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Feuerung,

 

Einrichtung zur Erzeugung von Wärme durch die Verbrennung fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe. Die beim Verbrennungsprozess gewonnene Wärmeenergie wird entweder auf Heizflächen oder auf als Wärmeträger geeignete Medien übertragen; sie dient zur Erzeugung von Wasserdampf (Dampferzeuger) oder zur Erhitzung und gegebenenfalls Verdampfung anderer Stoffe (chemische Industrie, metallurgische Prozesse) sowie zum Trocknen und Heizen. Art und Größe der Feuerungsanlagen richten sich nach dem Verwendungszweck. Die Feuerung besteht aus einem Feuerraum mit Brenner, umgeben von feuerfesten Umfassungswänden und Einrichtungen zur Zufuhr von Brennstoff (Leitungen, Gebläse) sowie zur Ableitung von Verbrennungsrückständen wie Asche und Rauchgas (Schornstein).

 

Die Feuerung für feste Brennstoffe, wie z. B. Steinkohle, Braunkohle, Torf, Industrie- und Hausmüll, wird meist als Rostfeuerung ausgeführt. Sie wird v. a. in kleineren Industrie- und Heizwerken sowie in Müll- und Abfallverbrennungsanlagen eingesetzt. Der grobkörnige Brennstoff befindet sich auf einem Rost aus Eisenstäben, durch dessen Zwischenräume die notwendige Verbrennungsluft zugeführt wird. Je nach Stärke des Schornsteinzugs werden neben dem natürlichen Druckunterschied zusätzliche Einrichtungen, z. B. Saugzugventilator oder Druckbelüftung durch »Unterwindfeuerung«, benutzt, um die zur Verbrennung erforderliche Zugstärke herbeizuführen. Im Dampf erzeugenden Veloxkessel wird der Brennraum außerdem unter erhöhten Druck gesetzt. Der Planrost, der für Innenfeuerung in Flammrohrkesseln verwendet wird, ist ein ebener, ruhender Rost, meist für Wurfbeschickung und Entschlackung von Hand konzipiert; die gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes wird durch eine mechanische Schürvorrichtung herbeigeführt. Bei Planrostfeuerung ist zusätzliche Wirbelluft zur Verhinderung von Rußbildung notwendig. Der Wanderrost besteht aus einem endlosen Rostband, das über zwei Wellen umläuft, auf dem der Brennstoff durch den Feuerraum geführt, verbrannt und die Schlacke am Ende abgeworfen wird. Zwischen dem oberen und unteren Band befinden sich Zonenluftkästen, durch die dem Rostbelag Luft zugeführt wird. Der Vorschubrost ist um 10º bis 20º geneigt und besteht aus wechselweise festen und beweglichen Stufen; Letztere werden mit veränderlicher Hubzahl vor- und zurückgeschoben, wobei der Brennstoff transportiert und gewendet wird und die Schlacken aufgebrochen werden. Weitere Bauformen sind neben Rückschub-, Schuppenwander- und Schüttelrost v. a. der Walzenrost, der besonders zur Müllverbrennung entwickelt wurde; beim Übergang von einer Walze auf die nächste werden die Schichten immer wieder gewendet und kommen mit dem bereits gezündeten Brennstoff in Berührung, wodurch die Durchzündung beschleunigt wird.

 

Bei der Staubfeuerung (Kohlenstaubfeuerung) wird die Kohle vor dem Eintritt in den Brennraum aufbereitet, in Fremdkraft-, Fliehkraft- oder Schlagmühlen gemahlen und anschließend getrocknet. Die Ventilatorwirkung der Mühlen erzeugt gleichzeitig eine gewisse Pressung zum Einblasen des Staubes in den Brennraum; meist ist jedoch eine Zumischung von Sekundärluft notwendig. Wichtig für die Verbrennung ist eine schnelle Zündung und eine vollständige Ausfüllung des Brennraumes ohne Totraum und Wirbelbildung. Nach der Anordnung der Brenner unterscheidet man Front-, Tangential- und Deckenfeuerung. Neben der trockenen Staubfeuerung gibt es die Schmelzfeuerung, bei der die Verbrennungstemperatur zwischen 1 400 und 1 700 ºC beträgt, sodass die anfallende Schlacke schmilzt und dann in flüssigem Zustand abgeführt werden kann. Eine besonders schadstoffarme Feuerungstechnik ist die Wirbelschichtfeuerung. Durch Zugabe von Kalk werden große Mengen Schwefeldioxid noch im Feuerraum zu Calciumsulfat umgesetzt und in die Asche eingebunden; die günstige Betriebstemperatur (800-900 ºC) führt auch zu einer geringeren Stickoxidbildung. Die Wirbelschichtfeuerung ist bei kleinen Wärme- und Stromerzeugungsanlagen (100-200 MW) eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Feuerungstechniken mit Rauchgasentstaubungs- und Rauchgasentschwefelungsanlagen. - Wichtige Zusatzeinrichtungen für Feuerung mit festen Brennstoffen sind Anlagen zur Entstaubung, Entaschung und Ascheverwertung.

