Helmut Effenberger

Dampferzeugung

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Helmut Effenberger

Dampferzeugung

Mit 516 Abbildungen

Springer

Professor Dr.-Ing. Helmut EffenbergerSchweizer StraBe 2301069 Dresden

ISBN 3-540-64175-0 Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York

Die deutsche Bibliothek - crr-Binheitsaufnahme

Effenberger, Helmut: Dampferzeugung 1 Helmut Effenberger - Berlin ; Heidelberg ; New York;Barcelona; Hongkong ; London ; Mailand ; Paris ; Singapur ; Tokio: Springer, 2000

(vm-Buch)ISBN3-54°-64175-0

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000

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Satz: nach reproduktionsfertigen Vorlagen des Autors bearbeitetvon Marianne Schillinger-Dietrich, Berlin

Einbandgestaltung: Struve & Partner, Heidelberg

SPIN: 10575659 68/3020 - 5 43 2 1 0 - Gedruckt auf saurefreiem Papier

Vorwort

Das vorliegende Handbuch solI die groBen Fortschritte, die in den letzten dreiJahrzehnten auf dem Gebiet des Dampferzeugerbaues erreicht wurden, aufzeigenund zusammenfassen. Es solI sowohl dem Projekt- und Betriebsingenieur alsauch dem Studenten und forschend tatigen Ingenieur das Grundwissen des Fach­gebietes und vor allem die engen Zusammenhange der verschiedensten Fachdiszi­plinen verdeutlichen, die zum Niveau im Dampferzeugerbau beigetragen haben.

Der Dampferzeuger ist ein klassisches Beispiel dafur, wie das Wissen vielerFachdisziplinen, u.a. Thermodynamik, Stromungsmechanik, Werkstofftechnik,Chemie, Technische Mechanik und Festigkeitslehre, Konstruktionslehre undAutomatisierungstechnik, notwendig ist, urn einen Dampferzeuger projektieren,fertigen und betreiben zu konnen, der den hohen Anforderungen an die Sicherheitund dem Umweltschutz gerecht wird. Auch jedes praxisrelevante mathematischeBerechnungsmodell muB die Verkniipfung statischer und dynamischer Vorgangefachgebietsiibergreifend enthalten.

In einer Zeit, die vom Begriff "Okologie" gepragt ist, hat es der Dampferzeu­gerbau schwer, seine Akzeptanz zu behalten. AIle fundierten Prognosen zur Ener­gieerzeugung zeigen, daB uber 50 % der Energie in den nachsten 2 bis 3 Jahr­zehnten mit fossilen Primarenergietragern erzeugt werden und die Kohle dabei anerster Stelle steht. Der Dampferzeuger bleibt somit im Kraftwerk ein Hauptaggre­gat, das mit seiner Feuerung und dem Wiirmeiibertragungssystem die ersten Stu­fen des Energieumwandlungsprozesses bis zur Dampflieferung realisiert.

Durch Erkenntnisse in der Forschung und im Betrieb wurde der Dampferzeu­ger in den letzten drei Jahrzehnten zu einem Aggregat entwickelt, welches hoch­stes technisches und okologisches Niveau in sich vereinigt. Die heutigen Dampf­erzeuger haben hohe bis iiberkritische Dampfparameter, Leistungen bis1000 MWe1 und Feuerungen, die fur jeden Brennstoff die betrieblichen und um­weltrelevanten Bedingungen erflillen. Neue Verfahren, wie die Wirbelschichtfeue­rung, die Reststoff- und Biobrennstoffverbrennung, der kombinierte Kreislauf mitvorgeschalteter Gasturbine oder integrierter Kohlevergasung, die optimale Nut­zung der Abgaswarme und die Schadstoffeinbindung wurden entwickelt undpraktisch eingefuhrt. Wirkungsgrad und Verfligbarkeit sind weitere Pramissen, diegebiihrend beachtet wurden.

