Fördermittel für Wärmerückgewinnung in der Eisen- und Stahlindustrie Teil 2

Die Eisen- und Stahlindustrie verbraucht vier bis fünf Prozent vom weltweiten Energiebedarf. Das bedeutet, dass sie zu den größten Energieverbrauchern in der Industrie zählt und somit auch für einen Großteil der CO2-Emissionen verantwortlich ist. Um ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, können Eisen- und Stahlwerke Fördermittel im Bereich Energieeffizienz nutzen. Welche Anlagentechniken sich besonders zur Abwärmenutzung eignen, erläutern wir Ihnen im zweiten Teil unserer Blog-Serie „Fördermittel für Energieeffizienz in der Metallindustrie“.

Abwärmenutzung und Wärmerückgewinnung in der Eisen- und Stahlindustrie

Prinzipiell wird zwischen der Eisen- und Stahlproduktion und der Wiederverwertung unterschieden. Bei der Herstellung von Roheisen werden Materialien wie Koks, Eisenerz und Zuschlagsstoffen im Hochofenprozess verarbeitet. Die Umwandlung des Roheisens zu Stahl erfolgt im Konverter. Bei der Wiederverwertung werden aus Stahlschrott mithilfe eines Elektrolichtbogenofen-Prozesses wertvolle Ressourcen wiedergewonnen. Aktuell überwiegt in Deutschland der Energiebedarf zur Herstellung von Stahl den Aufwand der Wiederverwertung um ein vierfaches. Da die Prozesse innerhalb einer Eisen- und Stahlproduktion hohe Temperaturen erfordern, sind Abwärmenutzung und Abwärmevermeidung sowie die Wärmerückgewinnung wichtige Bestandteile für die Verbesserung der Energieeffizienz. Dabei haben auf den ersten Blick die Kokerei, Sinteranlage, Hochofen, Konverter und Warmwalzwerk die größten Potenziale zur Abwärmenutzung und -vermeidung.

Kokerei

Im Produktionsprozess des Koksofens kann Abwärme vom Kokereigas und dessen Abgasen nutzbar gemacht werden. Das Kokereigas hat eine Temperatur von 650 bis 980 °C und enthält Teer sowie andere Verunreinigungen. Für die Nutzung der Abwärme muss das Gas abgekühlt und bereinigt werden. Hierzu können verschiedene Anlagentechniken zum Einsatz kommen, die je nach der erreichten CO2-Einsparung durchaus förderfähig sind. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Schadstoffe direkt zu verbrennen und dessen Abwärme mittels eines Abhitzekessels in weiteren Produktionsprozessen zu nutzen. Alternativ kann die Abwärme der Kokerei als Brennstoff für den Koksofen eingesetzt werden. Abhitzekessel gelten als innovative Anlagentechnik zur Abwärmenutzung, die im Förderprogramm „Energieeffizienz in der Wirtschaft“ bezuschusst werden kann.

Sinteranlage

Im nächsten Prozessschritt der Eisen- und Stahlerzeugung werden unter Wärmezufuhr Eisenerz, Koksgrus und weitere Zuschlagstoffe für den Hochofenprozess gesintert. Hierbei entsteht Abwärme durch den Sinterprozess und durch den Sinterkühler ausgetragen. Die Abgastemperatur beträgt circa 200 bis 300 °C. Die Abwärme kann bei einer Sinteranlage extern genutzt oder in Form der Wärmerückgewinnung in den Prozess wieder eingebunden werden. Bei der Abwärmevermeidung können die Luftschadstoffe im Abgas durch eine Prozessgasreinigung (i.d.R. Verbrennungsanlage) deutlich abgesenkt werden. Diese Maßnahme, als auch Maßnahmen zur Abwärmenutzung, können gefördert werden. Aufgrund der Schadstoffbelastung des Abgases der Sinteranlage ist eine Abwärmenutzung nur bedingt möglich. Hierbei bedarf es einer technischen Einschätzung, welche Anlagentechniken sich unter den gegebenen Eigenschaften (z.B.: Temperatur und mögliche Schadstoffe) zur Weiterverarbeitung eignen. Sofern diese Anlagentechniken Energie einsparen, ist eine Förderung möglich.

Hochofen

Die von der Sinteranlage bereitgestellten Einsatzstoffe werden im Hochofen zu Roheisen verarbeitet. In diesem Prozess kann Abwärme aus dem Gichtgas gewonnen werden, sowie aus den Winderhitzern. Das Gichtgas muss ähnlich wie in der Kokerei und Sinteranlage gereinigt und abgekühlt werden. Danach kann es dem Hochofenprozess und anderen Roheisengewinnungsprozessen zum Teil als Brennstoff wieder zugeführt werden. Die Abwärme aus den Winderhitzern ist vergleichsweise schadstoffarm und kann somit mittels einfacher Wärmeübertrager zur Vorerwärmung von Verbrennungsluft oder Brenngasen genutzt werden. Auch hier sind Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung förderfähig.

Zusätzlich fällt im Prozess der Eisen- und Stahlgewinnung Hochofenschlacke an. In diesem Abfallprodukt ist die Abwärme nutzbar. Bei der Trockengranulation von 1400 °C heißer Schlacke, kann die entstehende Heißluft zur Dampf- oder Stromerzeugung sowie für andere Vorwärmzwecke genutzt werden. Besonders Dampfgasturbinen sind dabei für die Förderung interessant.

Konverter

Im Konverter werden Verunreinigungen durch Sauerstoffzufuhr aus dem Roheisen entfernt. Das dabei freigesetzte Konvertergas kann ähnlich wie in den vorherigen Prozessanlagen verbrannt werden und demnach für weitere Prozesse eingesetzt werden. Zusätzlich kann auch ein Dampfkessel eingesetzt werden, um die Abwärme in nutzbaren Dampf umzuwandeln. Hier sind ebenfalls die Anlagentechniken förderfähig. Wie bei dem Hochofen fällt auch im Konverter Schlacke an. Ähnlich der Abwärmenutzung von Hochofenschlacke, kann auch die Abwärme aus der Konverterschlacke genutzt werden.

Warmwalzwerk

Die Weiterverarbeitung der Stahlerzeugnisse findet in Form von Brammen im Warmwalzwerk statt. Da auch hier hohe Temperaturen zur Verarbeitung innerhalb der Öfen erforderlich sind, können hier beispielsweise wieder die gereinigten Abgase in der Produktionsstraße verwendet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Nutzung Abwärme im Kühlwasser. Dabei ist die Temperatur von dem Einsatz einer Kalt- oder Heißkühlung abhängig. Viele technische Lösungen lassen sich hier erfolgreich in die Förderung bringen.

Fazit

Nicht nur die technischen Anlagen eines Stahlwerks haben ein enormes Einsparpotenzial, auch die Abwärmenutzung und -vermeidung ist im gesamten Eisen- und Stahlerzeugungsprozess vorhanden. Viele der beschriebenen energieeffizienten Ansätze sind im Förderprogramm „Energieeffizienz in der Wirtschaft“ grundsätzlich förderfähig. Besonders Industriebereiche, die viel Energie benötigen, stehen im Konflikt mit der aktuellen klimapolitischen Entwicklung. Insofern würden Präventivmaßnahmen wie eine aktive Steigerung der Energieeffizienz und die Abwärmenutzung und -vermeidung eine Win-win-Situation darstellen, für die die Stahlwerke obendrein mit Fördermitteln unterstützt werden.