 

Feuerungen für flüssige Brennstoffe,

 

meist Ölfeuerungen (für Mineralöle unterschiedlicher Viskosität), werden nur in geringem Maße in Kraftwerken, häufig aber in Industriebetrieben und in Wohnhäusern eingesetzt. Bei der Zuführung zum Brenner wird der Brennstoff (z. B. Schweröl) zunächst erwärmt, um die Viskosität zu verringern, und anschließend verdampft oder zerstäubt. Voraussetzung für eine gute Verbrennung ist eine gründliche Mischung des Ölnebels mit der Luft, die dem Brenner durch eine getrennte Leitung zugeführt wird. Die Zündung erfolgt meist elektrisch mithilfe von Zündgas (z. B. Propan). Da beim Verdampfen von flüssigem Brennstoff leicht zündfähige Gemische entstehen oder vom vorherigen Betrieb unverbrannte Gasreste vorhanden sein können, sind für den Betrieb von Ölfeuerung bestimmte Sicherheitsvorkehrungen nötig, z. B. Abschalten der Brennstoffzufuhr bei Erlöschen der Flamme oder Einhalten einer Vorlüftzeit, bevor die Zündung erfolgt. Vorteile der Ölfeuerung sind geringere Investitionskosten und bessere Automatisierbarkeit sowie weitgehend rückstandslose Verbrennung.

 

Feuerungen für gasförmige Brennstoffe

 

(z. B. Gicht-, Stadt- und Erdgas) werden im Hüttenwesen, in Industrieöfen, Gasturbinenbrennkammern und Haushaltsanlagen verwendet. Bei ihnen läuft die Verbrennung schneller als bei festen oder flüssigen Brennstoffen ab, da keine Verdampfung oder Vergasung mehr notwendig ist. Die Mischung ist für die Güte der Verbrennung ausschlaggebend; man unterscheidet Brenner mit Vormischung, bei der Gas und Luft im Brenner vor der Zündung gemischt werden, und Brenner mit Nachmischung, bei der die Mischung erst unmittelbar vor Zündung am Brenneraustritt stattfindet.

 

Wichtige Kennzahlen der Feuerung sind die Feuerraumbelastung, die den pro Feuerraumeinheit entbundenen Wärmestrom (in W) angibt, die Querschnittsbelastung, die auf den Feuerraumquerschnitt bezogene Wärmestromdichte (in W/m²), sowie die Heizflächenleistung, die auf die projizierte Feuerraumheizfläche bezogene, übertragene Wärmestromdichte. Daneben sind für die Feuerung auch die Luft- und Brennstoffmenge sowie der Druck und die Temperatur im Feuerraum von Bedeutung und werden daher laufend messtechnisch überwacht. Weitere wichtige Kenngrößen sind die Emissionswerte, besonders der Ausstoß von Staub sowie schwefeloxid- und stickoxidhaltigen Rauchgasen, aber auch die Lärmbelastung. Wesentliche Grundlagen zur Beurteilung der Emissionen sind das Bundesimmissionsschutzgesetz sowie die Technischen Anleitungen zur Reinhaltung der Luft und zum Schutz gegen Lärm. Großfeuerungsanlagen der Kraft- und Fernheizungswerke belasten die Umwelt erheblich mit Schadstoffen. Durch die VO über Großfeuerungsanlagen vom 22. 6. 1983 zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes wird eine Begrenzung aller Emissionskomponenten (Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Kohlenmonoxid, Halogenverbindungen und Staub) vorgeschrieben. Die Anforderungen der VO sind nach Feuerwärmeleistungsklassen geordnet. Altanlagen müssen zur Schadstoffminderung mit Rauchgasentschwefelungs- und Entstickungsanlagen nachgerüstet werden. Seit 1993 müssen alle Altanlagen den für Neuanlagen geltenden Anforderungen entsprechen. Kleinfeuerungsanlagen in privaten Haushalten, Handwerks- und Gewerbebetrieben, in der Landwirtschaft und in öffentlichen Einrichtungen tragen in Ballungsgebieten ebenfalls erheblich zur Schadstoffbelastung bei. Durch die VO über Kleinfeuerungsanlagen in der Fassung vom 14. 3. 1997 werden die Anforderungen an die Feuerungsanlage (z. B. Abgasverluste) und an die erlaubten festen und gasförmigen Brennstoffe vorgeschrieben. Für Kohle darf z. B. der Massegehalt an Schwefel 1 % nicht überschreiten. Für Kleinfeuerungsanlagen, die die Grenzwerte nicht einhalten, gelten Fristen, bis zu deren Ablauf die Grenzwerte eingehalten werden müssen (spätestens bis zum 1. 11. 2004).

 

Literatur:

 

M. Ledinegg: Dampferzeugung, Dampfkessel, F. einschließl. Atomreaktoren (Wien ²1966);

 

Tb. für den Maschinenbau, begr. v. H. Dubbel, hg. v. W. Beitz u. a. (¹⁸1995);

 K.-E. Wirth: Zirkulierende Wirbelschichten (1990);

 K. Görner: Techn. Verbrennungssysteme (1991);

 

Heiztechnik, hg. vom Dt. Institut für Normung, DIN, Bd. 4: F.s-Technik. Normen, techn. Regeln (²1991);

 E. Marx: Ölfeuerungstechnik (1992).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Feuerung: Wärmeerzeugung durch Verbrennung