energy1/2005

Eine Sonderpublikation von +

2. Jahrgang · März 2005

1/2005

Beschaffung und HandelInterview: Mehr als nur Gastransport Seite 8

EnergiemanagementSauerstoff statt heißer Luft Seite 18

ContractingContracting contra Investitionsstau Seite 22

BrennstoffzellenMultitalent Hotmodule Seite 45

Sauerstoff statt heißer LuftOxyfuel-Verfahren senkt Energiebedarf bei der Stahlbearbeitung

Durchschnittlich zweimal wird Stahl nach demGießen wiedererwärmt, um ihn walzen oderschmieden zu können. Dies kostet erheblicheMengen an Energie. Das Rebox-Oxyfuel-Verfahren von Linde sorgt durch die optimaleEinspeisung von reinem Sauerstoff dafür,dass Brennstoff eingespart werden kann.Gleichzeitig wird die Entstehung umwelt-belastender Stickstoffoxide vermieden.

hat. Der hohe Energieverbrauch bei derWiedererwärmung von Stahl kann durch Re-box-Oxyfuel-Verfahren von Linde deutlichgesenkt werden. Dazu wird reiner Sauerstoffmit beliebigen flüssigen oder gasförmigenBrennstoffen so gemischt, dass sich Sauerstoffund Brennstoff uneingeschränkt miteinanderverbinden können. Dies optimiert nicht nurVerbrennungsvorgang und Energieausbeute,sondern reduziert gleichzeitig auch die Stick-stoffoxid-Emissionen.

Steigende Brennstoffpreise gebenInitialzündung

In den späten 1970er Jahren gab es angesichtsstark steigender Brennstoffpreise ersteÜberlegungen, wie man den Brennstoffver-brauch in Aufwärmöfen und Glühanlagen sen-ken könnte. Damit wurde die Grundlage füreine Entwicklung gelegt, die zum Rebox-Oxy-fuel-Verfahren in Walzwerken und Schmiedenführte. Mitte der 1980er Jahre begann Linde,erste Öfen mit einem System zur Sauerstoff-anreicherung zu versehen. Dabei wurde derSauerstoffgehalt der Verbrennungsluft auf23 % bis 24 % erhöht. Die Wirkung war ermu-

tigend: Bei sinkendem Brennstoffverbrauchkonnte der Durchsatz erhöht werden. BeimRebox-Oxyfuel-Verfahren setzt Linde heutereinen Sauerstoff in Industriequalität ein. Sokönnen häufig mehr als 50 % des Brennstoffseingespart und der Ausstoß an Stickoxiden(NOx) um die Hälfte gesenkt werden.

Um eine Verbrennung in Gang zu setzen undin Gang zu halten, müssen drei Faktoren stim-men: Brennstoff, Sauerstoff und ausreichendEnergie für die Verbrennung. Am effektivstenerfolgt die Verbrennung, wenn Brennstoff undSauerstoff uneingeschränkt miteinander rea-gieren können. Genau das ermöglicht dieOxyfuel-Verbrennung, bei der beliebige flüs-sige oder gasförmige Brennstoffe eingesetztund mit Sauerstoff in Industriequalität stattmit Luft vermischt werden. Neben der effek-tiven Verbrennung spricht auch die verbes-serte Wärmeübertragung für den Einsatz vonSauerstoff.

Praxisbeispiele

Die Entwicklung der Oxyfuel-Verbrennungbegann 1990 mit der Modernisierung eines

Im Jahr 2004 wird der Ausstoß der Stahlin-dustrie 1 Mrd. t übersteigen und erreicht da-mit das bei weitem höchste Produktionsvolu-men in der Geschichte der Branche. Nachdem Gießen wird der Stahl in Metallbearbei-tungsbetriebe wie Walzwerke oder Schmie-den weitergeleitet und dort zu Fertigproduk-ten verarbeitet. Für die Bearbeitung muss derStahl erwärmt werden, bis er die erforderli-che Temperatur von rund 1.200 °C erreicht

DIE AUTOREN

Dr. Joachim von SchéeleCustomer Segment ManagerSteel Industry,Foundries & Recycling

Per VesterbergProduktmanager Walzwerke/Schmieden

Linde AG, Linde GasLindingö, SchwedenFax: 0046/8-7655666per.vesterberg@linde-gas.com

Im Jahr 2004 wurde weltweit 1 Mrd. t Stahl hergestellt.