Das aus der Vorlesung ,,Dampferzeuger" und den beiden Lehrbiichern ,,Dampf­erzeuger" und ,,Dampferzeugerbetrieb und AuBenanlagen" des Verfassers hervor­gegangene Handbuch enthalt in 12 Kapiteln Ausflihrungen zu Entwicklungsetap­pen auf dem Fachgebiet, zu Brennstoffen und ihren Eigenschaften, zur Statik(Verbrennungsrechnung) und Dynamik (zeitlicher Verbrennungsablaut) der Ver­brennung in der Schicht, im Wirbelbett und in der Schwebe, zur Brennstoffaufbe-

VI Vorwort

reitung, zu den verschiedenen Feuerungssystemen fur gasformige, flUssige undfeste Brennstoffe, zu den Wasserumlaufsystemen mit Grundlagen der Wasserum­lauf- und Stabilitatsberechnung, zu den Verdampfer-, Uberhitzer- sowie Speise­wasservorwarmer- und Luftvorwarmer-Heizflachen. In diesen, der Feuerung unddem Druckteil zugeordneten Kapiteln werden die Prinzipien, Berechnungsgrund­lagen, Betriebserfahrungen und Beispiele ausgefuhrter Anlagen behandelt. Darle­gungen zur Berechnung des Dampferzeugerwirkungsgrades, des Warmeubergan­ges vom Rauchgas an Dampf im Bereich der Strahlungs- und Konvektionsheizfla­chen sowie des Druckverlustes vervollstandigen die Kenntnisse auf dem Gebietdes eigentlichen Dampferzeugers.

Der Entwicklungstendenz geschuldet, werden auch thermische Abfallbehand­lungsanlagen , Abwarmedampferzeuger, kombinierte Kraftwerksprozesse undVerfahren zur Emissionsminderung bei Dampferzeugern, zu denen die Entstau­bung, Entstickung und Entschwefelung der Rauchgase gehoren , behandelt. Ineinem weiteren Kapitel werden ausgewahlte Probleme zum Bauteilverhalten imBetrieb angefUhrt, u.a. die Einsatzweise und Manovrierfahigkeit, Verfugbarkeit,Bauteilbeanspruchung, die Heizflachenverschlackung und -verschmutzung sowieder VerschleiB durch Erosion.

Die Hille an Stoff machte es notwendig, auf ebensowichtige Gebiete wieWerkstoffeinsatz, Geblase, RauchgasabfUhrung, Bekohlung und Entaschung so­wie Speisewasseraufbereitung ganz zu verzichten. Gleiches trifft auf die Auto­matisierung sowie die Armaturen- und Sicherheitseinrichtungen zu. Bei der ma­thematischen Modellierung der Dampferzeuger- und Feuerungsberechnung wurdeauf das vorhandene Schrifttum verwiesen. Zu allen Kapiteln ist ein umfangreichesLiteraturverzeichnis angegeben, welches das tiefere Eindringen in Detailfragenleicht ermoglicht.

Moge das Handbuch nach seinem Erscheinen vom Praktiker wie auch vornStudierenden recht haufig .zur Hand" genommen werden, urn sich uber denneuen Stand im Fachgebiet ,,Dampferzeugung" zu informieren. Bei der Problem­vielfalt ist es notwendig, in gewissen Zeitabstanden das gesicherte Wissen und dieErfahrungen einer Fachdisziplin zusammenfassend darzustellen, wie es die klassi­schen Standardwerke von F. Munzinger, K. Schroder, M. Ledinegg und R. Dolezalvorbildlich getan haben.

Zu Dank verpflichtet bin ich Herstellerfirmen, u.a, Babcock Kraftwerkstechnik,L. & C. Steinmiiller und ganz besonders ALSTOM Energy Systems (vormalsEVT Stuttgart), die mir entsprechendes Bildmaterial zur Verfugung stellten.

Herm Prof. Dr. K. Gomer danke ich fur seine UnterstUtzung und Hinweise,insbesondere fur das Kapitel ,,Feuerungen".

