Die Entwicklung der Steinkohlengaserzeuger für den Hüttenbetrieb. Von Ingenieur Gille. Die Entwicklung der Steinkohlengaserzeuger für den Hüttenbetrieb. Gaserzeuger, in welchen ein fester kohlenstoffreicher Brennstoff durch unvollständige Verbrennung unter Zuführung von Luft in Heizgas umgewandelt wird, bestehen, abgesehen vom Hochofen, bei welchem ein brennbares Gas als Nebenerzeugnis auftritt, seit ungefähr 50 Jahren. Sie sind eine Erfindung der Gebrüder Siemens und werden von ihnen Generatoren genannt, das darin hergestellte Gas entsprechend Generatorgas. Ihre Entstehung und Entwicklung ist so eng mit derjenigen des ebenfalls von den Gebrüder Siemens erfundenen Regenerativofens verknüpft, daß es nicht zu umgehen ist, auch auf diesen einen kurzen Rückblick zu werfen. Der Regenerativofen entstand bei dem Betreben, aus Roheisen unter Zusatz von Eisenerzen Stahl zu erzeugen. Die hierfür erforderliche hohe Temperatur, welche keine bis dahin bekannte Feuerung zu erzeugen imstande war, wird in ihm dadurch erzielt, daß das Heizgas und die zur Verbrennung desselben nötige Luftmenge durch die Abhitze des Ofens hocherhitzt werden, indem abwechselnd die Verbrennungsprodukte und das Gas bezw. die Luft durch mit feuerfesten Steinen gitterförmig ausgesetzte Kammern geleitet werden. Der Regenerativofen wurde in den Jahren 1861–1862 als Stahlschmelzofen erfolgreich in die Praxis eingeführt. Welche hervorragende Bedeutung er in der Stahlindustrie einnimmt, geht daraus hervor, daß ihm zur Zeit mehr als ein Drittel der Gesamtproduktion an Stahl entstammt. Eine gewinnbringende Stahlerzeugung im Regenerativofen ist aber nur bei Verwendung eines billigen, im Generator erzeugten Gases möglich. Aus jedem festen Brennstoff lässt sich durch unvollständige Verbrennung ein Heizgas erzeugen, Vorbedingung ist aber immer eine genügende Schichthöhe. Die sich dabei abspielenden chemischen und physikalischen Umsetzungen sind im wesentlichen dieselben, sei der Brennstoff Steinkohle, Koks, Braunkohle oder Holz. Bei der Vergasung von Steinkohle im Generator sind zwei zum Teil zeitig zusammenfallende Vorgänge zu unterscheiden, die trockene Destillation der Kohle und die Verbrennung des Kohlenstoffs. Die erstere geht hauptsächlich in den oberen Zonen der Brennstoffschicht vor sich und wird durch die von unten aufsteigenden heissen Gase bewirkt. Sie wird mit der Verdampfung des hygroskopischen Wassers eingeleitet und umfaßt die Austreibung der schweren teerbildenden Kohlenwasserstoffe (Cn H2n), des Methans (CH4), des chemisch gebundenen Wassers und des disponiblen Wasserstoffs der Kohle, Die Verbrennung des Kohlenstoffs erfolgt entweder durch den Sauerstoff der Luft oder gleichzeitig mit diesem durch Wasserdampf, wobei eine Zerlegung des letzteren stattfindet. Bei Zuführung von Luft allein in den Gaserzeuger verbindet sich der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff zunächst zu Kohlensäure nach der Formel C + O2 = CO2, welche dann in der glühenden Koksschicht zu Kohlenoxyd reduziert wird, CO2 + C = 2 CO. Wird mit der Luft dem Gaserzeuger Wasserdampf zugeführt, so ergeben sich gleichzeitig folgende Reaktionen: C + 2 O = CO2, C + O = CO, C + 2 H2O = CO2 + 4 H, CO + H2O = CO2 + 2 H, C + H2O = CO + 2 H. Nach den Untersuchungen von Wendt (Z. d. V. d. I. vom 26. November 1904) scheinen die Reaktionen, welche Kohlensäure ergeben, die vorherrschenden zu sein. Die bei der Verbrennung des Kohlenstoffs zu Kohlensäure freiwerdende Wärme wird hauptsächlich zur Reduktion der Kohlensäure zu