Brennstoffe | eLexikon | Technologie, Gewerbe und Industrie - Heizung und Beleuchtung

Heizmaterialien

(Brennmaterialien, Brennstoffe), Körper meist organischen Ursprungs, deren Beschaffungspreis die Anwendung zur Erzeugung von Wärme [* 3] durch Verbrennung für gewerbliche und häusliche Zwecke gestattet. Die gebräuchlichsten Heizmaterialien sind: Holz, [* 4] Torf, Braun-, Steinkohle, Anthracit. Unter gewissen Verhältnissen kommen noch allerlei Abfälle, wie Gerberlohe, getrocknete Pflanzen, Stroh etc., hinzu. Alle diese Heizmaterialien bestehen im wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, und zwar wächst der Kohlenstoffgehalt in der angegebenen Reihenfolge vom Holz bis zum Anthracit, während in demselben Maß der Sauerstoff- und Wasserstoffgehalt abnehmen.

Erdöl (Geschichtliches

Als flüssiges Heizmaterial benutzt man Erdöl, [* 5] welches nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, und in untergeordneter Weise Terpentinöl und fette Öle, [* 6] als gasförmiges die brennbaren Gase, [* 7] welche an manchen Orten dem Erdboden entströmen und wesentlich auch aus Kohlenwasserstoff bestehen. Neben diesen natürlichen werden künstliche Heizmaterialien benutzt: Holz- und Torfkohle und Steinkohlenkoks, Teer, seltener Spiritus, [* 8] Methylalkohol, Glycerin, in immer ausgedehnterm Maß aber Gase, die aus geringwertigen Heizmaterialien durch trockne Destillation [* 9] dargestellt werden (Gasfeuerung); [* 10]

ferner Wassergas, [* 11] Leuchtgas, [* 12] Gichtgase etc. Alle diese Heizgase bestehen im wesentlichen aus Kohlenoxyd, Kohlenwasserstoff und Wasserstoff.

Die hauptsächlichsten Bestandteile aller Heizmaterialien sind also Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, und die Verbrennungsprodukte bestehen aus Kohlensäure und Wasser. Sauerstoff- und Stickstoffgehalt beeinträchtigen den Wert der Heizmaterialien. Der Sauerstoff macht einen so großen Teil des Wasserstoffs unwirksam, wie er braucht, um mit demselben Wasser zu bilden, und damit wird z. B. im Holz der ganze Wasserstoffgehalt erschöpft. Manche aber enthalten noch einen Überschuß an Wasserstoff (disponibler, freier Wasserstoff), wie z. B. manche Steinkohlen. Der Wert der Heizmaterialien wird ferner herabgemindert durch Gehalt an hygroskopischem Wasser (welches behufs seiner Verdampfung einen Teil der erzeugten Wärme in Anspruch nimmt, aber durch Trocknen, Darren entfernt werden kann), an Schwefel, der zu schwefliger Säure verbrennt und manche Heizmaterialien für gewisse Zwecke ganz unbrauchbar macht, endlich an mineralischen Stoffen, die bei der Verbrennung als Asche zurückbleiben.

Der Gebrauchswert der Heizmaterialien richtet sich nach dem Zweck, den man mit denselben erreichen will, und eine überall zutreffende Ordnung der Heizmaterialien nach ihrem Wert ist nicht zu geben. Für die einzelnen Fälle der Verwendung der Heizmaterialien berücksichtigt man die Brennbarkeit, die Flammbarkeit oder nur den zu erzielenden Wärmeeffekt. Die Brennbarkeit, d. h. die größere oder geringere Entzündlichkeit, ist abhängig von der physikalischen Beschaffenheit (Porosität) und dem Gehalt an Wasserstoff.

Flammen - Flammenblume

Weiches Holz, besonders harzhaltiges (wasserstoffreiches), ist brennbarer als schweres, Holzkohle ist brennbarer als Koks und wasserstoffreiche Steinkohle brennbarer als Anthracit. Die Flammbarkeit, d. h. die Eigenschaft, mit mehr oder weniger großer Flamme [* 13] zu verbrennen, ist abhängig von der Entwickelung brennbarer Gase oder Dämpfe aus den und da diese zumeist aus Kohlenwasserstoffen bestehen, so wird die Flammbarkeit durch den Gehalt an freiem, disponiblem Wasserstoff bestimmt.