Mein besonderer Dank gilt Frau Kunze, die mit groBem Einsatz das Manuskriptin der gewUnschten Form erstellt hat.

Dem Springer-Verlag danke ich fur die Forderung , Unterstutzung und ange­nehme Zusammenarbeit bei der Herstellung und Ausstattung des Buches.

Dresden, im Herbst 1999 H. Effenberger

Inhaltsverzeichnis

1 Entwicklung im Dampferzeugerbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 Aufgaben. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . .. . . ... .. ... . . .. . . . ... 11.2 Bauarten. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . .......... . . . ... .. ... .... . . . . 2

1.2.1GroBwasserraumkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.2Wasserrohrdampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.3 Einordnung in das Kraftwerk . . . . . . . . . . . . 14

2 BrennstotTe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.1 Feste Brennstoffe...... . . 202.1.1 Entstehung und Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.1.1.1 Torf, Braunkohle, Steinkohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.1.1.2 Sonstige Brennstoffe, Abfallstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.1.2Charakterisierung elementarer Brennstoffeigenschaften . . . . . . 302.1.2.1 Aschegehalt........ . . . . . . . .. .. ..... ..... ..... . . 302.1.2.2 Wassergehalt... .. .. . .. . . . . . . . . . . . ... . ... ....... 352.1.2.3 Schwefelgehalt . . . . . . .......... . . . . .. . . . . . . . . . . . 362.1.2.4 Stickstoffgehalt.. ... . . .. .......... . ..... ..... . . . 372.1.2.5 Brenn- und Heizwert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.1.2.6 Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.2 Fliissige Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.2.1Charakterisierung elementarer Brennstoffeigenschaften . . . . . . 432.2.2Ph ysikalische Eigenschaften . . . . . . . 43

2.3 Gasformige Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.3.1 Physikalische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3 Verbrennung................... . . .. . .... ....... . ............... 50

3.1 Statik der Verbrennung. . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . . . .. . . ...... . . .. 503.1.1Brennstoffkenngroben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.1.2Vollkommene Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.1.2.1 Verbrennungsluftmenge. . .. . . .. . . . .. .. .......... 543.1.2.2 Rauchgasmenge . . . ... .... . ...... . . ... . . ... .. ... 55

3.1.3Unvollkommene Verbrennung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.1.4Statistische Verbrennungsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.1.5 Stoffwerte des Rauchgases............. . . .. . . . ... . . ..... . 60

3.2 Dynamik der Verbrennung 693.2.1Reaktionskinetik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

VIII Inhaltsverzelchnis

3.2.1.1 Homogene Reaktion. . ...... ... . .... ... . . .... . ... 713.2.1.2 Heterogene Reaktion 72

3.2.2Verbrennung in der Schicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.2.2.1 Trocknung .... . . ..... . . .. . . .. . . . ... . . .. .... .... 793.2.2.2 Ziindung.. . . . . .... . . . . ... . .... .. . . ..... ... .... . 813.2.2.3 Heterogene und homogene Verbrennungsreaktion

in und uber der Schicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.2.3Verbrennung in der Wirbelschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.2.3.1 Stromung . .... . . . . ... . . . . . . . .. . . . .... .. .... . ... 853.2.3.1.1 Stationare Wirbelschicht. . . . . . . . . . . . . . . . 863.2.3.1.2 Zirkulierende Wirbelschicht. . . . . . . . . . . . . 96

3.2.3.2 Warmeiibergang. .. ..... .... . . . . . .. . . . . . .. .. . . .. 1053.2.3.2.1 Warmeubergang Fluid zu Partikeln 1053.2.3.2.2 Warmeubergang Wirbelschicht zu Heiz-

flache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.2.3.3 Verbrennung . . . . . . . . .... . . . ..... .. . .... . . . .... . 114

3.2.4Verbrennung im Flugstrom 1203.2.4.1 Pyrolyse und Ziindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1213.2.4.2 Koksabbrand........ . .... . . ... . . ... .... ....... . 1313.2.4.3 Abbrandverlauf. . . . . . ........ . . .... . .. . .. . .. . ... 1383.2.4.4 Mathematische Flammenmodellierung. . . . . . . . . . . . . 141

