Vorwort
Räume müssen klimatisiert, Fahrzeuge und Maschinen angetrieben werden. Um unsere Bedürfnisse nach Wärme und Antrieb zu erfüllen, muss die Energie, wie sie sich in der Umwelt vorfindet in eine nutzbare Form umgewandelt werden. Die Verbrennung zur Bereitstellung von jederzeit verfügbarer Wärme gehört zu den ältesten Technologien der Menschheit. Standen ursprünglich die Nutzung des Feuers zur Jagd, zur Herstellung von Gerät, zur Wärmeerzeugung und Bekömmlichmachung der Nahrung im Vordergrund, so erfolgte im Laufe der industriellen Revolution die Ermöglichung von Antriebsmaschinen und die Wärmegewinnung in großindustriellem Maßstab. Erst nach der Mitte des 20. Jahrhundert erweiterte sich die Aufgabenstellung der Verbrennungs- und Feuerungstechniker dahingehend, dass die Verbrennungsführung emissionsarm umgestaltet werden musste. Heute wird neben der Minimierung der Luftschadstoffe zusätzlich die Reduktion der Treibhausgase angestrebt. Dies soll nicht nur durch die effizientere Nutzung der Energie erfolgen, sondern über Prozesse realisiert werden, die es einfach erlauben, das unvermeidlich entstehende Kohlendioxid abzutrennen und aufzufangen. Vision ist die Bereitstellung elektrischen Stroms in einem C02 -freien Kohlekraftwerk, ein Anachronismus per se.
Zielsetzung des vorliegenden Buches ist die Darstellung der Verbrennung unter dem Aspekt der technischen Realisierung. Basierend auf den Grundlagen der chemischen Thermodynamik und der Reaktionstechnik wird neben der Berechnung der Wärmefreisetzung und der Verbrennungstemperatur die Entstehungsmechanismen der Luftschadstoffe bei der Verbrennung aufgezeigt. Primär sowie Sekundärmaßnahmen zur Reduktion der Schadstoffemission in vielen Bereichen der Verbrennungstechnik, wie beispielsweise in Gasturbinen, werden dargestellt. In der technischen Anwendung spielen die Geometrie des Verbrennungsraumes und die Mischprozesse eine grundlegende Rolle. Deshalb wird detailliert auf die Möglichkeiten der numerischen Berechnung von Flammen und die Ermittlung von Emissionen in technischen Brennräumen eingegangen. Ein Überblick über die Gesetze und Verordnungen der Luftreinhaltung und über Standardmessverfahren der Luftschadstoffe runden die Darstellung ab.
Das Buch entstand im Rahmen meiner zwei-trimestrigen Vorlesung zur Technischen Verbrennung an der Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg für Studenten des Maschinenbaus vorwiegend der Vertiefungsrichtung Energie- und Umwelttechnik sowie Fahrzeugtechnik. Meinen Mitarbeitern Herrn Dipl.-Ing. Sebastian Harder schulde ich Dank für die Bearbeitung der Kap. 11, 12 und 13 sowie für die kritische Durchsicht des Manuskriptes, Herrn Dipl.-Ing. Andreas Matysiak für die Bearbeitung des Kapitels 14. Ohne die unermüdliche Bearbeitung des Skriptums und der Abbildungen sowie die Überarbeitung zum druckfertigen Manuskript durch Frau Gerds wäre die vorliegende Darstellung nicht möglich gewesen. Auch ihr sei hiermit gedankt. Nicht zuletzt möchte ich mich beim Springer Verlag für sein Verständnis bedanken, dass das Buch in diesem Umfang erscheinen konnte, so dass die meisten Themen mit denen sich ein Ingenieur beschäftigen muss, wenn er eine Brennkammer verstehen bzw. auslegen will, zumindest soweit geboten werden können, dass ein Überblick für weitere Vertiefungen zur Verfügung gestellt wird.
Hamburg, Sommer 2006
Franz Joos