Kohlenstaubfeuerung ist ein Feuerungsverfahren zur Erzeugung thermischer Energie aus gemahlener Kohle.
Die Kohle wird in einer Mahlanlage gemahlen und getrocknet. Anschließend wird sie entweder in einem Zwischenbunker gespeichert (indirekte Feuerung) oder direkt aus dem Mühlenausgang (Sichter) pneumatsich zu den Kohlenstaubbrennern gefördert (direkte Feuerung). In modernen Großkraftwerken (200 MW -1000 MW) sind direkte Staubfeuerungen heute die Regel. Indirekte Feuerungen findet man häufig in Zementwerken oder bei kleineren Dampfkesseln.
Durch das Aufmahlen der Kohle vergrößert sich ihre Oberfläche so stark, dass eine schnelle Verbrennung im Feuerungsraum gwährleistet ist. Auf Grund der kurzen Reaktionszeiten mit der Verbrennungsluft ist im Gegensatz zur Rostfeuerung der gespeicherte Energieinhalt in der Feuerung sehr gering. Der Haupvorteil der Kohlestaubfeuerung ist ihr besserer Wirkungsgrad (hoher Ausbrand der Kohle, niedrigerer Luftüberschuss) sowie die bessere (schnellere) Regelbarkeit der Feuerungsleistung.
Die Aufmahlung sowie die Korngröße der Kohleteilchen hängen von der eingesetzten Kohle ab. Als wichtigste Vertreter seien hier genannt:
- Steinkohle (Aufmahlung in vertikalen Schüsselmühlen mit einer Austrittskorngröße von 70 µm und einer Austrittstemperatur von ca. 100°C)
- Braunkohle (Aufmahlung in Schlagradmühlen mit einer Austrittskorngröße von 100 µm bis zu 1000 µm und einer Austrittstemperatur von ca. 250°C)
Zum Brenner gefördert wird die Kohle in direkten Feuerungen in einem Massenverhältnis Luft zu Kohle von ca. 2. Bei indirekten Feuerungen ist dieses Verhältnis z.T. deutlich kleiner, bis 0,1.
Die Kohle wird in einem Kohlenstaubbrenner verbrannt. Dieser Brenner besteht aus der pneumatischen Kohlezuführung (von der Mühle) sowie einer Verbrennungsluftzuführung. Die Luft wird mit dem Kohlenstaub am Brenneraustritt zusammengeführt und von der heißen Flamme gezündet. Eine Kohlestaubfeuerung mit einem Hilfsbrenner gezündet (Gas oder Öl.
Es gibt zahlreiche Brennerformen und Ausführungen der Luftzuführung (sogenannte Luftstufungen), um die Verbrennung möglichst schadstoffarm zu gestalten. Häufigstes Ziel ist hierbei die Absenkung der Brennertemperatur zur Verringerung der Stickoxid-Bildung. Eine Kohlenstaubfeuerung besteht aus Gruppen von Kohlestaubbrennern (meist in Ebenen am Kessel angebracht). In der Regel speist eine Mühle eine Gruppe von mehrere Brennern in einer Ebene. Ein Großkessel kann eine Höhe von über 100 m erreichen. Die Kohlestaubfeuerung befindet sich im unteren Teil des Kessels (bis ca 40 m) aufgeteilt in ca. 3-6 Ebenen, welche jeweils einige Meter übereinander angeordnet sind.
Die Kohlenstaubfeuerung wird vorwiegend in Kraftwerken zur Dampferzeugung angewandt. Hier gibt es mehrere Varianten, die im Wesentlichen durch die Anordnung der Kohlenstaubbrenner charakterisiert sind:
- Tangentialfeuerung: Bei dieser Feuerungsart sind die Brenner rund um den Kessel angebracht und so ausgerichtet, dass die eingetragene Kohle aller Brenner einer Ebene in einer spiralförmigen Bahn im Kessel aufsteigt. Vorteile dieser Feuerungsart ist der lange (spiralförmige) Ausbrandweg.
- Wandfeuerung: Bei dieser Feuerungsart sind die Brenner an einer Wand angebracht (Einseitenfeuerung), oder auch an gegenüberliegenden Seiten (Doppelwandfeuerung). Manchmal sind die Brenner der gegenüber liegenden Seiten auch gegeneinander versetzt (Boxerfeuerung). Wandfeuerungen haben den Vorteil, dass man die Flamme näher am Brenner kontrollieren kann. Somit ist eine variablere Luftführung möglich.
Die meisten Feuerungen sind heutzutage Trockenfeuerungen. Dies bedeutet, dass die Brennraumtemperatur unter dem Schmelzpunkt der Schlacke liegt. Ältere Anlagen sind als Schmelzkammerfeuerung ausgelegt. Eine noch häufig in den USA verwendete Feuerungsart ist die Zyklonfeuerung, welche die Kohle im Brenner (Zyklonbrenner) verbrennt und ebenfalls eine Schmelzfeuerung ist.
Moderne Kohlestaubfeuerungen von Kohlekesseln haben ca. 4-10 Mühlen pro Kessel und 16 - 40 Brenner. Eine solche Feuerung verbrennt zwischen 100 t und 400 t Kohle pro Stunde.
Die erste Kohlenstaubfeuerung wurde Anfang des 20. Jahrhundert in den USA gebaut. Es werden derzeit jedes Jahr über hundert dieser Kohlegroßfeuerungsanlagen errichtet, die meisten in Indien und China.
Neben dem Einsatz stationär betriebenen Anlagen, wurde die Kohlenstaubfeuerung auch bei Dampflokomotiven eingesetzt. Hier hat sie sich wegen der dauernd ändernden Brennerleistung nicht durchsetzen können. Da bei einer Dampflok die Feuerung dauernd reguliert werden muss, und die Kohlestaubfeuerung keine Energie einspeichert, kann nie eine optimale Verbrennungleistung erreicht werden.