3.3 NOx-Bildungsmechanismus. . . . . ... . . . . . ... ..... ....... . .. . .. 1453.3.1Brennstoff-NO 1473.3.2Thermisches NO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1483.3.3Prompt-NO 1493.3.4EinfluBgroBenauf die NOx-Bildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

3.3.4.1 Flammentemperatur . ... . . . . ... . .. . . . .... ... ... . . 1503.3.4.2 Sauerstoffangebot. .... . . . .. .. . . . . .... ... ........ 1503.3.4.3 Verweilzeit....... ... .. . . ...... . . ... ... . ....... . 1513.3.4.4 Brennstoff .. . . ..... ... .. . . . . . . . . . . ... . . . ....... 152

3.3.5MaBnahmen zur Senkung der NOx-Emission . . . . . . . . . . . . . . . 153

4 Feuerungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

4.1 Charakterisierung der Feuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1564.1.1 Stromungstechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1564.1.2Warmetechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1574.1.3 Reaktionstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

4.2 Gasfeuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1604.2.1 Brennkammer..... . . .... . ..... .. . . . . .. . . .... ... ...... . . 1614.2.2 Gasbrenner . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1644.2.3Gasversorgungsanlage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

4.3 Olfeuerungen. . . . . . . . . .... . . . . . . . ... . . . ... ... . . ...... . ... .. . 1734.3.1 Brennkammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1734.3.20Ibrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

4.3.2.1 Druckzerstauber .... . . ....... . . ... ...... ... . .. .. 1814.3.2.2 Injektionszerstauber. .... . . . ..... . ... . .. . ..... . .. 183

Inhaltsverzeichnis IX

4.3.2.3 Rotationszerstauber . .......... .... ... . ... ... . . .. 1864.3.3 Olversorgungsanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

4.4 Rostfeuerungen..... . . . . ... ... .. . . . . . . . .. .. . . ...... ... ..... . 1904.4.1Wanderrost 1924.4.2 Schtirrost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1974.4.3 Brennstoffaufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2004.4.4 Brennkammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2014.4.5 Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2024.4.6 Kennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

4.5 Wirbelschichtfeuerungen .... ........... . ...... .... . ... . . ... . . 2054.5.1 Stationare Wirbelschichtfeuerung ... . . . . ... . 207

4.5.1.1 Verfahrens- und apparatetechnische Aspekte . . 2074.5.1.2 Betriebsanlagen und Erfahrungen 231

4.5.2Zirkulierende Wirbelschichtfeuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2164.5.2.1 Allgemeine verfahrenstechnische Aspekte. . . . . . . . . . 2164.5.2.2 Verfahren, Betriebsanlagen und Erfahrungen . . . . . . . 222

4.5.2.2.1 EVT-Verfahren ...... .... . .. ... ....... 2224.5.2.2.2 Lurgi-Verfahren , 2314.5.2.2.3 Babcock-CIRCOFLUID-Verfahren . . . . . . 2334.5.2.2.4 Steinmtiller- und Thyssen-Verfahren . . . . . 239

4.5.3Druck-Wirbelschichtfeuerung 2404.5.4 Umweltschutz bei Wirbelschichtfeuerungen. . . . . . . . . . . . . . . . 247

4.5.4.1 SOz-Emission............ ..... . ... ...... ....... 2484.5.4.2 NOx-Emission.... .. . . . . . . . . . .. . . . .. . . .. . . . . . . . . 2514.5.4.3 CO-Emission .. ............ .. .... ..... ........ .. 2544.5.4.4 Halogenwasserstoff-Emission .. ... . .... . . ... . . .. . 2544.5.4.5 Feste Ruckstande und Verwertungsmoglichkeiten . . . 255

4.6 Staubfeuerungen . . . . . . . .... . . . . . . . . . . . ...... ... . ...... ...... 2574.6.1Kohlenstaubmahlanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

