangel wird auch seine Verbrennung ain
geheizten Platindraht gehemmt, und der überwiegende Einfluß des Wasserstoffes läßt
den Zeiger sofort nach der anderen Seite ausschlagen.
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Das kombinierte Meßverfahren gemäß der Erfindung ist ein vorzügliches
Mittel, um den Heizer über den Zustand der Verbrennung zu unterrichten. Die benötigten
Vorrichtungen bedürfen, keinerlei Bedienung und sind leicht so dauerhaft zu bauen,
daß sie allen Zufälligkeiten standhalten, denen sie in dem rauben Betriebe eines
Kesselhauses ausgesetzt sind.