Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik

Lehrangebot des IFK

Lehrveranstaltungen des IFK im Winter- und Sommersemester

 

Vorlesungen des IFK im Wintersemester
 

Lehrveranstaltungen im Wintersemester 2018/2019

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Dozent: Dr.-Ing. U. Vogt

Inhalt der Vorlesung:

  • Air pollutant compounds, definitions
  • Natural sources of air pollutants
  • Pollutant formation during combustion and industrial processes
  • Dispersion of air pollutants in the atmosphere, meteorological influences, inversions
  • Chemical reactions in the atmosphere (overview)
  • Impacts on human beings, vegetation and materials (overview)
  • Ambient air quality

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Dozent: Univ.-Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht

Inhalt der Vorlesung:

  • Einführung: Historischer Überblick, Entwicklung des Wärmekraftwerks, Eigenschaften von Wasser bzw. Dampf, Kreisprozesse
  • Übersicht Dampferzeugerbauarten: Rauchrohr- und Wasserrohr-Dampferzeuger, Verdampferprinzipien (Umlauf- und Zwangdurchlaufverdampfer, Einsatzgebiet), Ausführungsbeispiele, Abhitzedampferzeuger, Sonderbauarten
  • Feuerungen für Dampferzeuger: Übersicht über Brennstoffe und Feuerungssysteme einschließlich Nebensysteme, elementare Verbrennungsrechnung, Stoffwerte von Rauchgasen
  • Wärme- und Strömungstechnik: Energiebilanz und Wirkungsgrad, Wärmebilanz des Wasser/Dampfsystems und der Brennkammer, Luftvorwärmung, Brennkammerdimensionierung (Belastungskennzahlen, Wärmeübertragung durch Strahlung), Bilanzierung eines Heizflächenabschnitts, Heizflächenanordnung und -gestaltung, Verdampfungsvorgang (Wärmeübergang, Siedekrisen, Druckverlust, Stabilität, Strömungsverteilung, Komponentenauslegung), Wärmeübergang durch Konvektion, Druckverlust, Möglichkeiten der Dampftemperaturregelung, rauchgasseitige Schwingungen
  • Komponenten und Nebenanlagen: Druckteile, Tragkonstruktion, Luft- und Rauchgassystem, Komponenten zur Brennstoffzerkleinerung und -zuteilung, Komponenten der Feuerungsanlage, Systeme zur Rauchgasreinigung, Wärmeverschiebesysteme
  • Werkstoffe und Festigkeit: Berechnung der maximalen Drücke und Temperaturen, Spannungskategorien, Spannungshypothesen und Kesselformel, Spannungsbegrenzung, Werkstoffe, Erschöpfungsrechnung
  • Betriebsweisen, Anfahren und Dynamik: Schaltungsvarianten (für Dampfkraftwerke), Belastungsweise, dynamische Merkmale eines Kraftwerksblocks, Blockregelung und Betriebsweisen, Laständerungsvermögen, Einzelregelungen, Anlagenschutz
  • Speisewasserchemie und Korrosion: Chemie des Arbeitsmittels Wasser/Dampf, Korrosionen an von Wasser bzw. Dampf berührten Bauteilen, Korrosionen auf der Rauchgasseite
  • Neuere Entwicklungen: senkrechte Verdampferberohrung für Zwangdurchlaufdampferzeuger, Kohlevortrocknung, höhere Dampfzustände und Werkstoffentwicklungen, alternative Dampferzeugerkonzepte, Abwärmenutzung, Konzepte mit CO2-Abscheidung

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Dozent: Dr.-Ing. H.-J. Gehrmann

Inhalt der Vorlesung:

  • firing system for thermal waste treatment
  • exercise - calculations for thermal waste treatment
  • exercise - calculations for design of a plant
  • design of a thermal waste treatment facility

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Dozenten: Univ.-Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht / Dr. sc. agr. L. Eltrop / Apl. Prof. Dr.-Ing. U. Schnell