4.6.1.1 Direkte Einblasung.. . . ... . . . . .. . . . ... . . .. . . . ... . 2584.6.1.2 Staubzwischenbunkerung..... . . . .. . . .. . . .... .... 2614.6.1.3 Sicherheitstechnische Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . 262

4.6.2 Kohlenstaubmtihlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2644.6.2.1 Schlager- und Schlagradmtihlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2664.6.2.2 Walzmtihle.......... .. . ....... . .... .... . ... . . . . 2754.6.2.3 Rohrmtihle ........... ..... ..... . ... ..... . .... .. 2794.6.2.4 Mtihlenbetrieb............ . ...... .... .... . .... .. 282

4.6.2.4.1 Mahlfeinheit, Sichtung, Arbeitsbedarf . . . . 2824.6.2.4.2 Trocknung . . .. . . . . . .. . .. . .. . . .. . . .. . . . 2934.6.2.4.3 Teillast, Kohledurchsatz, Zustands-

anderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2994.6.2.4.4 VerschleiB . . . . . . . .. . . . . . .. . .. . . . . .... . 3024.6.2.4.5 Mtihlenantrieb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

4.6.3 Staubfeuerungsbauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3084.6.3.1 Staubfeuerung mit trockenem Ascheabzug . . . . . . . . . 3084.6.3.2 Staubfeuerung mit flussigem Ascheabzug . . . . . . . . . . 3224.6.3.3 Brennkammer und Staubzufuhrung . . . . . . . . . . . . . . . . 329

X Inhaltsverzelchnls

4.6.4 Kohlenstaubbrenner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3364.6.4.1 Anforderungen.................... ..... ........ 3374.6.4.2 Bauarten . .............................. ...... .. 3394.6.4.3 Stromungsfeld . ............ ............ . .. ... . . . 3454.6.4.4 Brennerauslegung. . . . . . . . . . . . .... . . . . . . . .. . . . . . . 350

4.6.5 Primarentstickung . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3574.7 Thermische Reststoffbehandlungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

4.7.1 Gesetzesvorschriften 3704.7.2 Abfallstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3724.7.3Thermische Verfahren. ............ . . . .. . . . .. .. . . . . . . . . . . 375

4.7.3.1 Verbrennungssysteme....... ............ ..... . .. 3784.7.3.2 Pyrolyse-Verbrennungs-Systeme. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3994.7.3.3 Vergasungssysteme ........ . . . . ... . . .... . .. . . . . . 4034.7.3.4 Verbrennung von Klarschlamm, Industrieruck-

stande und Sonderabfall 4084.7.4 Betriebserfahrungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418

4.8 Brennkammerdimensionierung . . . . . . . ..... . . .... . . . . ... . ... . .. 4254.8.1Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4254.8.2Kenngroflen. 4274.8.3 Warmeubertragung und Brennkammertemperatur . . . . . . . . . . . 4304.8.4Warmestromdichte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4364.8.5 Mathematische Brennkammermodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437

5 Dampferzeuger-Drucktell. . . • • . . • . . . . . . . . . . . . . • . . • • . . . . . . • • • . . • . . 440

5.1 Gesetzliche Bestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4435.2 Speisewasserqualitlit . . . . . ... ......... . . . .... . . . . .. . . . . .. . . .. . 4455.3 Naturumlauf-Dampferzeuger.......... . . . . .. . . . . .. . . . .. . . ... . . 448

5.3.1Prinzip 4485.3.2Zweiphasenstromung . . . ... . . .... . . . . . . .. . . . . ... . .... .. .. 4505.3.3Siedekrise , Warmeubertragung und Druckverlust der Zwei-

phasenstromung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4545.3.4 Naturumlaufstromung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4615.3.5Zuverllissigkeit der Umlaufstromung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4745.3.6Dampferzeuger mit Naturumlauf...... . ...... . . . ... ... . . . . 4775.3.7Betriebsverhalten 486