Abb. 1:Bei der flammen-

losen Oxyfuel-Verbrennung ist die Temperatur

niedriger und besser verteilt.

Die Ofentemperaturbeträgt 1200 °C.

Quelle: Königliches Institut für Technologie, Schweden

Energy 01/2005, S. 18–19, GIT VERLAG GmbH & Co. KG, Darmstadt, Germany, www.chemanager.de

Tiefofens beim Wälzlagerstahl-hersteller Timken in den USA.Seit dieser Zeit hat Linde in fast90 Aufwärmöfen und Glühanla-gen auf Oxyfuel-Technologie um-gerüstet. Einige Beispiele:

� Böhler-Uddeholm in Schwe-den nutzt das Verfahren im Herd-wagenofen für die Erwärmungvor dem Schmieden. Dies führtezu einer Verringerung des Brenn-stoffverbrauches um mehr als50 % und zu einer Verkürzungder Erwärmungszeit zwischen25 % und 50 %. Die Zundereigen-schaften und die Oberflächen-qualität verbesserten sich eben-falls.� Beim Unternehmen NorthAmerican Forgemasters in denUSA wurden die Kammeröfenvollständig auf Oxyfuel-Verfah-ren umgestellt. Brennstoffver-brauch und NOx-Ausstoß ver-ringerten sich um jeweils mehrals die Hälfte.� Für eine Anlage der Firma Bu-derus in Deutschland wurde einevöllig andere Lösung gefunden: Inden Durchstoßofen wurde eineso genannte Oxyfuel-Unterstüt-zung eingebaut. Buderus strebteeine geringe Erhöhung des Pro-duktionsausstoßes an, und eswurden vier Oxyfuel-Brenner in-stalliert, die die vorhandenen, un-veränderten Luft-Brennstoff-An-lagen unterstützen sollen. ImErgebnis des Umbaus erhöhtesich der Durchsatz der Anlage umungefähr 10 % bei gleichzeitig re-duziertem Brennstoffverbrauch.

Kostensenkungen sind auch übereine höhere Qualität möglich:Durch geringere Zunderbildung,bessere Zundereigenschaften undeine bessere Oberflächenqualitätdes erwärmten Stahls konntenbeispielsweise im Werk Nyby von Outokumpu Stainless einigeNachbearbeitungsstufen entfallen.

Unsichtbare Flamme fürsichtbare Ergebnisse

Zwei neue Entwicklungen habendie Effizienz bei der Stahlverar-beitung weiter verbessert:

� Die flammenlose Verbrennung– wissenschaftlich „räumlicheVerbrennung“ – ist ein Verfahren,bei dem die Flamme mit Abgasenverdünnt und so praktisch un-

sichtbar wird: Die geringereFlammentemperatur verringertdie Erzeugung von NOx auf einMinimum, bei stabilem Ofenbe-trieb auf weniger als 25 mg/MJ.Die flammenlose Verbrennung istmit so großen Vorteilen verbun-den, dass sie sich voraussichtlichin den meisten Anwendungsbe-reichen durchsetzen wird (vgl.Abb. 1).� Die direkte Flammenbeauf-schlagung (DFI), bei der die Oxy-fuel-Flamme unmittelbar auf dasvorbeiziehende Metall trifft, hat

sich als das effektivste Verfahrenzur Verbesserung der Wärme-übertragung erwiesen. Bei der er-sten Anlage dieser Art, die Lindegebaut hat, konnte die Produk-tionskapazität eines Kettenrost-ofens, der schon mit einer Oxy-fuel-Anlage ausgerüstet war, um50 % erhöht werden, ohne denOfen zu verlängern.

Abgase als Brennstoff

Ein interessanter Aspekt des Ein-satzes der Oxyfuel-Verbrennung

besteht darin, dass sie auch dieVerwendung niedrigkalorischerBrennstoffe mit einer angemes-sen hohen Flammentemperaturerlaubt. Als solche Brennstoffekommen Abgase aus der Eisen-und Stahlerzeugung in Frage, z.B.aus Hochöfen und Konvertern.Mit dem Oxyfuel-Verfahren kön-nen sie für die Wiedererwärmungverwendet werden, also das Erd-gas ersetzen und somit den CO2-Ausstoß weiter verringern.

www.linde-gas.de/rebox