Inhalt der Vorlesung:

I: Bereitstellung von biogenen Energieträgern

  • Biologische und verfahrenstechnische Grundlagen zur Produktion und Bereitstellung von Biomasse als Brennstoff zur energetischen Nutzung
  • technisch-wirtschaftliche Entwicklungsperspektiven und ökologische Auswirkungen
  • Einordnung der systemanalytischen und energiewirtschaftlichen Zusammenhänge
  • Rahmenbedingungen einer Nutzung in Energiesystemen

II: Energetische Nutzung von Biomasse

  • Brennstofftechnische Charakterisierung von Biomasse
  • Einführung in Verbrennungs- und Vergasungstechnologien sowie die Fermentation
  • Emissionsverhalten und Einführung in die Abgasreinigung
  • Einführung in die Umwandlungsverfahren zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme
  • Einführung in physikalisch-chemische und biochemische Umwandlungsverfahren

Lernziele:

  • Die Studierenden haben die Grundlagen der Nutzung von Biomasse verstanden.
  • Sie kennen Qualität, Verfügbarkeit und Potentiale von Biomasse, die wichtigsten Umwandlungsverfahren Verbrennung, Vergasung und Fermentation, die damit verbundenen Emissionen sowie die nachgeschalteten Prozesse zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung.
  • Sie können ihre erlangten Kenntnisse für die Beurteilung des verstärkten Einsatzes von Biomasse zur Energieerzeugung einsetzen. Des weiteren können sie Anlagen- und Nutzungskonzepte energetisch beurteilen und vergleichend gegenüberstellen.

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Dozent: Apl. Prof. Dr.-Ing. habil. G. Baumbach

Inhalt der Projektübung:

  • Einführende Vorlesung und Sprechstunden:
    Besprechung der generellen Thematik und der Vorgehensweise bei der Projektübung

  • Projektarbeit mit Präsentation:
    Erarbeitung der Emissionsminderungsmöglichkeiten für einen ausgewählten konkreten Fall aus Industrie oder Gewerbe:
    • Beschreibung des ausgewählten industriellen oder gewerblichen Prozesses
    • Beschreibung der Emissionsquellen und der Emissionsentstehung bei diesem Prozess
    • Möglichkeiten der Emissionsminderung bei dem spezifischen Prozess

In der einführenden Vorlesung erfolgt eine Einführung in das Thema. Es werden Themen ausgegeben, über die die Studierenden eigenständige Ausarbeitungen (Gruppenarbeit zu dritt) erstellen. Die genaue Festlegung des jeweiligen Themas und die Besprechung der Vorgehensweise erfolgen in der ersten Sprechstunde. In einem zweiten Sprechstundentermin können fachliche Aspekte und Fragen zur Präsentation besprochen werden. Die Präsentationen dieser Arbeiten erfolgen durch die Studierenden am Semesterende in Deutsch oder Englisch.

  • Teilnahme an einer Exkursion

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Content of Project work:

  • Introducing lecture and office hours
    Discussion of the general subject and procedure of the project work

  • Project work with presentation:
    Working out of possibilities of emissions reduction measures for a special selected case of industrial processes:
    • Description of the selected industrial process
    • Description of the emissions sources and pollutant formation within this process
    • Possibilities of emissions reduction for this specific process

During the first lecture an introduction into the subject will be given. Possible specific subjects will be presented about which the students work independently (in groups of 3 participants). The final fixation of the subject will be realized in the first office hour. During a second office hour special questions of the subject and the presentation can be discussed. At the end of semester the projects will be presented in English or German.

  • Participation in one excursion

Dozent: Univ.-Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht

Inhalt der Vorlesung:

  • Combustion and Firing Systems: Characterisation of fuels, combustion fundamentals, gasification principles, design of firing and gasification systems

  • Flue Gas Cleaning: Methods for dust removal, nitrogen oxide reduction (catalytic/ non-catalytic), flue gas desulfurisation (dry and wet), processes for the separation of specific pollutants.

