XXI. Ueber die Anwendung des überhitzten Wasserdampfes; von J. M. Ryder in London. Aus dem London Journal of arts, Juli 1860, S. 41 durch das polytechnische Centralblatt, 1860 S. 1346. Ryder, über die Anwendung des überhitzten Wasserdampfes. Es ist nicht zu verkennen, daß man viel Anstrengungen macht, um die Benutzung des überhitzten Wasserdampfes in die Technik einzuführen; dabei begegnet man aber häufig irrigen Ansichten bezüglich einer vermeintlichen Gefahr, die mit der Anwendung des überhitzten Wasserdampfes verbunden sey, und Zweifeln an der Ersparniß. Es verdient deßhalb dieser Gegenstand eine nähere Untersuchung, auf welche man zuverlässige Schlüsse bauen kann. Der Verf. sucht diesen Zweck dadurch zu erreichen, daß er zwei Anordnungen für die Benutzung des überhitzten Wasserdampfes beschreibt und die mit denselben erzielten Resultate angibt. Von diesen Vorrichtungen befindet sich die eine bei Parson und Pilgrim in London und die andere bei David Patridge in dem königlichen Seemagazin zu Woolwich. Bei der Vorrichtung von Parson und Pilgrim sind die Ueberhitzungsröhren nach einem Halbkreis gebogen und liegen in einer Anzahl, welche von der gewünschten Temperatur abhängt, in den Oefen. Aus dem Dampfraum wird der gesättigte Wasserdampf in die Röhren geleitet, in denselben überhitzt und dann nach den Maschinen abgeführt. Mit dieser Vorrichtung, in Verbindung mit einem 10pferdigen Kessel, wurden bereits vor 2 Jahren Versuche angestellt. Eine andere Versuchsreihe wurde vor 9 Monaten sowohl mit gesättigtem, als mit überhitztem Wasserdampf angestellt; dieselbe ergab folgende Resultate: Bei Anwendung überhitzten Dampfes brauchte man ein Drittel weniger Wasser und ein Drittel weniger Brennmaterial und es genügte mehrmals eine einzige Rohrwindung, um den Dampf so weit zu überhitzen, daß man diese Ersparniß erreichte. Denselben Apparat brachte man auch an einem Kessel im königlichen Arsenal zu Woolwich an und unterwarf ihn einem Versuche, welcher 64 Tage dauerte; die hierbei beobachtete Ersparniß betrug 30 Proc. Trotzdem fand die Anwendung des überhitzten Dampfes viele Gegner, weil man dieselbe mit Gefahr verknüpft glaubte; über diesen Punkt geben aber nun die vom chemischen Gesichtspunkte aus angestellten Untersuchungen der Professoren Taylor und Brande Aufschluß. Dieselben stellten ihre Versuche an einem Dampfkessel an, welcher mit einem Ueberhitzungsapparate in Verbindung stand, und gelangten zu folgenden Resultaten und Schlußfolgerungen: Der Dampf trat aus dem Kessel mit einer Spannung von 20 Pfd. auf den Quadratzoll, was einer Temperatur von ungefähr 128° C. entspricht; nachdem er durch die eisernen Ueberhitzungsröhren gegangen war, die in dem hinteren Theile des Ofens lagen und bis zum Rothglühen erhitzt waren, erhob sich seine Temperatur, gemessen beim Eintritt in das Dampfreservoir, auf 251 bis 282° C., und die Spannung blieb ungeändert. Ließ man den Dampf in Form eines Strahls ausströmen, so löschte er, noch bevor condensirte Dampftheile sichtbar wurden, die Flamme eines brennenden Papiers sofort aus. Den überhitzten Dampf sammelte man an und condensirte ihn in einem Kaltwassergefäß, wobei man Sorge trug, daß Gase, welche etwa mit dem Dampf gemischt seyn konnten, sich ansammeln ließen. Solche Gasansammlungen wurden zweimal vorgenommen, und beidemal wurde das Gas sorgfältig untersucht; hierbei fand man weder Wasserstoffgas, noch irgend eine andere brennbare Gasart oder Gasmischung. Das nicht condensirbare Gas, welches aus dem condensirten Dampfe gesammelt wurde, verlöschte die