Feuerung: Wärmeerzeugung durch Verbrennung
Jede Feuerungsanlage erzeugt Wärme. Als Energielieferanten dienen in erster Linie Kohle, Erdöl und Erdgas, aber auch Biomasse wie Holz oder Stroh. Für gasförmige und flüssige Brennstoffe gibt es viele verschiedene Brennertypen. Sie alle sollen Brennstoff und Verbrennungsluft gut durchmischen. Flüssige Brennstoffe werden deshalb z.B. zerstäubt und dadurch homogen verteilt, um sie optimal zu nutzen. So entstehen auch weniger Schadstoffe. Die gängigen Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe eignen sich prinzipiell für Kohle wie Biomasse gleichermaßen. Bei Kohlekraftwerken sind heute vor allem zwei Arten verbreitet: die Rostfeuerung für stückige Kohle und die Staubfeuerung für gemahlenen Kohlenstaub. Zunehmend gewinnt aber auch die Wirbelschichtfeuerung an Bedeutung, bei der die Brennkammer mit feinkörniger Kohle beschickt wird. Alle Verfahren nutzen die bei der Verbrennung entstehenden heißen Rauchgase um in Verdampfern Dampf zu erzeugen, der z. B. Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Die Verdampfer sind meist im oberen Teil des Brennraumes angeordnet.
Staubfeuerung
Mit einem Anteil von über 90 % dominiert in den deutschen Kraftwerken die Staubfeuerung.Hierbei wird die Kohle zunächst fein gemahlen und dann mit der vorgewärmten Verbrennungsluft in den Feuerungsraum geblasen. Die Verbrennung ist mit dieser Methode gut regelbar, und die Leistung liegt höher als in anderen Verfahren. Zwei Varianten sind gebräuchlich: Trocken- und Schmelzfeuerungen. Bei Braunkohle wird ausschließlich die Trockenfeuerung verwendet, bei der die Feuerraumtemperatur unter der Schmelztemperatur der Asche liegt. Asche und Schlacke fallen als Staub an. Bei Steinkohle dagegen werden meist Schmelzfeuerungen (Feuerraumtemperatur 100-200 ºC über der Ascheschmelztemperatur) eingesetzt, wobei Asche und Schlacke in geschmolzenem Zustand abgezogen und im Wasserbad granuliert werden.
Rostfeuerung
Für stückige Brennstoffe (z. B. Kohle und Biomasse, aber auch Müll) sind Rostfeuerungen geeignet. Mit dieser Technik lassen sich selbst sehr schlechte Brennstoffqualitäten bewältigen, denn Luftzufuhr und Verweilzeit des Brennstoffs können weitgehend auf dessen Güte eingestellt werden. Der Brennstoff wird lose auf ein Feuerrost geschüttet, zwischen dessen Stäben von unten hindurch Luft strömt. Der Brennstoff wird zunächst getrocknet und dann in hohem Maße verbrannt. Meist kommen Wanderroste zum Einsatz, die sich mit rund 1 mm/s durch den Brennraum bewegen. Dadurch kann kontinuierlich Brennstoff zu- und Asche abgeführt werden.
Wirbelschicht
Bei der Wirbelschichtfeuerung wird feinkörnige Kohle oder geschnittenes Stroh in einer schwebenden Schicht verfeuert. Das Verfahren kann auch dürftige Brennstoffqualitäten verarbeiten. Bei der stationären Wirbelschicht reißt die von unten in den Brennraum einströmende Luft die Brennstoffteilchen mit sich und lässt sie im Brennraum schweben. Der Brennstoffanteil im Brennraum beträgt nur etwa 3 %. Er verbrennt sehr gleichmäßig und fast vollständig. Die Wirbelschicht besteht vor allem aus rot glühender Asche. Da die Temperaturen niedrig sind (850 ºC, konventionell befeuerte Kohlekraftwerke 1200 ºC-1600 ºC), entstehen kaum Stickoxide. Zugleich bindet direkt in die Wirbelschicht eingegebener Kalk entstehendes Schwefeldioxid schon während der Verbrennung zu Gips. Dem Vorteil niedriger Emissionen steht der hohe Energiebedarf zum Lufteinblasen gegenüber. Zudem fallen relativ viel Aschen mit besonderer Zusammensetzung an. Bei der zirkulierenden (instationären) Wirbelschicht wird die Luft mit größerer Geschwindigkeit eingeblasen (bis 8 m/s statt, sonst 3 m/s). Dadurch wirbeln die Stoffe in der Brennkammer 40 m hoch. Unvollständig verbrannte Schwebeteilchen werden wieder in die Wirbelschicht zurückgeführt, was den Ausbrand verbessert. Die aufgeladene Wirbelschicht (Wirbelschichtverbrennung unter Druck) verbessert die Reaktionsabläufe im Feuerraum, wobei die Emissionen mit zunehmendem Druck abnehmen.
Verbesserung des Wirkungsgrads
Da es bislang keine praktikable Technik gibt, das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) aufzufangen, ist optimale Brennstoffnutzung derzeit der einzige Weg, die Emission von CO2 zu begrenzen. Mit einer Reihe von Ansätzen will man die Wirkungsgrade steigern, z. B. lässt sich die Verbrennung über die Dampfparameter (höherer Druck und Temperatur) verbessern. Bei einer andern Variante wird Kohle unter Druck vergast. Das gereinigte Synthesegas und der ebenfalls entstandene Hochdruckdampf dienen dann zum Beaufschlagen kombinierter Gas- und Dampfturbinen. Auch die Verbrennung in einer Druckstaubfeuerung kann den Wirkungsgrad heben.