Leicht brennbarer Heizmaterialien bedarf man bei unvollkommenen Heizeinrichtungen, besonders bei solchen ohne Rost, wo schnelle Erwärmung auf nicht sehr hohe Temperatur erfolgen soll. Flammbare Heizmaterialien dienen zum unmittelbaren Erhitzen verhältnismäßig großer Räume oder großer Flächen, wie in Flammöfen und bei Kesselfeuerungen. Den größtmöglichen absoluten Wärmeeffekt erreicht man stets durch möglichst vollkommene Verbrennung des Brennmaterials und durch Vermeidung von Wärmeverlusten, wie sie z. B. durch Verdampfung von hygroskopischem Wasser herbeigeführt werden.

Eine vollständige Verbrennung wird nur erreicht bei hinreichendem Luftzutritt. Die Kohlensäure, zu welcher der Kohlenstoff der Heizmaterialien verbrennt, enthält auf 1 Teil Kohlenstoff 2,66 Teile Sauerstoff. In 100 Teilen Luft sind aber auf 23,1 Teilen Sauerstoff 76,9 Teile Stickstoff, also auf 1 Teil des erstern 3,3 Teile des letztern und auf 2,66 Teilen Sauerstoff 8,88 Teile Stickstoff enthalten. 1 Teil Kohlenstoff braucht also, um zu Kohlensäure zu verbrennen, 11,54 Teile Luft, 1 kg Kohlenstoff mithin 8,7 cbm. Ferner braucht 1 Teil Wasserstoff 8 Teile Sauerstoff, um zu Wasser zu verbrennen, also dreimal mehr als Kohlenstoff, demnach 34,62 Teile Luft und 1 kg Wasserstoff mithin 26,1 cbm Luft. Hiernach brauchen zur vollständigen Verbrennung:

Heizmaterialien - Heiz

Erfahrungsgemäß reichen aber diese Luftmengen zur vollständigen Verbrennung nicht aus, sind vielmehr bis doppelt so groß zu nehmen, weil nur bei Überschuß von Sauerstoff sämtlicher Kohlenstoff zu Kohlensäure verbrennt. Bei allen anerkannt guten, sorgfältig unterhaltenen Feuerungen, die keinen Rauch ¶

mehr

mehr entweichen lassen, findet sich in den abgehenden Feuerungsgasen beinahe noch ebensoviel freier Sauerstoff, wie sich in der Feuerung mit Kohlenstoff und Wasserstoff verbunden hat.

Handelt es sich um Erzeugung möglichst hoher Temperaturen, so muß man die Heizmaterialien gut trocknen, um Wärmeverluste durch Verdampfung des hygroskopischen Wassers zu vermeiden; ferner muß man möglichst kompakte Heizmaterialien verwenden, um in demselben Raume mehr Brennstoff zu verbrennen. Man muß für energische Luftzuführung sorgen, um die Verbrennung zu beschleunigen, und die zugeführte Luft vorher erhitzen. Der große Überschuß an Luft, den man behufs vollständiger Verbrennung in die Feuerung leiten muß, ist der Erzielung hoher Hitzegrade sehr hinderlich, weil der Überschuß sehr viel Wärme entführt.

Eine einfache Rechnung ergibt, daß aus diesem Grund eine höhere Temperatur erzielt wird, wenn man nur die Hälfte des Kohlenstoffs zu Kohlensäure, die andre aber zu Kohlenoxyd verbrennt, also eine unvollständige Verbrennung einleitet. Hiervon macht man nicht selten bei metallurgischen Operationen Gebrauch; am vorteilhaftesten aber ist die Anwendung gasförmiger Heizmaterialien, bei denen es allein möglich ist, das zur vollständigen Verbrennung erforderliche Luftquantum genau zu regulieren.

Hinsichtlich der bei der Verbrennung erzeugten Wärme ist zu unterscheiden, wieviel Wärme überhaupt von den Heizmaterialien entwickelt wird (Brennkraft, spezifischer oder absoluter Wärmeeffekt), und der Temperaturgrad, den das Heizmaterial bei einer Anfangstemperatur von 0° entwickelt (Heizkraft, pyrometrischer Wärmeeffekt). Heizkraft und Brennkraft zusammengenommen bestimmen den Wert eines Heizmaterials. Wird die Brennkraft auf den Wert des Heizmaterials bezogen, so erhält man dessen Brennwert. Da für die Wärme kein bestimmtes Maß vorhanden ist, so muß man sich begnügen, die relativen Wärmemengen zu ermitteln, d. h. anzugeben, um wieviel die aus einem Brennstoff entwickelte Wärmemenge die aus einem andern übertrifft.

