Siemens bietet Lösung zur Dampferzeugung aus Abgasen von Elektrolichtbogenöfen

Siemens Metals Technologies hat ein System zur Wärmerückgewinnung aus den heißen Abgasen von Elektrolichtbogenöfen entwickelt. Dabei wird die bisher ungenutzt an die Umgebung abgegebene Wärmeenergie zur Erzeugung von Dampf verwendet. Der Dampf kann entweder in anderen Prozessen im Hüttenwerk oder zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Das System ist modular aufgebaut.

Es lässt sich abhängig von der zu gewinnenden Wärmemenge dimensionieren und in die bestehende Abgaskühlung integrieren. Um den Dampfertrag zu maximieren, kann es die komplette konventionelle Abgaskühlung im Elektrostahlwerk ersetzen. In einem türkischen Stahlwerk konnte eine mögliche Einsparung des spezifischen Energieeinsatzes von 22,5 Kilowattstunden pro Tonne Stahl nachgewiesen werden.

Wird der erzeugte Dampf hingegen zur Vorwärmung des Speisewassers im werkseigenen Kraftwerk eingesetzt, liegt das Einsparpotenzial bei jährlich 45.000 Tonnen Kohle.

Um Betriebskosten zu senken oder Umweltauflagen zu erfüllen, setzen Betreiber von Elektrostahlwerken zunehmend darauf, die Energieeffizienz ihrer Anlagen zu verbessern. Obwohl die auf Schrott-Recycling basierende Elektrostahlroute einen wesentlich geringeren spezifischen Energiebedarf aufweist als die Stahlerzeugung aus Eisenerz, ist sie dennoch ein energieintensiver Prozess. Je nach Betriebsweise gehen am Elektrolichtbogenofen bis zu einem Drittel der eingesetzten Energie über die Ofenabgase verloren. Die fühlbare Wärme der Abgase wird dabei üblicherweise ungenutzt über die Wasser- und Luftkühlsysteme an die Umgebung abgegeben.

Im Abgasstrom herrschen zeitweilig Temperaturen von bis zu 1800 °C. Um diese erheblichen Energiemengen nutzbar zu machen, hat Siemens ein System zur Dampferzeugung entwickelt, das sich in die bestehende Abgaskühlung des Lichtbogenofens integrieren lässt oder diese komplett ersetzt. Das System umfasst einen Dampfkessel inklusive Dampftrommel, Rohrleitungen, Wassertanks, Pumpengruppen für Speise- und Kesselwasser sowie die zugehörige Sensorik. Eine Gruppe von Speisewasserpumpen versorgt den Dampfkessel mit dem notwendigen Wasser und sorgt für den erforderlichen Druck. Um die Leistungsfähigkeit der Rückgewinnung zu erhöhen, kann das System mit einer „Economizer“ genannten Speisewasser-Vorwärmung ausgerüstet werden. Dieser Economizer erhitzt das Wasser bis nahe an den Siedepunkt. Danach gelangt das Kesselwasser in die Dampftrommel auf dem Kessel.

Um die Wärme aus dem Abgas des Elektrolichtbogenofens möglichst effizient auszukoppeln, verfügt das System von Siemens über verschiedene ineinander verschachtelte Strahlungs- und Konvektionsheizflächen. Das Wasser wird über Verteilerrohrleitungen und mithilfe von Rezirkulations-Pumpengruppen auf die Heizflächen verteilt. Die zugeführte Wassermenge richtet sich nach den unterschiedlichen Leitungsgeometrien und der Wärmelast der jeweiligen Sektionen. Ein entsprechend angepasstes Rezirkulationsverhältnis sorgt dabei für eine sichere, zuverlässige und wirtschaftliche Fahrweise des Kesselsystems. Bei jeder Zirkulation zwischen der Dampftrommel und den heißen Oberflächen verdampft ein bestimmter Anteil des Kesselwassers. Die im Wasser mitgeführten Dampfblasen werden im Inneren der Dampftrommel abgetrennt. Um die prozessbedingt ungleichmäßige Dampfproduktion auszugleichen, kann optional ein Pufferspeicher installiert werden.

Das Wärmerückgewinnungssystem von Siemens ist speziell für die harten Umgebungsbedingungen im Stahlwerk konzipiert. Dabei müssen die hohe Staubbeladung und korrosive Komponenten im Abgas ebenso beherrscht werden, wie die wechselnden Abgastemperaturen und –mengen. Darüber hinaus ist das System mit den nötigen Sicherheitseinrichtungen entsprechend der Druckgeräterichtlinie ausgerüstet. Das System ist modular aufgebaut und kann an die verschiedenen Anforderungen im jeweiligen Werk angepasst werden Dies erleichtert die Modernisierung bestehender Anlagen. Der Anlagenbetreiber hat die Wahl, die in Form von Dampf zurückgewonnene Energie direkt zu nutzen oder beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Energie in Dampfturbinen.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie in einem türkischen Stahlwerk wurde die Installation einer Energierückgewinnungsanlage im Abgassystem eines Elektrolichtbogenofens mit einem Abstichgewicht von 190 Tonnen untersucht. Die Anlage wurde für die Speisewasser-Vorwärmung im werkseigenen Kohlekraftwerk konzipiert. Die kontinuierliche 50 bar(a) Hochdruck-Dampfproduktion ermöglicht eine jährliche Einsparung von rund 45.000 Tonnen Kohle im Kraftwerk. Wird der Dampf direkt zur Stromerzeugung eingesetzt, ließe sich eine Leistung von fünf Megawatt (elektrisch) erzielen. Dies entspricht einer Reduktion des spezifischen Energiebedarfs von 22,5 Kilowattstunden pro Tonne Rohstahl.

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Der Siemens-Sektor Industry (Erlangen) ist der weltweit führende Anbieter innovativer und umweltfreundlicher Produkte und Lösungen für Industrieunternehmen. Mit durchgängiger Automatisierungstechnik und Industriesoftware, fundierter Branchenexpertise und technologiebasiertem Service steigert der Sektor die Produktivität, Effizienz und die Flexibilität seiner Kunden. Der Sektor Industry hat weltweit mehr als 100.000 Beschäftigte und umfasst die Divisionen Industry Automation, Drive Technologies und Customer Services sowie die Business Unit Metals Technologies. Weitere Informationen finden Sie im Internet unter http://www.siemens.com/industry

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