Projektmenu

Einleitung

Eine effiziente Reinigung von metallurgischen Prozess- und Abgasströmen ist für den wirtschaftlichen Betrieb eines integrierten Hüttenwerks von enormer Bedeutung. Aufgrund immer strenger werdender Emissionsgrenzwerte sind Anlagenbetreiber oftmals gezwungen, Investitionen zu tätigen, um gesetzliche Vorgaben einhalten zu können um nicht in weiterer Folge die Produktionsleistung drosseln zu müssen.

Im gegenständlichen Projekt 1.5 plant unser Unternehmenspartner, bereits bekannte trocken-basierte Lösungen (z.B. Gasreinigung mittels Gewebeschlauchfilter) auf Prozesse zu übertragen, deren Abgasreinigung bisher mehrheitlich mit nass-arbeitenden Wäschersystemen erfolgte. Darunter zählen die Gasreinigungssysteme des LD-Konverters (LD = Linz-Donawitz), des Hochofens sowie von Direktreduktionsanlagen (COREX®, FINEX®). In diesem Zusammenhang werden einerseits neue Lösungen entwickelt wie z.B. eine energetisch optimierte Entstaubung des Konvertergases. Andererseits werden bestehende Systeme erweitert und optimiert, deren Entwicklung in vergangenen K1-MET Förderperioden gestartet wurde (Entstaubungssystem für Gichtgas bzw. Sinterabgasentstaubung).

Bezüglich der Nassentstaubung gibt es viele Erfahrungswerte über die Abscheideraten von bestimmten Schadstoffen. Bei trockenen Verfahren gibt es derzeit noch spärliche Informationen und Erkenntnisse, jedoch können durch den Ersatz von nassen Abgasreinigungslinien die Betriebskosten drastisch reduziert sowie größere Mengen an Energie aus dem Abgas gewonnen werden. 

Sekundärenstaubungsanlage für Stahlwerksgase (Primetals Technologies Austria GmbH)

Ziele und Motivation

  • Die Konzeption trockener Entstaubungssysteme für Anlagen der Eisen- und Stahlindustrie
  • Die Entwicklung einer kompakteren Bauweise von trockenen Gaskühlsystemen hinsichtlich einer Effizienzsteigerung (Kühlleistung)
  • Die Untersuchung des Verhaltens von Gewebefiltern (mechanische Filterdeformation) während der Druckluftpuls-Abreinigung zur Ermittlung optimaler Betriebsbedingungen für eine gesteigerte Abscheideeffizienz

Vorgehensweise

Die geplanten Methoden umfassen theoretische Überlegungen und Literaturrecherchen, numerische Berechnungen sowie Versuche im Technikums- und großindustriellen Maßstab. Das Sinterabgasreinigungssystem MEROS® soll um einen katalytischen Behandlungsschritt zur Reduktion von Kohlenmonoxid (CO) erweitert werden. Im Zuge von Literaturrecherchen sollen geeignete Katalysatorsysteme gefunden werden, welche über eine ausreichende Lebensdauer verfügen. Bisher durchgeführte Untersuchungen scheiterten, da bereits nach wenigen Stunden ein starker Abfall des CO Umsatzes auftrat. Der Grund hierfür wird im Vorliegen von bestimmten Abgaskomponenten vermutet, die ein Blockieren der aktiven Zentren zur Folge hatten (z.B. Schwefelverbindungen, Verkokungsvorgänge an der Katalysatoroberfläche).

Die Entwicklung trockener Gasreinigungstechnologien ermöglicht eine gleichzeitige weitere Optimierung vorhandener trockener Gaskühlsysteme. Ein Projektpartner, die Fakultät für Technik / Umweltwissenschaften der Fachhochschule Oberösterreich Forschungs- und Entwicklungs GmbH in Wels, wird CFD-Berechnungen (CFD = Cpmputational Fluid Dynamics, Numerische Strömungssimulationen) durchführen, um die Kühlerbauweise hinsichtlich der Strömungsführung zu optimieren. Die Ergebnisse der numerischen Berechnungen dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung von bestehenden Programmtools zur Auslegung diverser Gaskühlsysteme.