Führt man die erzielten Resultate auf ein bestimmtes Volumen der Heizmaterialien zurück, so findet man den spezifischen Wärmeeffekt, bezieht man sie dagegen auf ein bestimmtes Gewicht, z. B. auf 1 kg des Brennmaterials, den absoluten Wärmeeffekt oder die kalorische Wärme. Beide Effekte werden bedingt durch die chemische Zusammensetzung des Heizmaterials, die spezifische Wärme der Verbrennungsprodukte und ihrer Begleiter, den Feuchtigkeits- und Aschengehalt und den äußern Zustand der Heizmaterialien. Unter Wärmeeinheiten (Kalorien) versteht man diejenige Wärmemenge, welche nötig ist, um eine dem verwendeten Heizmaterial gleiche Menge Wasser um 1° C. zu erwärmen. Die absoluten Wärmeeffekte einiger der wichtigsten Heizmaterialien ergibt folgende Tabelle:

	Absolute Wärme­effekte
Was­ser­stoff	34462
Sumpfgas	13063
Äthy­len	11857
Petroleum, rohes	11773
Terpentinöl	10852
Äther	9027
Fett	9000
Koh­len­stoff zu Koh­len­säure verbren­nend	8080
Stein­kohle	6-8000
Holz­kohle	7640
Alkohol	7183
Methylalkohol	5307
Holz	3600
Torf	3000
Koh­len­stoff zu Koh­len­oxyd verbren­nend	2474
Koh­len­oxyd	2403
Schwefel	2220

Den spezifischen Wärmeeffekt eines Heizmaterials erhält man durch Multiplikation des absoluten Wärmeeffekts mit dem spezifischen Gewicht des Heizmaterials.

Damon - Dampf (physika

Für die Praxis ist die Bestimmung der Wassermengen wichtig, welche durch gleiche Gewichtsteile der verschiedenen Heizmaterialien in Dampf [* 15] verwandelt werden. Um 1 kg Wasser von 0° in Dampf von 100° zu verwandeln, sind 652 Wärmeeffekte erforderlich. Es können daher verdampfen 1 kg Kohlenstoff 8080/652 = 12,4 und 1 kg Wasserstoff 34462/652 = 52,9 kg Wasser. Diese theoretische Verdampfungskraft wird aber in der Praxis niemals erreicht. Im Durchschnitt verdampft 1 kg trockner aschenfreier Brennstoff und zwar harzhaltiges Holz 10,2, gewöhnliches Holz 9,6, Torf 11,4, Braunkohle 12,6, Steinkohle 16,8, Koks 17 kg Wasser von 0°.

Der pyrometrische Wärmeeffekt eines Heizmaterials kann ermittelt werden, indem man die Gewichtsmengen sämtlicher bei der Verbrennung auftretender Produkte mit der zugehörigen spezifischen Wärme (Luft 0,238, Wasserdampf 0,475, Kohlensäure 0,216, Kohlenoxyd 0,2479, Stickstoff 0,244, Asche 0,2) multipliziert und den ermittelten absoluten Wärmeeffekt durch die Summe dieser Produkte dividiert. In reinem Sauerstoff verbrannt, gibt 1 g Kohlenstoff 3,67 g Kohlensäure, und der pyrometrische Wärmeeffekt ist daher 8080/3,67×0,216 = 10,187°. In der Luft verbrannt, kommen noch 8,88 g Stickstoff, mit welchem der Sauerstoff verdünnt ist, in Rechnung, und die Verbrennungstemperatur ergibt sich daher 8080/3,67×0,216+8,88×0,244 = 2731°. Da nun in der Praxis doppelt soviel Luft erforderlich ist, als die Rechnung ergibt, so sind auch noch 11,55 g Luft zu berücksichtigen und man erhält 8080/3,67×0,216+8,88×0,244+11,55×0,238 = 1415° als Ausdruck für den pyrometrischen Wärmeeffekt des Kohlenstoffs. In solcher Weise findet man, daß folgende Temperaturen erzielt werden können bei:

Führt man aber nur die einfache Luftmenge in den Verbrennungsraum ein, so daß die Hälfte des Kohlenstoffs zu Kohlensäure, die andre Hälfte zu Kohlenoxyd verbrannt wird, so erhält man folgende höhere Temperaturen:

Dies sind die höchsten Temperaturen, welche sich technisch durch einfache Verbrennung der Heizmaterialien auf einem Rost in dem Feuerraum erreichen lassen. Bei Anwendung von Gasen aber und unter den oben angegebenen Bedingungen kann man dem theoretischen pyrometrischen Wärmeeffekt erheblich näher kommen.

Vgl.   Strott, Über Heizmaterialien, Anleitung zur Ermittelung des Brennwertes etc. (Holzmind. 1876);

Fischer, Chemische Technologie [* 16] der Brennstoffe (Braunschw. 1880);

Krüger, Lehre [* 17] von den Brennmaterialien (Jena [* 18] 1883).