Kohlenoxyd und zur Zerlegung des Wasserdampfes aufgewandt, der Rest dient teils zur Erwärmung des Gases, teils geht er durch Ausstrahlung oder mit der Asche verloren. Da die Kohlenoxydbildung am günstigsten bei hoher Temperatur erfolgt, und die Zerlegung des Wasserdampfes große Wärmemengen erfordert, wodurch die Temperatur im Gaserzeuger erniedrigt wird, so ist der Kohlensäuregehalt der Gase wesentlich von der Menge des eingeführten Wasserdampfes abhängig. Die in der Kohle enthaltenen geringen Mengen Schwefel verbrennen teils zu Schwefeldioxyd und Schwefeltrioxyd, teils gehen sie in die Schlacke. Der Stickstoffgehalt der Kohle findet sich als Ammoniak in den Gasen wieder. Die letztgenannten Verbindungen werden ihrer geringen Menge wegen bei Gasuntersuchungen vernachlässigt. Geschieht die Vergasung der Kohle nur durch Luft, so wird das erzeugte Gas „Luftgas“ genannt, wird der Luft noch Wasserdampf beigemicht, so heißt es „Mischgas“. Die Temperatur, mit welcher die Gase den Erzeuger verlassen, schwankt je nach der Betriebsweise zwischen 400 und 800° C. Der Wirkungsgrad eines Gaserzeugers ergibt sich aus der Menge der in die Gase übergetretenen brennbaren Bestandteile des Brennstoffes und dem Wärmewert der abziehenden Gase bezw. aus den ausgestrahlten Wärmemengen und dem Wärmewert der Asche. Im allgemeinen ist eine hohe Temperatur der abziehenden Gase nicht erwünscht, da der Verlust durch Abkühlung in den Leitungen um so größer ist, je höher die Temperatur der Gase. Die ersten Gaserzeuger arbeiteten noch ziemlich unwirtschaftlich und erforderten zu ihrer Bedienung ein großes Personal. Die Steigerung der Kohlenpreise und der Löhne machten es für den rationellen Hüttenbetrieb jedoch zur Bedingung, den Brennstoff so weit wie möglich auszunutzen und die menschliche Arbeit bei der Gaserzeugung auf ein Mindestmaß zu beschränken. Infolgedessen sind im Laufe der Zeit eine Anzahl Generatorformen entstanden, welche erkennen lassen, wie aus dem ersten primitiven Gaserzeuger ein fast selbsttätig arbeitender Apparat wurde. Der ursprüngliche von Siemens konstruierte Gaserzeuger hatte die in Fig. 1 dargestellte Form. In Hüttenbetrieben ist er kaum noch anzutreffen, in der keramischen Industrie findet er sich jedoch noch häufig. Er ist ein viereckiger, mit feuerfesten Steinen ausgemauerter Schacht von 2–2,2 m Breite, der unten durch einen Planrost mit anschließendem Treppenrost abgeschlossen ist. An den Treppenrost schließt sich eine unter einem Winkel von etwa 60° zur Wagerechten geneigte Brust an, bestehend aus einer Eisenplatte, welche mit einer Schicht feuerfester Steine übermauert ist. Die Kohle wird durch eine mit einem einfachen Deckel verschließbare Oeffnung aufgegeben. Die in der Figur eingetragene Füllvorrichtung ist schon eine spätere Verbesserung. Dieselbe besteht aus einem viereckigen Kasten mit doppeltem Verschluß, der untere aus einer drehbaren Klappe bestehend und der obere als abnehmbarer Deckel ausgebildet, dessen Ränder bei geschlossenem Zustand in eine mit Sand gefüllte Rinne tauchen. Zum Lockern des Brennstoffs und Abstoßen der Schlacke von den Seitenwänden sind in dem Gewölbe über dem Rost einige mit Stopfen verschließbare Stochlöcher angebracht. Die Kohle rutscht an der schrägen Brust herunter und bedeckt in gleichmäßiger Schüttung den Rost. Die Höhe der Brennstoffschicht über dem Rost beträgt etwa 800 mm. Unter dem Rost befindet sich meistens ein Wassertrog, in welchem die durch die Rostspalten fallende Asche abgelöscht wird. Der Gaserzeuger wird mit Kaminzug