Kerzenflamme und war offenbar nichts Anderes als Stickstoff, der aus der in dem Wasser enthaltenen Luft herstammte und durch die Hitze frei geworden war. Der Sauerstoff dieser Luft wird von der eisernen Wand der rothglühenden Rohrleitung aufgenommen, während der Stickstoff, der in viel größerer Menge in der Luft vorhanden ist, mit dem überhitzten Dampfe entweichen muß. Bekanntlich wird Wasserdampf, den man über metallisches Eisen, das bis zum Rothglühen erhitzt ist, leitet, so zersetzt, daß der Sauerstoff an das Eisen übergeht, während das Wasserstoffgas frei wird. Diese Wirkung findet aber nur in einem sehr beschränkten Maaße statt, und um eine nur einigermaßen nennenswerthe Menge Wasserstoffgas zu gewinnen, braucht man eine sehr große, ausgedehnte Fläche des Eisens, so wie man sie ungefähr in Form dünner Platten oder der Drehspäne hat; dieß kommt daher, daß die Eisenoberfläche sich rasch mit einer festen und undurchdringlichen Oxydschicht überzieht. Wenn daher das Innere einer eisernen Röhre bereits eine Oxydation erlitten hat, weil ein erhitzter Luftstrom durch dieselbe hindurchgegangen ist, so kann dann eine Zersetzung des Wasserdampfes während dessen Durchgang nicht mehr vorkommen, und wäre auch die Innenwand der eisernen Röhre nicht schon vorher oxydirt, so würde sie es doch sehr bald werden, weil der Dampf jederzeit mit atmosphärischer Luft gemengt ist. Es geht hieraus klar hervor, daß die Anwendung des überhitzten Wasserdampfes keinerlei Gefahr mit sich führt. Wasserstoffgas allein ist nicht explosibel, sondern nur brennbar; wird daher in Folge der Zersetzung des überhitzten Dampfes eine kleine Menge Wasserstoff frei, so würde auch dieß noch unschädlich seyn, weil er mitten in der großen Menge wässerigen Dampfes, der mit ihm frei wird und rings um ihn sich condensirt, nicht einmal zum Brennen kommen könnte. Der Versuch zeigt vielmehr umgekehrt, daß die in Form überhitzten Wasserdampfes entwickelten Gase und Dämpfe die Flamme verlöschen. Ein gleicher Ueberhitzungsapparat wurde ferner bei der „Osprey,“ einem der Watermen's Steam-Packet-Company gehörigen Themseschiffe, angewendet; mit demselben wurden während eines zweimonatlichen Versuchs unter der Leitung des Ingenieurs der Gesellschaft folgende Resultate erlangt: Die Brennmaterialersparniß betrug 33 Proc. und die Maschinen gingen um 11 Proc. schneller, die Spannung im Kessel hingegen wurde kleiner. Die Innenwände der Cylinder blieben rein und unbeschädigt, trotzdem daß die Temperatur des Betriebsdampfes bis zu 227° C. gesteigert wurde, und nur die Stopfbüchsenliederung wurde in der letzten Zeit undicht. Dessen ungeachtet erhoben sich von Seiten des Board of Trade Bedenken gegen die Fortsetzung dieser Versuche während der Beförderung von Passagieren, weil man eine Gefahr darin zu erblicken glaubte. Nach dem gutachtlichen Bericht des Professor Faraday wurde aber der Apparat als hinreichend sicher erkannt; derselbe sprach sich dahin aus, daß die Zersetzung des Dampfes durch die erhitzte eiserne Röhrenwand und die Abscheidung von Wasserstoff von keinerlei Gefahr begleitet sey; entwickele sich Wasserstoff, so könne dieß nur in sehr kleiner Quantität der Fall seyn; derselbe könne auch keine größere Spannung als der Dampf selbst haben; ferner könne er mit dem Dampf keine explosible Mischung bilden; könne daher auch nicht unter Detonation verbrennen. Allerdings wären die Röhren in Folge der häufig wiederholten Ueberhitzung einer baldigen Zerstörung ausgesetzt; da diese Zerstörung aber eben sowohl von Außen als von Innen vor sich