5.4 Zwangumlauf-Dampferzeuger........... . .. ..... . ..... .... . .. 4905.4.1Prinzip 4905.4.2Umlaufstromung 4915.4.3 Dampferzeuger mit Zwangumlauf 4965.4.4 Betriebsverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

5.5 Zwangdurchlauf-Dampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . .............. .. 5015.5.1 Durchlaufstromung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501

5.5.1.1 Druckverlust . ............... ....... ..... .... . .. 5025.5.1.2 Stromungsstabilitat..... .. .... ............ ... . ... 5065.5.1.3 Siedekrise, Warmeubertragung 510

5.5.2Durchlaufverdampfer-Ausfiihrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513

Inhaltsverzeichnis XI

5.5.3Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit variablem Verdampfungs-endpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5215.5.3.1 Prinzip. . . .. . . . . . . . . . ... . . .... . . . ... . ... . ..... . 5215.5.3.2 Ausgefuhrte Dampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5235.5.3.3 Betriebsverhalten . ... . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

5.5.4Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit festem Verdampfungs-endpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5385.5.4.1 Prinzip . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . . . 5385.5.4.2 Ausgefuhrte Dampferzeuger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5415.5.4.3 Betriebsverhalten ....... .... . . . ... . . .... . ...... . 548

5.6 Uberhitzer . . . . . . .... . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . .. . . . . . . 5495.6.1Strahlungsuberhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5505.6.2Konvektionstiberhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5545.6.3Uberhitzeranordnung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5575.6.4Uberhitzerauslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6515.6.5Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5675.6.6 Dampftemperatur-Regelung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

5.6.6.1 Anforderungen, dynamisches Verhalten . . . . . . . . . . . . 5695.6.6.2 Regelungsverfahren.. . ... . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . . . . 574

5.7 Speisewasservorwlirmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . 5795.7.1Bauarten..... . .. . . . . . .. ... . .... . ..... . . . ... . . . ... 5795.7.2Betriebsverhalten 581

6 Luftvorwarmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

6.1 Rekuperativ-Luftvorwlirmer . .. .. . .. ..... .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 5846.2 Regenerativ-Luftvorwlirmer.. . .. . . ... . . . . . .. . . . . . .. . . . .... . . . 5866.3 Betriebsverhalten .. . . .. . . ...... ....... .. . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . . 592

7 Abwarme-Dampferzeuger..... ... . .... ... . . . . . . .... . .... ..... .. . 598

7.1 Bauarten . . . . .. . . . . ... . . ... . . .. . .... . . . . . . ... . . . .. . . . ... . . .. 5997.2 Auslegung . .. . . . . .. .. . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . ... . . . .... . . .. 6017.3 Ausgefuhrte Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

8 Wirkuogsgrad und Verluste 611

8.1 Bedeutung des Wirkungsgrades 6118.2 Dampferzeuger-Wirkungsgrad.. . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . ... . . . .. .. 6148.3 Einzelverluste. . . . . . . . . .... . . . . . . .. .. . . . . . . .. . . . .. . . . ... . . . . . 6168.4 Wirkungsgradmessung .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . ... . . . . 623

9 Warmeiibertraguogund Druckverlust. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624

9.1 Warmeubertragung in der Brennkammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6259.1.1Gasstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6259.1.2 Festkorperstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6299.1.3 Berechnung der Brennkammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

9.2 Warmeubertragung im Schottraum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634

XII Inhaltsverzeichnis

9.3 Warmeubertragung in Konvektionsheizflachen , . . . . . . . . . . . . . . . . . 6379.3.1Warmeubertragung bei erzwungener Stromung durch Rohre. . 6389.3.2 Warmeubertragung bei erzwungener Stromung um Rohre

und Rohrbiindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6409.3.3 Gasstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6429.3.4 Warmeubertragung in Regeneratoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6429.3.5Warmeiibertragung an Rippenrohren , 646

9.4 Berechnung der Heizflache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6499.5 Druckverlust.. . ..... . .. .. ..... ...... ... . ... . . . . ... .. . . . . .... 653