betrieben und vermag in 24 Stunden 1800 bis 2000 kg Steinkohle zu vergasen. Da die Wirkung des Kamins von der Höhe seiner Oberkante über der Feuerung abhängig ist, so werden die Gaserzeuger möglichst tief gelegt und die Gase in ansteigender Richtung dem Ofen zugeführt. Textabbildung Bd. 322, S. 7 Fig. 1. Das in diesem Generator erzeugte Gas ist sehr reich an Kohlenoxyd und verbrennt mit kurzer, heißer Flamme. Die mittlere Zusammensetzung eines aus westfälischer Steinkohle stammenden Gases ist etwa folgende: CO2 – 3, CO – 28, CH4 – 3, H – 5, N – 61 Vol. v. H. mit einem unteren Heizwert von 1220 WE. für den cbm. Aus 1 kg Kohle mit 77 v. H. C Gehalt werden ∾ 3,7 cbm Gas erzeugt, deren Heizwert etwa 56 v. H. des Heizwertes der Kohle beträgt. Diese niedrige Zahl erklärt sich daraus, daß ein großer Teil des Brennstoffs (bis zu 10 v. H. des Kohlenstoffgehaltes) wegen der breiten Rostspalten, die bei der geringen Saugwirkung des Schornsteins unerläßlich sind, als Koks in die Asche geht und etwa 5 v. H. als Teer, Ruß und Flugasche ausscheiden. Der Koks wurde zwar vielfach aus der Asche ausgesondert und die erhaltenen sogenannten Schröben wieder zu Heizzwecken verwendet, doch war dieses mit so viel Unkosten verbunden, daß der Gedanke nahe lag, den Generator unter Verringerung des freien Rostquerschnitts mit Druckwind zu betreiben, zumal auch der Inhalt der Schmelzöfen stetig zunahm und bei der geringen Leistungsfähigkeit der Gaserzeuger ein großes Personal zu ihrer Bedienung nötig war. Man schloß deshalb den Aschenfall durch eine Tür oder einfach durch eine Blechplatte, deren Ränder mit Lehm verschmiert wurden, und blies die Luft mit einem Ventilator ein. Es zeigte sich jedoch, daß die Schütthöhe im Generator für eine höhere Windpressung zu gering war und daß sich besonders an den scharfen Ecken leicht Kanäle bildeten, durch welche die Luft unverbrannt hindurchging und ein Teil der Gase als Oberfeuer verbrannte. Die Gase waren daher reich an Kohlensäure und verließen den Erzeuger mit sehr hoher Temperatur. Ein weiterer Uebelstand zeigte sich darin, daß die Schlacke zu großen Klumpen zusammensinterte und sich an den Wänden des Schachtes ansetzte, wodurch das Röstern eine mühevolle und zeitraubende Arbeit wurde. Textabbildung Bd. 322, S. 7 Fig. 2. Textabbildung Bd. 322, S. 7 Fig. 3. Diese für die Gaserzeugung sehr störenden Erscheinungen werden durch die in Fig. 2 und 3 gezeigte Konstruktion eines neueren Siemens-Generators zum Teil beseitigt. Dieser Gaserzeuger ist wohl derjenige, der für die Vergasung von Steinkohle die weiteste Verbreitung gefunden hat. Die Rostfläche ist gegenüber derjenigen des Zuggenerators vergrößert. Die Bildung von Kanälen in der Brennstoffsäule wird durch Abrundung der Ecken, durch Erweiterung des Schachtes oberhalb des Rostes und durch Erhöhung der Kohlenschicht auf etwa 1200 mm verhindert. Die Luft wird mit einem Druck von 20–60 mm Wassersäule durch ein Dampfstrahlgebläse unter den Rost gedrückt. Der Dampf erniedrigt die Temperatur im Gaserzeuger und beschränkt dadurch das Zusammensintern großer Schlackenklumpen. Zum Aufgeben der Kohle dient ein in der Mitte des Schachtes befindlicher runder Fülltrichter, der so eingerichtet ist, daß der in den Schacht hineinreichende, dem Verbrennen am meisten ausgesetzte, konische Teil leicht ausgewechselt werden kann. Das Entweichen von Gas aus dem Fülltrichter verhindert ein doppelter Verschluß. Den unteren Abschluß bewirkt ein Kegel, der unter Zwischenschaltung einer runden Stange an einer I Kette