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schmelzkammerfeuerung

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Schmelzkammerfeuerung

Die Schmelzkammerfeuerung, auch kurz Schmelzfeuerung genannt, macht sich die Eigenschaft der Kohlenasche zunutze, ab einer bestimmten Temperatur zu schmelzen.

Das große Problem im Dampferzeugerbau war und ist die Verschmutzung der Heizflächen. Rückstände auf den Heizflächen (Schlacke) wirkt isolierend und verkleinert den Wärmedurchgang an das zu verdampfende Wasser. Je mehr der Kessel verschmutzt ist, umso kleiner wird seine Dampfleistung und umso mehr kostbare Wärme wird einfach zum Kamin hinausgelasen. Weiterhin können nachgeschaltete Heizflächen Schaden nehmen. Da am verschmutzten Teil der Heizflächen weniger Wärme übergeht, sind automatisch die Rauchgase wärmer als sonst und können so nachliegende Heizflächen, die für geringere Temperaturen ausgelegt sind, beschädigen oder zerstören. Um das Schlackeproblem zu lösen dachte man sich folgendes: Wenn man die Temperatur in der Feuerung derart erhöht, dass die Schlacke schmilzt und flüssig wird (ca. ab 1550°C), kann man sie direkt aus der Feuerung abfließen lassen, bevor sie Heizflächen verschmutzen kann. Daraufhin entwickelte man solche Feuerungen, mit denen dies möglich war. Man hob die Feuerraumtemperaturen z.B. bei der Zyklonschmelzfeuerung bis auf ca. 1800°C an, um ein sicheres Schmelzen der Schlacke zu gewährleisten. Um solch hohe Temperaturen generieren zu können, schloss man den Feuerraum vom Rest des Kessels durch eine Verengung ab.

Jede Schmelzfeuerung besteht normalerweise aus der eigentlichen Schmelzkammer, in der die Schlacke geschmolzen wird und dem eigentlichen Kessel. Zu unterscheiden sind offene und geschlossene Schmelzkammern. die offene Schmelzkammer sitzt meist direkt unter dem Kessel, die geschlossene Schmelzkammer ist durch eine Verengung vom Hauptkessel abgetrennt und sitzt seitlich vom Hauptkessel (waagerechter Zyklon, U- und SU-Feuerung, VKW-Schmelzkammer, etc.). Die Schmelzkammer hat i.d.R. einen leicht geneigten Boden, damit die geschmolzene Schlacke gut aus der Kammer ablaufen kann. Sie fließt am tiefsten Punkt der Kammer in einen Schacht, der in ein Wasserbad mündet. Dort wird die Schlacke abgeschreckt und erstarrt als vielseitig verwendbares Granulat (z.B. Straßenbau). Die geschlossene Schmelzkammer und der eigentliche Kessel sind stets durch einen Rost aus wassergekühlten Rohren, den sog. Fangrost abgetrennt. Dieser Rost soll letzte flüssige Schlacketeilchen aus dem Rauchgasstrom abfangen, bevor sie im Hauptkessel an die Heizflächen gelangen können. Der Fangrost bildet auch eine sog. Temperaturschwelle im Kessel. Hinter ihm soll die Verbrennung abgeschlossen sein. Da wir bei Schmelzfeuerungen von Temperaturen weit über 1500°C sprechen, ist es mit normalen Stählen als alleinigem Werkstoff nicht mehr getan. Die Schmelzkammer, der Fangrost und auch der Rest des Kessels bestehen aus Rohren, die von Wasser durchströmt werden. Ungeschützt würde der Stahl bei solch hohen Temperaturen in kürzester Zeit verbrennen. Deshalb kleidet man die Schmelzkammer mit einem Schutzfilm, der sog. Stampfmasse aus. Diese Stampfmasse besteht aus einer Siliziumverbindung (Siliziumkarbid und Chromerze), die bis über 1700°C temperaturbeständig ist. Damit die schützende Stampfmasse auf den Rohren haften bleibt, versieht man sie mit Stiften, die auf das Rohr aufgeschweißt werden. Wir sprechen von sog. Stiftrohren. Die Stifte bestehen i.d.R. aus dem Werkstoff Sicromal 12 (ein hochwarmfester, rostfreier stahl). Die gesamte Schmelzkammer mit ihrer Berohrung wird mit dieser Stampfmasse verschmiert, um die Rohre vor der direkten Temperatur zu schützen. Da in der Schmelzkammer die meiste Wärme freigesetzt wird, findet hier auch der meiste Wärmeübergang an das Wasser statt. Deshalb befindet sich die Schmelzkammer immer im Verdampferkreis eines Dampferzeugers. Sie ist das bestgekühlte Teil im Kessel.

Table of contents
1 Verschiedene Bauweisen
2 Immissionsschutz
3 Besonderheiten
4 Weblinks

Verschiedene Bauweisen

Zu unterscheiden sind eine Fülle von Bauarten. Die ersten beiden Bauarten der folgenden Beispiele sind offene Schmelzfeuerungen, die anderen Arten sind geschlossen. Die Mutter aller Schmelzfeuerungen ist der Schmelztrichter. Weiterhin gibt es den Zündtisch, die U- und SU-Schmelzkammer, die Schmelzkammer nach VKW, die Wirbelschmelzkammer und daraus resultierend das Paradebeispiel der Schmelzfeuerung, die Zyklonschmelzfeuerung. Die Zyklonfeuerung wurde senkrecht (z.B. KSG, Dürr) und waagerecht (Babcock) gebaut. Natürlich hatten die Schmelzfeuerungen auch alle einen entscheidenden Nachteil, weshalb sie heutzutage nur noch selten zu finden sind. Der Nachteil resultiert aus den hohen Betriebstemperaturen. Erstens ist die Schmelzfeuerung dadurch sehr materialintensiv, zweitens entstehen bei den extrem hohen Temperaturen sehr große Mengen an Stickoxid, sog. thermisches NOx. Besonders die Zyklonfeuerungen mit bis zu 1800°C Feuerraumtemperatur sind Spitzenreiter in punkto NOx-Emissionen. Würde man die Feuerraumtemperatur absenken, würden auch die Emission an thermischem Stickoxid fallen, andererseits muss eine bestimmte Feuerraumtemperatur herrschen, um den Schmelzfluss der Schlacke sicherzustellen. Die Temperaturdifferenz zwischen Schlackenschmelzpunkt und Feuerraumtemperatur (Feuerraumtemperatur > Schmelztemperatur) nennt man die Länge der Schlacke. Ist die Temperaturdifferenz groß, spricht man von einer langen Schlacke, ist sie klein, redet man von einer kurzen Schlacke.

Immissionsschutz

Mit modernen Rauchgas-Reinigungsanlagen, wie z.B. Entstickung, schafft man es, den hohen Stickoxid-Emissionen Herr zu werden. Natürlich entsteht bei der Verbrennung auch ein beachtlicher Teil an Schwefeldioxid, der aber immer vom Schwefelgehalt der Kohle abhängt. Das Schwefeldioxid entfernt man duch Rauchgasentschwefelung (REA) größtenteils aus dem Abgas.

Besonderheiten

Die erste Schmelzkammerfeuerung Deutschlands wurde 1932 im Cuno-Heizkraftwerk in Herdecke in Betrieb genommen.


Fortsetzung und Bilder folgen...

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