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Dozent: Dr. rer. nat. M. Specht, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)

Im Rahmen der Vorlesung werden die aussichtsreichsten Optionen regenerativ erzeugter Brenn- und Kraftstoffe, deren Herstellungspfade sowie die Vor- und Nachteile der verschiedenen Energieträger diskutiert. Hierbei wird auch auf die vermiedenen CO2-Emissionen, die energetische Effizienz bei der Erzeugung der Sekundärenergieträger in Abhängigkeit von der Wahl der Ressourcen und der Prozessführung eingegangen.
Die Vorlesung schließt zwei Exkursionen ein.

Technische Inhalte der Vorlesung:

  • Erzeugung von flüssigen und gasförmigen Energieträgern: Methanol, Ethanol, synthetische Benzin- und Dieselkraftstoffe, Pflanzenöle und deren Ester, Wasserstoff, Erdgassubstitut, Dimethylether, Synthesegas, etc.
  • Biomasse als Ressource: Thermochemische Konversion optimiert auf wasserstoffreiche Produktgase; Gasreinigung/Gaskonditionierungsverfahren; Syntheseprozesse; Strom als Ressource: Power-to-Gas-Prozess; Nutzung von CO2 als Ressource für die Herstellung von C-basierten Kraftstoffen
  • Nutzung von flüssigen und gasförmigen Energieträgern - u.a. in neuen Energiewandlern wie z.B. Brennstoffzellen

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Dozent: Dr.-Ing. U. Vogt

Inhalt der Vorlesung:

  • Strahlung und Strahlungsbilanz
  • Meteorologische Elemente (Luftdichte, Luftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind) und ihre Messung
  • Allgemeine Gesetze
  • Aufbau der Erdatmosphäre
  • Klein- und großräumige Zirkulationssysteme in der Atmosphäre
  • Wetterkarte und Wettervorhersage
  • Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre
  • Stadtklimatologie
  • Globale Klimaveränderungen und ihre Auswirkungen, „Ozonloch“

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Dozent: Hon. Prof. Dr.-Ing. H. Kohler

Inhalt der Vorlesung:

  • Definition of primary technologies and end of pipe applications
  • Total energy and material balance
  • Advantages and risks of both solutions
  • Primary technologies in product and production; examples and study results
  • Consequences for product lifetime and quality
  • Hierarchy regarding environmental technologies.

Excursion to an industrial plant to illustrate the subjects of the lecture The participation in one excursion is compulsory for this module.

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Dozent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Lens

Inhalt der Vorlesung:

  • Einführung in grundlegende Regelaufgaben in elektrischen Energieversorgungssystemen
  • Regelungstechnisches und dynamisches Zusammenwirken von Kraftwerken und Verbrauchern mit dem elektrischen Netz im Verbundbetrieb
  • Aufgaben der Netzführung unter Berücksichtigung der Primär- und Sekundärregelung
  • Lastflussrechnung als Grundlage für das detaillierte dynamische Netzverhalten
  • Spannungsregelung und Blindleistungshaushalt
  • Einsatzoptimierung von Kraftwerken
  • Dynamisches Verhalten und Regelkonzepte verschiedener Typen von Kraftwerken auf Basis von erneuerbarer und konventioneller Energie
  • Aktuelle Herausforderungen an das europäische Übertragungsnetz:
    • Einbindung stark schwankender Anteile erneuerbarer Energien
    • Zunahme der Leistungsflüsse über große Entfernungen
    • Ausweitung des Stromhandels
    • Rolle von Speichern
  • Zur Vertiefung der Inhalte werden verschiedene Übungen angeboten.