Neben theoretischen Überlegungen bedarf es zusätzlicher experimenteller Messkampagnen sowohl im kleinen Maßstab (Technikumsanlagen zur Absicherung der Entwicklungsarbeit durch reproduzierbare Ergebnisse in einer bekannten Umgebung) als auch bei bereits großtechnisch umgesetzten Anlagen. Die Entwicklung des MERCON®-Systems zur Entstaubung des Konverterabgases mittels Gewebefilter erfolgt beispielsweise im Technikum unseres Industriepartners. Mit dem Betrieb der Technikumsanlage soll die Eignung eines Gewebefilters im LD-Prozess untersucht und ein sicherer stabiler Betrieb entwickelt werden. Des Weiteren ist geplant, die MERIM®-Technologie an einer bereits in Betrieb genommenen trockenen Entstaubungsanlage von Gichtgas am Hochofen eines europäischen Betreibers weiterzuentwickeln. Diesbezüglich sollen Messungen hinsichtlich der Abscheidung von Schadstoffen (z.B. Chloride, Schwefelverbindungen) durchgeführt und mit Ergebnissen von Messkampagnen an nassen Gichtgasentstaubungssystemen verglichen werden.

Abgerundet wird die im Projekt 1.5 geplante Methodik durch Untersuchungen zum Abreinigungsverhalten von Schlauchfiltern an einem Prüfstand unter Anwendung der sogenannten pulse jet cleaning Technologie. Dabei erfolgt die Filtermittelreinigung mittels periodischer Druckluftpulse. Im Zuge der Versuche sollen Filtergeometrie, Schlauchlänge sowie Filterkomponenten (Ventile und Düsen) und bestimmte Betriebsparameter (Pulsdauer und Durchflussmengen) variiert werden. Ein Projektpartner, der Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des Industriellen Umweltschutzes der Montanuniversität Leoben, besitzt eine Hochgeschwindigkeitskamera, mit der mechanische Deformationen des Gewebefiltertuchs während des Druckluftstoßes visuell sichtbar gemacht werden.

Trockenenstaubungspilotanlage für Stahlwerke (Primetals Technologies Austria GmbH)

Ergebnisse und Anwendung

Ein Vorteil von trockenen Lösungen zur Reinigung metallurgischer Prozessgase im Vergleich zu nassen Wäschersystemen liegt im geringeren Ressourcenverbrauch aufgrund des wegfallenden Waschwasserkreislaufs. Außerdem besitzt trocken gereinigtes Gas eine höhere Temperatur, welche zu einem erhöhten Energie-Output im Falle einer Turbine, die nach dem Reinigungsschritt genutzt wird, führt.

Die im Projekt 1.5 erwarteten Forschungsergebnisse sollen zur Realisierung verkaufsfähiger serienreifer Gasreinigungsanlagen im großindustriellen Maßstab bzw. zur weiteren Entwicklung von bestehenden trockenen Gaskühlsystemen herangezogen werden. Während die Entwicklung der trockenen Entstaubung von Hochofengichtgas mittels der MERIM®-Technologie schon recht weit fortgeschritten ist, sollen für die trockene Reinigung von Prozessgasen aus Direktreduktionsanlagen erste theoretische Konzeptlösungen erarbeitet werden. Eine großtechnische Umsetzung des Systems MERCON® hinsichtlich einer Entstaubung von Konvertergas soll anhand der Forschungsergebnisse ebenfalls erreicht werden. Auch das System MEROS®, das bei einem Unternehmenspartner des P 1.5 bereits großtechnisch umgesetzt werden konnte, soll weiterentwickelt werden. Im Zuge dieser Prozessüberarbeitung soll CO mittels katalytischer Umsetzung reduziert werden, um so zunehmend strenger werdende Umweltauflagen erfüllen zu können.

Neben einem sicheren Betrieb der Gewebefiltersysteme zur Entstaubung metallurgischer Gase ist auch der Teilprozess der Filtermittelreinigung ein zentrales Thema im Projekt 1.5. Geeignete Betriebsbedingungen während der Reinigung des Filtertuches mittels Druckluftpulsbeaufschlagung (pulse jet cleaning) können die Lebensdauer des Filtermittelgewebes verlängern sowie die Abscheideeffizienz entscheidend verbessern.