aufgehängt ist. Die Kette ist über eine in der Dachkonstruktion des Generatorhauses gelagerte Rolle geführt und trägt an ihrem anderen Ende ein Gewicht, das den Kegel gegen den Trichter anpreßt. Als zweiter Verschluß dient eine auf dem Rand des oberen Trichterteils aufliegende Platte, welche in der Aufhängestange des Kegels geführt ist und in gleicher Weise wie dieser aufgehängt ist, jedoch hat die Platte das Uebergewicht. Da dieser Fülltrichter für eine große Anzahl verschiedener Generatoren typisch ist, so möge seine Wirkungsweise kurz erläutert werden. Textabbildung Bd. 322, S. 8 Fig. 4. Zunächst wird die Verschlußplatte gehoben und gegen Herabfallen durch Einhaken der Kette in eine an der Bühne befestigte Oese gesichert. Dann wird der Trichter mit Kohle gefüllt, die Platte wieder gesenkt und der Kegel mittels der Aufhängestange heruntergedrückt, wobei der Trichterinhalt in den Schacht fällt. Durch das Gegengewicht wird der Kegel wieder in seine Anfangsstellung zurückgezogen. Die gleichmäßige Verteilung der Kohle geschieht mit Hilfe einer Schürstange durch vier um den Fülltrichter gruppierte Stochlöcher. Die in Fig. 4 in größerem Maßstab dargestellten Stochlochverschlüsse sind als Kugelverschlüsse ausgebildet und wurden als solche zuerst von Krupp angewandt. Sie bestehen aus einem geteilten, beiderseits offenen Gehäuse, welches auf der Abdeckplatte befestigt wird. In dem Gehäuse ist eine Kugel drehbar angeordnet, die zum Durchstecken der Schürstange eine größere Oeffnung und rings um diese eine Anzahl kleinerer Löcher besitzt. In diese Löcher wird die Spitze der Schürstange oder ein besonderer Rundeisenstab eingesteckt und die Kugel damit in die gewünschte Lage gedreht. Bei den neueren Siemens-Gaserzeugern werden, wie in Fig. 2 und 3 angedeutet, gewöhnlich vier Schächte zu einem Block vereinigt, einerseits um die Strahlungsverluste zu vermindern, andererseits um eine gleichmäßige Gaszusammensetzung zu erzielen. Zu letzterem Zweck werden die vier Schächte der Reihe nach in gleichen Zeitabständen beschickt, so daß die Kohle sich in jedem Schacht in einem anderen Zustand der Entgasung befindet. Die Gasabzüge sind in den zusammenstoßenden Ecken der Schächte angeordnet; jeder einzelne ist durch einen Schieber absperrbar. Oberhalb der Schieber vereinigen sich die Abzüge in einem Kasten, von dem aus das Gas durch eine schmiedeeiserne Leitung weitergeführt wird. Die Bedienungsbühne dieser Gaserzeuger liegt bei älteren Anlagen meistens auf Flurhöhe, bei neueren häufig soviel über Flur, daß die Kohle aus den Eisenbahnwagen unmittelbar auf dieselbe entladen werden kann. Die Asche wird über eine schiefe Ebene oder durch einen Aufzug hochgefördert. Das Reinigen des Rostes von Schlacken geschieht gewöhnlich einmal in der Schicht, und zwar für die vier Schächte eines Blocks in gleichen Zeitabständen. Während des Röstens ist der Schieber im Gasabzugkanal geschlossen. Ein Schacht setzt in 24 Stunden 3000 bis 4000 kg westfälischer Kohle durch. Die mittlere Zusammensetzung des Gases aus einer Kohle mit 77 v. H. C ist ungefähr folgende in Vol. v. H.: CO2 – 5, CO – 23, CH4 – 3, H – 13, N – 56, mit einem unteren Heizwert von 1280 WE. für den cbm. Da 4–6 v. H. des Kohlenstoffgehalts der Kohle in die Asche gehen, so entstehen aus 1 kg Kohle etwa 4,1 cbm Gas, welche, auf Außentemperatur abgekühlt, ca. 65 v. H. des Heizwertes der Kohle enthalten. Die sowohl hier als auch später angegebenen Zahlen setzen einen gut geleiteten Betrieb mit geschulten Arbeitern voraus. (Fortsetzung folgt.)