De beste technieken kiezen voor de terugwinning van afvalwarmte

Kiezen van de beste technieken voor warmteterugwinning

Darren Bryant, CEO van Heatcatcher UK, bespreekt de best beschikbare technieken voor restwarmteterugwinning voor de glasindustrie en schetst initiatieven van de Britse overheid om fabrikanten te helpen met financiering.

Heatcatcher begon met het ontwerpen, bouwen en exploiteren van Waste Heat Recovery (WHR)-systemen in de kalk- en cementindustrie. In 2013 nam het bedrijf zijn eerste installatie met ORC-technologie (Organic Rankine Cycle) in gebruik door de uitlaatgassen van een draaioven terug te winnen om 0,5MW elektriciteit op te wekken voor de Britse Lhoist-vestiging in de buurt van Durham.

De kansen en uitdagingen van de integratie van de beste beschikbare technieken voor de terugwinning van afvalwarmte in de float- en holglasovens zijn vergelijkbaar met die in de kalk- en cementindustrie, behalve dat het rendement van de investeringen hoger is omdat de jaarlijkse bedrijfsuren van de glasovens hoger zijn.

Alle energie-intensieve industriesectoren hebben te maken met verhoogde energieprijzen en het Heatcatcher-team van ingenieurs heeft zijn kennis en ervaring toegepast om de best beschikbare ORC- en stoomexpandertechnologieën te matchen om de warmte-energie terug te winnen uit de uitlaatgassen van glasovens.

Met de toegenomen milieuwetgeving om de uitstoot van uitlaatgassen te beperken, verwachten fabrieken hogere kapitaalkosten voor extra rookgasbehandelingsapparatuur (FGT).

Deze moeten vaak werken met lagere uitlaatgastemperaturen en dus is extra koeling vereist. De kosten van nieuwe FGT-apparatuur en koelapparatuur om de temperatuur te verlagen kunnen worden beperkt door een WHR-systeem dat de warmte afvoert en omzet in koolstofarme elektriciteit vóór de FGT-apparatuur.

WHR-integratie

Het selecteren van de beste beschikbare technieken (BBT) voor warmtewisselaarintegratie en het afstemmen daarvan op de beste commercieel verkrijgbare ORC of stoomuitbreider is een gebied van expertise dat van cruciaal belang is om te voldoen aan de technische en economische voorwaarden van een WHR-integratieproject.

Technische overwegingen zijn onder meer:

• Hoe variabel is de temperatuur en de massastroom van het uitlaatgas?
• Wat is de chemische samenstelling van het uitlaatgas, waardoor de minimale bedrijfstemperatuur wordt beperkt?
• Beperkte ruimte in de fabriek bepaalt de locatie van de warmtewisselaar en de integratie van het leidingwerk.
• Wijzigingen in het leidingwerk indien de uitlaatgasstromen van meer dan één oven worden gecombineerd.
• Warmtewisselaar reinigingsmethode en drukval van het systeem.
• Bijkomend effect van de drukval van het WHR-systeem op het proces en de geïnduceerde trekventilator.
• Variatie in de uitstroomsnelheid van de uitlaatgassen door temperatuurverlaging.
• Toekomstige eisen voor lagere emissiegrenswaarden en rookgasbehandeling.

Economische waarde van WHR

Als de technische aspecten van integratie eenmaal zijn beoordeeld, komen de economische overwegingen aan de orde over hoe de grootste waarde kan worden gecreëerd voor de typische levensduur van een WHR-systeem van 15 tot 20 jaar.

Is het de moeite waard om grote hoeveelheden warm water te produceren, waarvan een klein deel voor eigen gebruik en de rest om over het hek aan een naburige installatie of een stadsverwarmingssysteem te verkopen?

Het vinden van een naburige gastheer voor het verbruik van grote hoeveelheden warm water is een commerciële uitdaging en de aansluiting op een gepland stadsverwarmingsnet kan door de plaatselijke overheid worden gestimuleerd, maar kan een langdurig proces zijn.

Het omzetten van de teruggewonnen warmte in volledig koolstofarme elektriciteit of een combinatie van elektriciteit en een kleine hoeveelheid warmte voor gebruik ter plaatse is de voorkeur van glasfabrieken die WKR-systemen exploiteren.

Tot de operationele WHR-systemen behoren de ORC-generator van 1,3 MWe die in 2013 is geïnstalleerd in de vlakglasfabriek van AGC in Cuneo, Italië; de ORC-generator van 0,5 MWe in de containerfabriek van O-I Glass in Villotta di Chions, Italië; de stoomcyclusgenerator van Guardian Glass die wordt geïnstalleerd in de floatglasfabriek van Goole in het VK; de ORC-generator van 5,5 MWe in de Sisecam-fabriek in Bulgarije; en de stoomschroefexpansie-eenheid van 0,4 MWe die is geïnstalleerd in de Vetrobalsalamo-fabriek in Milaan, Italië.

Samenvatting

Door de toenemende noodzaak om de stijgende energiekosten van de glasproductie op te vangen en de druk van de stakeholders om de sector koolstofvrij te maken, groeit de belangstelling voor WHR-oplossingen.

In november bijvoorbeeld organiseerde de British Glass Manufacturing Confederation een kennisoverdrachtworkshop over WHR, die werd bijgewoond door veel hoge vertegenwoordigers van bedrijven die graag meer wilden weten over WHR-systemen.

Hoewel aan veel van de technische integratieaspecten moet worden voldaan met een haalbaarheidsstudie voordat een business case kan worden voorgelegd aan de directie, is een investeringswaardig document nodig voor de directie om te beslissen of het project direct moet worden gefinancierd uit hun investeringsbudget of extern moet worden gefinancierd via een Power Purchase Agreement (PPA) of Energy Services Contract (ESCo).

De Britse regering heeft in haar "Roadmap voor industriële ontkoling en energie-efficiëntie tot 2050" erkend dat de kosten voor energie-intensieve industrieën om een haalbaarheidsstudie op te stellen aanzienlijk zijn.

Het Department for Business Energy and Industrial Strategy zal naar verwachting later dit jaar de eerste fase van het 'Industrial Heat Support Programme' lanceren, waarbij tot 40% financiële steun voor deze haalbaarheidsstudies wordt geboden.

De tweede fase van het IHSP in 2018 kan tot 30% financieren van de kapitaalkosten voor de uitvoering van de beste projecten die uit de haalbaarheidsstudies naar voren komen.

(Oorspronkelijk hiergeplaatst )