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  • Der virtuelle Kraftwerksrundgang

    Kohle besteht überwiegend aus Kohlenstoff und Wasserstoff, die bei der Verbrennung mit dem Luftsauerstoff zu Kohlendioxid und Wasserdampf reagieren. Weil das Verbrennungsgas daneben noch Anteile anderer Verbrennungsprodukte enthält, wird es in eigens dafür vorgesehenen Anlagen in drei Stufen gereinigt.

    Kohlekraftwerke sind Wärmekraftwerke. Bei der Verbrennung der Kohle entsteht Wärme, mit der Wasser erhitzt wird. Dabei entsteht Dampf, der anschließend eine Turbine durchströmt. Die Turbinenwelle treibt wiederum einen Generator an, mit dem Strom erzeugt wird. Die Naturgesetze erlauben es leider nicht, die Brennstoffenergie vollständig in Strom umzuwandeln. Ein Teil der aus der Kohle gewonnen Energie wird deshalb mit dem Kühlwasser und dem Abgas in die Umgebung entlassen. Die Aufgabe unserer Ingenieure ist es, diesen Anteil so klein wie möglich zu halten, damit die Brennstoffressourcen geschont und möglichst wenig Kohlendioxid erzeugt wird.

    Der Kessel

    Im Kessel wird die Kohle verbrannt und damit Dampf erzeugt. Weil trockener Kohlenstaub vollständiger und schneller verbrennt als Kohlestücke, wird die Kohle zunächst in großen Mühlen zu Staub zermahlen und dabei mit warmer Luft getrocknet. Anschließend wird das Kohlenstaub-Luft-Gemisch über die Brenner in den Kessel geblasen. Dort erfolgt die Verbrennung, bei der die in der Kohle enthaltene Energie freigesetzt wird. Die Wände des Kessels bestehen aus einem System von Rohrleitungen, durch das Wasser gepumpt wird. Das Verbrennungsgas gibt seine Wärme an das Wasser ab, das dabei erhitzt wird. Es entsteht Dampf, der den Kessel schließlich mit einer Temperatur von deutlich über 500 Grad Celsius und einem Druck von 200 bar oder mehr verlässt. Das Verbrennungsgas wird anschließend gereinigt.

    Stickstoffoxidminderung:
    Die DeNOx-Anlage

    Kohle enthält geringe Anteile von Stickstoff, aus dem bei der Verbrennung zum Teil Stickstoffoxid entsteht. In der DeNOx-Anlage wird Stickstoffoxid aus dem Abgas der Kohleverbrennung entfernt. Dazu wird Ammoniak in den Abgasstrom gedüst und das Gemisch über Katalysatoren geleitet. Katalysatoren fördern erwünschte chemische Reaktionen, ohne dabei selber mit anderen Stoffen zu reagieren. In den Kraftwerkskatalysatoren reagieren Ammoniak und Stickstoffoxide miteinander, und es entstehen Stickstoff und Wasserdampf, also natürliche Bestandteile unserer Luft.

    Elektrofilter:
    Entstaubung des Rauchgases

    Die nicht brennbaren Bestandteile der Kohle fallen zum Teil im Kessel zu Boden und werden dort abgeführt, zum Teil werden sie vom Verbrennungsgas mitgerissen. Um diesen Flugstaub nicht in die Umgebung gelangen zu lassen, muss er aus dem Abgas entfernt werden. Dazu wird das Abgas durch Elektrofilter geleitet. Dort wird der Staub negativ aufgeladen und dann von der positiv geladenen Elektrode angezogen. Er setzt sich dort ab und wird regelmäßig abgeschlagen. Mehr als 99,9 % des Staubes können so aus dem Abgas entfernt werden. Der Staub wird in einem Silo zwischengespeichert und schließlich abtransportiert und zu Baustoffen weiterverarbeitet.

    Rauchgasentschwefelung

    Kohle enthält auch geringe Anteile von Schwefel. Bei der Verbrennung im Kessel oxidiert dieser Schwefel zu Schwefeldioxid. In der Rauchgasentschwefelungsanlage (kurz REA) wird das Schwefeldioxid mit einem chemischen Verfahren aus dem Verbrennungsgas entfernt. Dies geschieht in dem sogenannten Wäscher. Darin wird das Abgas aufwärts geleitet, gleichzeitig wird in Wasser gelöster Kalk von oben in den Wäscher gesprüht. Diese Kalkmilch bindet das Schwefeldioxid. Bei der Reaktion entsteht Gips, der in der Bauwirtschaft Verwendung findet.

    Der Generator

    Der Generator besteht aus einem feststehenden Teil (Stator) und einem sich drehenden Teil (Rotor). Der Rotor ist fest an die Turbinenwelle gekuppelt, deshalb spricht man oft vom Turbogenerator. Im Generator wird die Drehbewegung der Welle in elektrische Energie, also Strom, umgewandelt. Im öffentlichen Stromnetz fließt Wechselstrom mit 50 Hertz, d.h. 50 Mal pro Sekunde wechselt die Stromrichtung. Der Rotor dreht sich mit der Turbinenwelle 3000 Mal pro Minute oder 50 Mal pro Sekunde, was der Netzfrequenz von 50 Hertz entspricht.

    Der Dampf- und Kühlwasserkreislauf

    Der Wasser-Dampf-Kreislauf im Kraftwerk ist ein geschlossenes System: Wasser wird im Kessel verdampft, der Dampf in der Turbine entspannt und dann im Kondensator zu Wasser kondensiert, das mit Pumpen wieder in den Kessel gefördert wird. Daneben gibt es einen Kühlwasserkreislauf: Im Kondensator wird der Abdampf der Turbine an Tausenden von Rohren vorbei geleitet, die von Kühlwasser durchströmt werden und so den Dampf zu Wasser kondensieren. Dabei wird das Kühlwasser aufgewärmt. Früher wurde das Kühlwasser oft einem Fluss entnommen und aufgewärmt zurückgeführt. Heute wird die damit verbundene Erwärmung der Flüsse vermieden. Stattdessen wird das Kühlwasser in einem Kühlturm gekühlt. Dazu rieselt es im Kühlturm aus einigen Metern Höhe in ein Auffangbecken, die Kühlturmtasse, und wird dabei von der Umgebungsluft gekühlt, die im Kühlturm wie in einem Kamin aufsteigt. Ein Teil des Kühlwassers verdampft dabei und wird als Kühlturmfahne sichtbar; dieser Verlust wird durch Frischwasser ersetzt. Anschließend wird das Kühlwasser wieder zum Kondensator gepumpt.

    Die Turbine

    Der energiereiche Dampf aus dem Kessel wird auf die Turbine mit ihren zahlreichen Schaufelreihen geleitet. In jeder Schaufelreihe gibt der Dampf einen Teil seiner Energie ab (und wird dabei kühler und sein Druck geringer), und diese Energie wird von den Schaufeln auf die Turbinenwelle übertragen: Die Welle dreht sich. Die Turbine besteht aus drei Teilen: Zuerst strömt der Dampf durch die Hochdruckturbine, danach wird er im Kessel nochmals aufgeheizt und anschließend auf die Mitteldruckund die Niederdruckturbine geleitet. Hinter der Turbine hat der Dampf nur noch eine Temperatur von 30 bis 40 Grad Celsius, ist aber immer noch gasförmig, weil dort Unterdruck herrscht. Er wird im Kondensator zu Wasser kondensiert, das anschließend wieder in den Kessel gepumpt werden kann.