gehe, so müßte sie zur Kenntniß des Ingenieurs kommen, der dann die Verpflichtung hätte, sie wieder in guten Zustand zu bringen. Uebrigens habe er eine Röhre untersucht, die bereits Monate lang im Gange gewesen sey, und keine Beschädigung an derselben gefunden. Dann wurde noch ein Ueberhitzungsapparat derselben Construction auf einem andern Boote derselben Gesellschaft, dem „Swift,“ eingebaut, und da man auch hier eine Brennmaterialersparniß von 30 bis 40 Proc. erreichte, so hat man den Beschluß gefaßt, an allen Booten der Gesellschaft, 11 an der Zahl, denselben anzubringen. Ein Versuch an dem königl. Dampfschlepper „Bustler“ ergab im Mittel aus 37 Versuchen bei 8 1/2 Pfd. Ueberdruck und 139° C. Dampftemperatur in den Cylindern, eine Brennmaterialersparniß von 25 Proc. Der Ueberhitzungsapparat von Patridge im königl. Seemagazin zu Woolwich besteht in seiner Anwendung bei Schiffskesseln aus einem mit Röhren gefüllten Cylinder, welcher vertical über dem Kessel steht und am Fuße des Schornsteins auf dem Dampfdom aufruht. Die von der Feuerung abziehenden gasförmigen Verbrennungsproducte strömen durch die Röhren und den um den Cylinder herum befindlichen ringförmigen Raum nach oben, während der Kesseldampf durch radiale Röhren in den Cylinder eintritt und dann durch andere Röhren den Maschinen zugeführt wird; dabei wird er im Cylinder durch verticale Platten, zwischen denen er in Zickzacklinien hindurchgehen muß, so lange als möglich zurückgehalten. Zur Beobachtung der Temperatur befindet sich in der einen Röhre ein Thermometer. Dieser Apparat wurde auch auf dem königl. Dampfschiff „Dee,“ welches Maschinen von 200 Pferdestärken hat, aufgestellt und mehrmonatlichen Versuchen unter der Leitung von Dinnen und einigen anderen von der Admiralität beauftragten Ingenieuren unterworfen. Die beobachtete Brennmaterialersparniß betrug 20 bis 25 Proc. Seitdem sind gleiche Apparate noch auf mehreren anderen Schiffen aufgestellt worden, darunter auf dem königl. Postdampfschiff „Tyne“ von 400 Pferdestärken, dem Cunard'schen Schiff „Persia“ von 1000 Pferdestärken und den Schraubenmaschinen des „Great Lastern.“ Nimmt man die Betriebskraft der bis jetzt mit dergleichen Ueberhitzungsapparaten versehenen Dampfschiffe zu 5000 Pferdestärken an und schätzt man femer ihre Betriebszeit in einem Jahre zu 4 Monaten, mit einem Brennmaterialaufwand von 8 Pfd. Kohle auf eine einstündliche Nominalpferdestärke, so erreicht die durch die Anwendung des erhitzten Wasserdampfes gewonnene Brennmaterialersparniß einen Betrag von mehr als 200000 Centnern jährlich; und wenn die vier größten englischen Gesellschaften alle ihre Schiffe mit Ueberhitzungsapparaten ausrüsten würden, so würden sie dadurch das volle Jahr hindurch täglich eine Ersparniß von 2000 Pfd. Sterl. haben. Dieser Ueberhitzungsapparat arbeitet mit einer Temperatur von 178 bis 199° C., und die Ueberhitzungsröhren sollen wenigstens doppelt so lange aushalten als ein Kessel. Die Größe der Oberfläche, durch welche die Ueberhitzung bewirkt wird, ist abhängig von dem Orte, an welchem der Apparat aufgestellt ist, und der Temperatur welche man erreichen will. Bei einer Temperatur von 232° C. hat man dieselbe zwischen 1/2 Quadratfuß und sogar 5 bis 6 Quadratfuß auf die Nominalpferdestärke beobachtet; bei dem Pilgrim'schen Apparate und 0,50 bis 0,55 auf jede Nominalpferdestärke ausreichend, um eine Temperatur von 205° C. zu erzeugen. Es kann hiernach überhitzter Wasserdampf ohne irgend welche Gefahr mit einer Brennmaterialersparniß von 20 bis 25 Proc. angewendet