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Dozent: Dr.-Ing. B. Risio

Inhalt der Vorlesung:

  • Einsatzfelder für technische Flammen in der Energie- und Verfahrenstechnik
  • Techniken zur Abbildung industrieller Feuerungssysteme
  • Aufbau und Funktion moderner Höchstleistungsrechner
  • Algorithmen und Programmiertechnik für die Beschreibung von technischen Flammen auf Höchstleistungsrechnern
  • Besuch des Virtual-Reality (VR)-Labors des HLRS und Demonstration der VR-Visualisierung für industrielle Feuerungen
  • Methoden zur Bestimmung der Verlässlichkeit feuerungstechnischer Vorhersagen (Validierung) an Praxis-Beispielen
  • Optimierung in der Feuerungstechnik: Gradientenverfahren, evolutionäre Verfahren und genetische Algorithmen

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Dozent: Apl. Prof. Dr.-Ing. U. Schnell

Inhalt der Vorlesung:

  • Strömung
  • Strahlungswärmeaustausch
  • Brennstoffabbrand und Schadstoffentstehung in Flammen und Feuerräumen:
    • Grundlagen
    • Berechnung
    • Modellierung

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Vorlesungen des IFK im Sommersemester
 

Lehrveranstaltungen im Sommersemester 2018

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Dozent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Lens

Durch die Liberalisierung der Energiemärkte und der zunehmenden Einspeisung erneuerbarer Erzeugung sind el. Verbundsysteme weltweit großen Veränderungen unterworfen. Das frequenzsynchrone kontinentaleuropäische Verbundsystem erstreckt sich bereits heute von Nordafrika über Westeuropa bis in die Türkei und ist damit eines der größten Verbundsysteme weltweit. Um bei den sich verändernden Randbedingungen weiterhin einen sicheren und stabilen Netzbetrieb ermöglichen zu können, rückt das dynamische Verhalten elektrischer Verbundsysteme (Stichwort „Netzstabilität“) immer stärker in den Fokus.

Inhalt der Vorlesung:

  • Grundlegende Zusammenhänge der Netzdynamik
    • Momentanreserve, Netzselbstregeleffekt, Leistungs-Frequenz-Regelung
  • Netzstabilität: Einordnung verschiedener Stabilitätsaspekte
  • Dynamik der Erzeuger und Verbraucher
    • Einfluss auf das Frequenzverhalten
    • Auswirkungen zunehmender dezentraler/erneuerbarer Erzeugung
  • Ursachen und Analyse elektromechanischer Schwingungen (Netzpendelungen)

Zur Vertiefung der Vorlesungsinhalte werden Rechnerübungen angeboten.

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Dozent: Univ.-Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht

Inhalt der Vorlesung:

  • Grundlagen zur Energieumwandlung: Einheiten, energetische Eigenschaften, ver-schiedene Formen von Energie, Transport und Speicherung von Energie, Energiebilanzen verschiedener Systeme
  • Energiebedarf: Statistik, Reserven und Ressourcen, Primärenergieversorgung und Endenergieverbrauch
  • Primärenergieträger: Charakterisierung, Verarbeitung und Verwendung
  • Bereitstellungstechnologien für Wärme, Strom und Kraftstoffe
  • Transport und Speicherung von Energie in unterschiedlichen Formen
  • Energieintensive industrielle Prozesse: Stahlerzeugung, Zementherstellung, Ammoniakherstellung, Papierindustrie
  • Techniken zur Begrenzung der Umweltbeeinflussungen
  • Treibhausgasemissionen
  • Rahmenbedingungen: Emissionsbegrenzung, Klimaschutz, Förderung erneuerbarer Energien

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Dozent: Apl. Prof. Dr.-Ing. U. Schnell

Inhalt der Vorlesung:

  • Kraftwerksanlagen I:
    • Energie und CO2-Emissionen
    • Energiebedarf und -ressourcn
    • CO2-Anreicherungs- und Abscheideverfahren
    • Referenzkraftwerk auf der Basis von Stein- und Braunkohle
    • Wirkungsgradsteigerung durch fortgeschrittene Dampfparameter
    • Prinzipien des Gas- und Dampfturbinenkraftwerks

