Auswahl der besten Techniken zur Abwärmerückgewinnung

Die Auswahl der besten Techniken zur Abwärmerückgewinnung

Darren Bryant, CEO von Heatcatcher UK, erörtert die besten verfügbaren Abwärmerückgewinnungstechniken für die Glasindustrie und skizziert die Initiativen der britischen Regierung, die den Herstellern bei der Finanzierung helfen.

Heatcatcher begann mit der Planung, dem Bau und dem Betrieb von Abwärmerückgewinnungsanlagen (WHR) in der Kalk- und Zementindustrie und nahm 2013 seine erste Anlage mit Organic Rankine Cycle (ORC)-Technologie in Betrieb, indem es die Abgase eines Drehrohrofens zurückgewann, um 0,5 MW Strom für den britischen Standort Lhoist in der Nähe von Durham zu erzeugen.

Die Chancen und Herausforderungen bei der Integration der besten verfügbaren Abwärmerückgewinnungstechniken in die Float- und Behälterglasöfen sind ähnlich wie in der Kalk- und Zementindustrie, mit dem Unterschied, dass die Rendite der Investitionen besser ist, weil die jährlichen Betriebsstunden der Glasöfen höher sind.

Alle energieintensiven Industriezweige sind mit steigenden Energiepreisen konfrontiert und das Heatcatcher-Ingenieurteam hat sein Wissen und seine Erfahrung eingesetzt, um die besten verfügbaren ORC- und Dampfexpander-Technologien zur Rückgewinnung der Wärmeenergie aus den Abgasen von Glasöfen zu finden.

Mit der verschärften Umweltgesetzgebung zur Begrenzung der Abgasemissionen rechnen die Anlagen mit höheren Kapitalkosten für zusätzliche Rauchgasbehandlungsanlagen (FGT).

Diese müssen oft mit niedrigeren Abgastemperaturen arbeiten, so dass eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist. Die Kosten für neue Abgasreinigungsanlagen und Kühlanlagen zur Senkung der Temperatur können durch ein WHR-System gemildert werden, das die Wärme abführt und vor den Abgasreinigungsanlagen in kohlenstoffarmen Strom umwandelt.

WHR-Integration

Die Auswahl der besten verfügbaren Techniken (BAT) für die Wärmetauscherintegration und die Abstimmung mit dem besten kommerziell erhältlichen ORC oder Dampfexpander ist ein Fachgebiet, das für die Erfüllung der technischen und wirtschaftlichen Bedingungen eines WHR-Integrationsprojekts entscheidend ist.

Zu den technischen Überlegungen gehören:

• Wie variabel sind die Temperatur und der Massendurchsatz des Abgases?
• Wie ist die chemische Zusammensetzung des Abgases, die die minimale Betriebstemperatur begrenzt?
• Die Platzverhältnisse in der Anlage bestimmen den Standort des Wärmetauschers und die Integration der Rohrleitungen.
• Änderungen im Kanalsystem, wenn Abgasströme von mehr als einem Ofen kombiniert werden.
• Reinigungsverfahren für Wärmetauscher und Druckabfall im System.
• Zusätzlicher Druckabfall des WHR-Systems, der sich auf den Prozess und das Saugzuggebläse auswirkt.
• Variation der Abgasausströmungsgeschwindigkeit durch Temperaturabsenkung.
• Zukünftige Anforderungen an reduzierte Emissionsgrenzwerte und Abgasbehandlung.

Wirtschaftlicher Wert der WHR

Sobald die technischen Aspekte der Integration bewertet sind, müssen die wirtschaftlichen Überlegungen angestellt werden, wie der größte Wert für die typische Lebensdauer eines WHR-Systems von 15 bis 20 Jahren erzielt werden kann.

Liegt der Wert in der Erzeugung großer Mengen an Warmwasser, wobei eine kleine Menge für die Nutzung am Standort vorgesehen ist und der Rest über den Zaun an eine benachbarte Anlage oder ein Fernwärmesystem verkauft werden soll?

Einen benachbarten Betreiber zu finden, der große Mengen an Warmwasser verbraucht, ist eine kommerzielle Herausforderung, und der Anschluss an ein geplantes Fernwärmenetz kann von der lokalen Regierung gefördert werden, kann aber ein langwieriger Prozess sein.

Die Umwandlung der zurückgewonnenen Wärme in vollständig kohlenstoffarmen Strom oder eine Kombination aus Strom und einer kleinen Menge Wärme für den Standortverbrauch ist die bevorzugte Wahl von Glaswerken, die WHR-Systeme betreiben.

Zu den in Betrieb befindlichen WHR-Systemen gehören der 1,3-MWe-ORC-Generator, der 2013 in der AGC-Flachglasanlage in Cuneo, Italien, installiert wurde, der 0,5-MWe-ORC-Generator in der O-I-Glass-Behälteranlage in Villotta di Chions, Italien, der Guardian-Glass-Dampfkreislauf-Generator, der in der Floatglasanlage in Goole, Großbritannien, installiert wird, der 5,5-MWe-ORC-Generator in der Sisecam-Anlage in Bulgarien und der 0,4-MWe-Dampfschrauben-Expander, der in der Vetrobalsalamo-Anlage in Mailand, Italien, installiert wurde.

Zusammenfassung

Mit der zunehmenden Notwendigkeit, die steigenden Energiekosten in der Glasherstellung abzufedern und dem Druck der Interessengruppen, den Sektor zu dekarbonisieren, wächst das Interesse an WHR-Lösungen.

Zum Beispiel veranstaltete die British Glass Manufacturing Confederation im November einen Workshop zum Wissenstransfer über WHR, der von vielen leitenden Unternehmensvertretern besucht wurde, die sich über WHR-Systeme informieren wollten.

Während viele der technischen Integrationsaspekte mit einer Machbarkeitsstudie erfüllt werden müssen, bevor dem Vorstand ein Business Case vorgelegt werden kann, wird ein investitionsfähiges Dokument benötigt, damit der Vorstand entscheiden kann, ob das Projekt direkt aus seinem Investitionsbudget oder extern über einen Stromabnahmevertrag (PPA) oder Energiedienstleistungsvertrag (ESCo) finanziert werden soll.

Die britische Regierung hat in ihrer "Industrial Decarbonisation and Energy Efficiency Roadmap to 2050" anerkannt, dass die Kosten für energieintensive Industrien zur Erstellung der Machbarkeitsstudie erheblich sind.

Es wird erwartet, dass das Ministerium für Wirtschaft, Energie und Industriestrategie noch in diesem Jahr die erste Phase des 'Industrial Heat Support Programme' starten wird, das eine bis zu 40-prozentige finanzielle Unterstützung für diese Machbarkeitsstudien anbietet.

Die zweite Phase des IHSP im Jahr 2018 könnte bis zu 30% der Kapitalkosten für die Umsetzung der besten Projekte, die aus den Machbarkeitsstudien ermittelt wurden, finanzieren.

(Ursprünglich hierveröffentlicht )