Abwärmenutzung industrieller Prozesse
KMU-innovativ - Verbundvorhaben Klimaschutz: Steigerung der Energieeffizienz durch Verstromung von Abwärme aus energieintensiven Industrieprozessen
Ziel des Vorhabens ist es, in der Metallurgie die Hochtemperaturabwärme zur Erzeugung von Elektroenergie zu nutzen und den Kohlendioxidausstoß zu senken. Schwerpunkt der Arbeit ist die Erarbeitung einer Lösung zur Auskopplung dieser Abwärme aus dem Abgasstrom zur nachfolgenden Verstromung über ORC-Anlagen. Die Ermittlung der technischen Randbedingungen für die Gestaltung des Wärmeträgerkreislaufes und den störungsfreien Betrieb unter realen Betriebsbedingungen erfordern noch einen erheblichen Forschungs- und Entwicklungsaufwand.
Bisherige Verstromungsansätze sind auf deutlich niedrigerem Temperaturniveau konzipiert worden. Zudem liegt in Deutschland bisher keine Datenbasis zu Untersuchungen am Abgasstrom von einem Stahlwerk vor. Somit liegen weder Aussagen zum Abgasverhalten noch für die Auslegung und Konzipierung von Abgaswärmeübertragern vor. Die Schwierigkeit besteht daher vor allem darin, einen austauschbaren Abgaswärmeübertrager für Abgastemperaturen von bis zu 750 °C bei extrem hoher Staubbelastung auszulegen und dimensionieren. Dabei ist zudem die nur diskontinuierlich zur Verfügung stehende Abwärme zu berücksichtigen.
Das Energieeinsparpotential bzw. das Nutzungspotential der Abwärme in der Stahlwerksindustrie ist beträchtlich. Allein in Deutschland gibt es derzeit 66 betriebene Stahlwerksanlagen, davon 48 Elektro-Öfen sowie 18 Oxygenstahlbetriebe. Die Abgasströme an Elektroschmelzöfen betragen etwa 90.000 Nm³/h. Je 100 °C Temperaturabsenkung im Abgas können etwa 1,9 MWel brutto bzw. 1,5 MWel netto produziert werden. Insgesamt können 300-400 °C im Abgas genutzt werden. Da manche Stahlwerke zwei Elektroschmelzöfen betreiben, besteht ein Leistungspotenzial von etwa 4,5-12 MWel netto. Hinzu kommen noch mit Erdgas betriebene Wärmeöfen, deren Abgas vergleichsweise unproblematischer ist und die auch kontinuierlich betreiben werden.
Das Minderungspotenzial der spezifischen CO2-Emission bei der Rohstahlerzeugung ist beträchtlich. Dabei ist ein CO2-Einsparung von etwa 3 % der derzeitigen CO2-Emissionen aus Stahlwerken möglich. So ist beispielsweise bei einem Leistungspotenzial von etwa 4,5 MWel netto eine Einsparung von etwa 22.500 t/a CO2-Emissionen möglich.
Neben der Abwärmenutzung in der Stahlwerksindustrie bestehen potentiell Möglichkeiten der Abwärmenutzung in weiteren Industriezweigen, für die teilweise bereits Konzepte und Anforderungen definiert sind, teilweise noch zu definieren sind. Die im Rahmen dieses Projektes gewonnenen Kenntnisse zur Abwärmenutzung bei Hochtemperaturprozessen können hierfür eingesetzt werden.
Fa. D&A Energietechnik GmbH
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