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  • Kraftwerksanlagen II:
    • Kombinierte Gas- und Dampfturbinenkraftwerksprozese
    • Erdgas-/Kohle-Kombi- und Verbundkraftwerke
    • Vergleich von Kraftwerkstechnologien

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Dozent: Apl. Prof. Dr.-Ing. habil. G. Baumbach/Dr.-Ing. U. Vogt

Inhalt der Vorlesung:

  • Reine Luft und Luftverunreinigungen, Definitionen
  • Natürliche Quellen von Luftverunreinigungen
  • Geschichte der Luftbelastung und Luftreinhaltung
  • Emissionsentstehung bei Verbrennungs- und industriellen Prozessen
  • Ausbreitung von Luftverunreinigungen in der Atmosphäre: Meteorologische Einflüsse, Inversionen
  • Atmosphärische Umwandlungsprozesse: Luftchemie
  • Umgebungsluftqualität

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Dozent: Dr.-Ing. U. Vogt

Inhalt der Vorlesung:

  • Measurement tasks:
    • Discontinuous and continuous measurement techniques, different requirements for emission and ambient air measurements

  • Measurement principles for gases:
    • IR- and UV Photometer, Colorimetry, UV fluorescence, Chemiluminescence, Flame Ionisation, Potentiometry

  • Measurement principle for Particulate Matter (PM):
    • Gravimetry, Optical methods, Particle size distribution, PM deposition, PM composition
    • Assessment of measured values
    • Data storage and processing
    • Graphical presentation of data

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Dozent: Dr.-Ing. U. Vogt

Content of project work and presentation:

  • Definition and description of the measurement task
  • Measurement strategy
  • Site of measurements, measurement period and measurement times
  • Parameters to be measured
  • Measurement techniques, calibration and uncertainties
  • Evaluation of measurements
  • Quality control and quality assurance
  • Documentation and report
  • Personal and instrumental equipment

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Dozent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Lens

Inhalt der Vorlesung:

  • Einführung in die Verfahrenstechnik von Dampfkraftwerken und kombinierten Gas- und Dampfkraftwerken
  • Einführung in den Aufbau und die Funktionsweise der Leittechniksysteme
  • Aufbau und Funktionsweise verschiedener analoger und digitaler Messungen sowie deren Anbindung an Leittechniksysteme
  • Darstellung und Herleitung verschiedener Regelkonzepte und deren Anwendung im Kraftwerksbereich. Die Konzepte reichen dabei von einfachen P/PI-Reglern bis hin zu modellbasierten Regelungen.
  • Modellbasierte Steuerungen als Ergänzung der Regelkonzepte

Informationen in C@MPUS

Dozent: Dr.-Ing. H.-J. Gehrmann

Inhalt der Vorlesung:

In addition to an overview about the waste treatment possibilities the students get a detailed insight to the different kinds of thermal waste treatment. The legal aspects for thermal treatment plants regarding operation of the plants and emission limits are part of the lecture as well as the basic combustion processes and calculations.

  • Legal and administrative aspects of thermal waste treatment
  • Trends in waste production
  • Trends and development of thermal waste treatment
  • Thermal conversion technologies for waste treatment (pyrolysis, gasification, combustion)
  • General overview of air pollution control devices
  • Monitoring and process control systems
  • Calculations concerning waste combustion
  • Calculations concerning firing system layout
  • Calculations used in design of a thermal waste treatment plant

Excursion to a Thermal Waste Treatment Plant

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Dozent: Dr.-Ing. A. Wauschkuhn

Inhalt der Vorlesung:

  • Einführung
  • Methoden der Investitionsrechnung
  • Investitions- und Betriebskosten von Kraftwerken
  • Bestimmung der Wirtschaftlichkeit von Kraftwerken
  • CO2-Emissionshandel und CCS (Carbon Capture and Storage)

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