werden; gleichzeitig werden die Speisewasser- und Condensationswassermengen vermindert, die Belastung der Luftpumpe wird verkleinert und die Geschwindigkeit der Maschine vergrößert. Betrachten wir nun die Ursachen dieser Ersparniß, so sind dieselben in der Hauptsache dreierlei Art. Zunächst führt jede aufsteigende Dampfblase Wassertheile mit sich, mag nun der Dampferzeuger unmittelbar in die Atmosphäre ausmünden, oder mag die Dampfentwickelung unter Druck vor sich gehen. Hierzu kommt, daß das Wasser im Wasserspiegel in Folge der Adhäsion immer das Bestreben hat, im unverdampften Zustande mit dem Dampfe sich zu mischen. Erhitzt man nun diesen feuchten Dampf noch weiter, so werden die im Dampf suspendirten Wassertheile frei, wandeln sich in Dampf um und vermehren somit das Dampfvolumen in großem Maaße. Durch die Ueberhitzung wird aber auch die Temperatur des Dampfes über die Maximaltemperatur, welche dem gesättigten Wasserdampfe zukommt, gesteigert, und es wird daher auch aus diesem Grunde das Dampfvolumen vergrößert. Die dritte Ursache des Gewinns liegt darin, daß bei der hohen Temperatur des Dampfes im Cylinder keine Condensation mehr stattfinden kann. Was die Condensation des. überhitzten Dampfes nach vollbrachter Wirkung betrifft, so hat der Verf. gefunden, daß die Injectionswassermenge fast in demselben Verhältniß wie die Speisewasser- und Brennmaterialmenge vermindert wird. Es folgt hieraus, daß dem Dampf durch die Ueberhitzung keine größere Gesammtwärme mitgetheilt wird, daß vielmehr dadurch nur die sensible Wärme vermehrt, die latente aber vermindert wird und ihre Summe eine constante Größe bleibt. Ein anderer Vortheil des überhitzten Dampfes besteht darin, daß die bewegten Theile weniger leicht Unfällen ausgesetzt sind, denn bei einer gewöhnlichen, mit gesättigtem Dampfe gespeisten Maschine ist der Dampf stets mit Wasser gemischt und die Wasserniederschläge setzen die Cylinder, Kolben und Kolbenstangen beständig Gefahren aus, welche leider oft genug als Unfälle sich realisiren. Das Unglück kann geschehen, während das Dampfboot im vollen Gange ist, ohne daß irgend eine Fürsorge getroffen werden kann; ein Kolben zerbricht, vielleicht auch ein Deckel oder eine Stange und die Maschinen müssen zu einer Zeit, wo vielleicht die ernstesten Folgen zu befürchten sind, stehen bleiben. Und solche Vorfälle sind nicht etwa Ausnahmen, sondern sie kommen ziemlich häufig vor. In Folge einer plötzlichen Aenderung des Atmosphärendrucks, einer Ablenkung der Schiffsrichtung, einer Umwechselung des Brennmaterials, oder aus irgend einer anderen Ursache wird rasch mehr Dampf erzeugt und mehr Wasser in die Cylinder eingeführt, als in gleicher Zeit abgelassen werden kann. Hauptsächlich kommt dieß bei starkem Feuer vor. Wendet man aber überhitzten Dampf an, so braucht man, ganz abgesehen von dem Umstande, daß der größte Theil des mechanisch fortgerissenen Wassers im Ueberhitzer verdampft wird, nur 2/3 des Brennmaterials, hat daher auch nicht Ursache, das Feuer in so hohem Maaße zu verstärken, wodurch wieder die Ursache des Primens selbst wegfällt. Die vorstehenden Zeilen wurden vom Verf. in Form eines Vortrags der Institution of Mechanical Engineers mitgetheilt, und es eröffnete sich hierüber eine Debatte, deren wesentlicher Inhalt folgender war: E. A. Cowper bemerkte, es sey wünschenswerth, sichere Unterlagen über die absolute Brennmaterial- und Speisewassermenge mit Anwendung von Ueberhitzungsapparaten und ohne dieselben sich zu verschaffen und dabei auch auf die Constructionen der Kessel Rücksicht zu