9.5.1Druckverlust bei der Stromung durch Rohre und Kanale . . . . . 6539.5.2Druckverlust bei der Stromung quer zu Rohrbiindeln . . . . . . . . 655

10 Bauteilverhalten im Betrieb. •• . . . • . . . . • . . . . . . . . . • • . . • • . . . • • . • . . . . 658

10.1 Einsatzweise und Manovrierfahigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65810.2 Verfiigbarkeit und Zuverlassigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66110.3 Bauteilbeanspruchung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67010.4 Verschlackung und Verschmutzung der Heizflachen , 681

10.4.1 Untersuchungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68210.4.2 Mechanismus der Ansatzbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68510.4.3 GegenmaBnahmen 68910.4.4 Heizflachen-Reinigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692

10.4.4.1 Reinigungsverfahren wahrend des Betriebes . . . . . . 69310.4.4.2 Reinigungsverfahren bei Stillstand . . . . . . . . . . . . . . . 699

10.5 AbtragverschleiB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69910.5.1 Theoretische Grundlagen .. .. ...... ..... ... .. ... ... . . . . . 70010.5.2 Verschlei13erscheinungsformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70910.5.3 Verschleillbekampfung .. 712

11 Verfahren zur Emissionsminderung bei Dampferzeugern. . . . . . . . . . . 715

11.1 Emissionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71511.1.1 Gesetzliche Regelungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71611.1.2 Grenzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71811.1.3 Emissionskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719

11.2 Feststoffabscheidung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72411.2.1 Mechanische Abscheider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726

11.2.1.1 Grundlagen. . . .. .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72611.2.1.2 Technische Anlagen.. .. . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . 73011.2.1.3 Betriebsverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732

11.2.2 Filternde Abscheider . . . . . . . 73211.2.2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73211.2.2.2 Textile Filtermaterialien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73311.2.2.3 Technische Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734

11.2.3 Elektrische Abscheider. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 73511.2.3.1 Grundlagen . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73611.2.3.2 Technische Anlagen. .. . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 74011.2.3.3 Betriebsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742

Inhaltsverzeichnls XIII

11.3 Schadgasabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 74411.3.1 Rauchgasentschwefelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .... . . ... 745

11.3.1.1 NaBverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74611.3.1.1.1 Absorptionsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74611.3.1.1.2 Technische Anlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 74811.3.1.1.3 Betriebserfahrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754

11.3.1.2 Halbtrockenverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75411.3.1.3 Trockenverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 756

11.3.2 Rauchgasentstickung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75811.3.2.1 Selektive katalytische Reduktion . . . . . . . . . . . . . . . . 75911.3.2.2 Selektive nichtkatalytische Reduktion . . . . . . . . . . . . 763

12 Kombinierte Kraftwerksprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765

12.1 Energieerzeugung und Umwelt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76512.2 Kraftwerksprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767

12.2.1 Gas- und Dampfturbinen-Prozef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76712.2.2 Gas- und DampfturbinenprozeB mit Zusatzfeuerung

(KombiprozeB) 77312.2.3 Gas- und DampfturbinenprozeB mit wasser-/dampfseitiger

Kopplung (Verbundprozefs) 77412.2.4 Gas- und DampfturbinenprozeB bei Kohleeinsatz . . . . . . . . . . 776

12.2.4.1 Gas- und DampfturbinenprozeB mit integrierterKohlevergasung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77712.2.4.1.1 Prozesse mit DruckvoUvergasung 77812.2.4.1.2 Prozesse mit Druckteilvergasung . . . . . . . 788

12.2.4.2 Gas- und Dampfturb inenprozeB mit integrierterKohleverbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78912.2.4.2.1 Prozesse mit Druckwirbelschicht-

feuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78912.2.4.2.2 Prozesse mit Druckkohlenstaub-

feuerung '. . . . . . . . . . . . . . 79112.3 ProzeBvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846

Inserentenverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853