nehmen, da es unzweifelhaft von großem Einfluß seyn müsse, ob der Kessel zweckmäßig construirt sey oder nicht. W. P. Johnson hat einem bereits vor längerer Zeit in der Druckerei von Hoyle in Manchester angestellten Versuche mit überhitztem Wasserdampfe beigewohnt; bei diesem wurde keine wesentliche Brennmaterialersparniß gewonnen, vielmehr stellte sich der große Nachtheil heraus, daß die Cylinder und die Liederungen Beschädigungen ausgesetzt waren, und man sah sich deßhalb schließlich genöthigt, den Ueberhitzungsapparat wieder abzustellen, trotzdem daß derselbe große Kosten verursacht hatte. Die Kessel arbeiteten mit 50 Pfund Dampfdruck und waren cylindrische Rauchrohrkessel von hinreichender Größe und namentlich mit großem Dampfraum. Sie betrieben zwei Maschinen von 20 Zoll weiten Cylindern und 3 Fuß Kolbenhub. Der Dampf wurde in einem besondern Kessel überhitzt, um welchen die von den Hauptkesseln abgeleitete Wärme herumgeleitet wurde. C. Markham bemerkte, daß man bei dergleichen Versuchen auch die Temperatur im Schornstein kennen müsse; er glaube, in vielen Fällen werde schon dadurch wesentlich gewonnen, daß man fehlerhafte Kessel, welche eine große Menge Brennmaterial verwüsteten, verbesserte, und den Ueberhitzungsapparat könne man als eine Verbesserung des Kessels betrachten, weil er die Heizfläche und mithin auch das Verdampfungsvermögen des Kessels vergrößere. Vorzüglich bei Dampfbooten werde das Brennmaterial nur sehr unvollkommen ausgenutzt, und durch die Schornsteine entweiche noch eine große Wärmemenge; dieser Wärmeverlust werde unzweifelhaft durch die Vergrößerung der Heizfläche, welche der beigefügte Ueberhitzungsapparat gewähre, vermindert. Bei den neuen Locomotiven der Midland-Eisenbahn würden mit 1 Pfd. Brennmaterial 7 Pfd. Wasser verdampft, und bei dieser Verdampfung werde häufig die Wärme von dem Kessel in dem Maaße absorbirt, daß ein großer Theil des durch den Schornstein ausblasenden Dampfes condensirt werde und in Form von Wasser niederfalle; nur bei schweren Zügen gehe so viel Wärme in den Schornstein, daß der Dampf in seinem dampfförmigen Zustande sich erhalten könne. In einem solchen Falle, sowie überhaupt bei allen zweckmäßig construirten Kesseln könne die Ueberhitzung keinen Vortheil gewähren. F. J. Bramwell dagegen meinte, die beobachtete Brennmaterialersparniß sey lediglich der Ueberhitzung zuzuschreiben; denn es gehe aus den Versuchen hervor, daß mit einer kleineren Speisewassermenge und mit einer im Verhältniß kleineren Brennmaterialmenge dieselbe Leistung gewonnen worden sey. Es könne daher die Ersparniß nicht der Ausgleichung eines Wärmeverlustes durch den Ueberhitzungsapparat zugeschrieben werden, sondern es liege vielmehr der Vortheil in der Wirkung des überhitzten Dampfes selbst. C. W. Siemens hat ebenfalls dem Versuche in der Hoyle'schen Fabrik beigewohnt und verkennt nicht, daß die Resultate desselben ungünstig waren; doch schreibt er dieß lediglich der ungeeigneten Führung des Versuchs zu, auch könne ein Mangel an Erfolg in einzelnen Fällen nicht Grund seyn, um ein ganzes System zu verwerfen. Gerade bei diesem Versuche sey es sehr schwierig gewesen, alle Umstände zu berücksichtigen, und doch sey es unumgänglich nöthig, mancherlei Verhältnisse, wie die absolute Größe und Construction der Maschine, die Benutzung oder Nichtbenutzung von Dampfmänteln, die Länge und Wärmeausstrahlung der Dampfleitung, Form und Größe der Kessel u.s.w., in Betracht zu ziehen, wenn man von dem praktischen Werthe der Ueberhitzung ein klares Bild sich verschaffen wolle.