Das BFI erarbeitet seit vielen Jahren Lösungen zur Senkung des Energiebedarfs an einzelnen Anlagen sowie in Anlagenverbundsystemen und setzt diese gemeinsam mit Unternehmen der Prozessindustrie erfolgreich um. Zudem werden Maßnahmen zur Senkung bzw. Einhaltung von Emissionswerten entwickelt und betrieblich umgesetzt. Bei allen Arbeiten steht die Praxistauglichkeit im Vordergrund. Einige Beispiele:

Abwärmenutzung

Wir entwickeln unterschiedliche Konzepte zur Abwärmenutzung, z. B. Medienvorwärmung oder Stromerzeugung und setzen diese betrieblich um. Im Rahmen eines Verbundprojekts wurde erstmalig in einem KMU-Schmiedebetrieb eine ORC-Anlage (organic rankine cycle) zur Verstromung anfallender Abwärme erfolgreich installiert. Die Anlage erzeugt bis zu 300 kW. Das Projekt wurde von der KlimaExpo.NRW ausgezeichnet (siehe NEBS)

Die Verstromung von Abwärme mittels TEG (thermoelektrischer Generator) im Temperaturbereich größer 500°C wird gemeinsam mit Werkspartnern aus der Stahl- und Eisenindustrie erstmalig im industriellen Umfeld umgesetzt (siehe INTEGA, PowerGETEG). Es werden Systeme zur Verstromung von Strahlungs- und konvektiver Abwärme entwickelt und optimiert.

Energiemanagement

Zur kontinuierlichen Verbesserung der Energieeffizienz unterstützt das BFI Unternehmen beim Aufbau eines Energiemanagementsystems nach DIN EN ISO 50001. Wir begleiten Sie bis zur Zertifizierung z. B. durch den TÜV. Zudem führen wir Energieaudits nach DIN EN 16247-1 durch. Wir bewerten das energetische Verbesserungspotential im Vergleich zum Stand der Technik, beraten Sie bei der Festlegung von Zielwerten und erarbeiten Verbesserungsmaßnahmen.

Hochtemperaturtechnik

Zur Sicherstellung einer homogenen Temperaturverteilung in Thermoprozessanlagen werden u. a. metallische Ventilatoren direkt im Ofen eingesetzt. Für den Temperaturbereich 800°C bis 1250°C hat das BFI gemeinsam mit seinen Partnern ein keramisches Ventilatorlaufrad entwickelt und erprobt (siehe INCERV). Dadurch können unterschiedliche Wärmebehandlungsprozesse flexibel z. B. in einer Anlage durchgeführt werden. Erstmalig ist es möglich die Temperaturverteilung im Ofen im Hochtemperaturbereich präziser einzustellen.

Zur Verlängerung der Standzeit von Blasformen am Hochofen wurden gemeinsam mit Werkspartnern innovative Oberflächenstrukturen entwickelt. Diese verringern die Ablagerungen von flüssigem Roheisen auf der Blasform (siehe Longlife BF). Durch die neue Oberflächenstruktur können lokale Überhitzungen durch herabfließendes Roheisen verhindert werden.

 

Zur Senkung der Energieverluste von wassergekühlten Ofenrollen z. B. in Feuerverzinkungsanlagen hat das BFI in Abstimmung mit den beteiligten Werkspartnern neue innovative Gut-Transportrollen entwickelt (siehe STEBGUT, ReflexRolle). Je nach Ausführungsform konnte in Praxistests bei Ofenraumtemperaturen von bis zu 1300°C die Kühlleistung der neuen Ofenrolle um 10 – 20% gesenkt werden.

Zur Senkung der Abgaswärmeverluste entwickeln wir Wärmerückgewinnungssysteme. Die Rekuperator- und Regeneratorsysteme sind für den Hochtemperaturbereich bis 1200°C einsetzbar (siehe REKUKER, OptiReg 2). Seit vielen Jahren werden die entwickelten Systeme erfolgreich z.B. an Schmiedeöfen eingesetzt. Die keramischen Wärmeübertrager der Rekuperatorsysteme werden im innovativen 3D-Druckverfahren hergestellt.

Erste Tests an der BFI eigenen 2 MW Technikumsanlage sind erfolgreich abgeschlossen worden. Dabei wurden sehr gute Wärmerückgewinnungsergebnisse bei Einsatztemperaturen bis zu 1250°C erreicht.

Zur nachhaltigen Ressourcennutzung von Primärenergieträgern werden z. B. in der Stahl- und Eisenindustrie die anfallenden Prozessgase zur Feuerung von Thermoprozessanlagen eingesetzt. Insbesondere bei der Nutzung der niederkalorischen Gase ergeben sich besondere Herausforderungen.

Zur effizienten Brenngasnutzung werden von uns Beheizungskonzepte analysiert, weiterentwickelt und individuell optimiert. Hierzu gehören u. a. die messtechnische Erfassung und Ausregelung von Gasbeschaffenheitsschwankungen, Medienvorwärmung bis 1250°C sowie Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft. Hierfür wurden Messsysteme zur schnellen und präzisen Bestimmung verbrennungstechnischer Kenngrößen entwickelt und betrieblich eingesetzt.

Zur Verbesserung von Energieeffizienz und Prozessstabilität vor allem an manuell gesteuerten Anlagen werden modell- und regelbasierte Steuerungssysteme entwickelt, die auf Basis aktueller Messdaten und modellprädiktiver Berechnungen Eingriffe zur Prozessführung frühzeitig vorgeben. Dabei wird auch die Messtechnik überwacht und Anfahr- und Übergangszustände berücksichtigt.

Der Prozess wird automatisch analysiert und die Energieeinträge und Einsatzstoffe optimal an die Erfordernisse angepasst. Über die intelligente Steuerung der Energiezufuhr wird der Prozess vergleichmäßigt und der Energieverbrauch vermindert (siehe Rensodyn, AdaptEAF, PlantTemp).

Zur Verringerung des Energieverbrauchs und der CO₂-Emission werden die komplexen Vorgänge im Elektrolichtbogenofen mit Hilfe numerischer Simulation und von uns entwickelten Bilanzmodellen untersucht und verbessert. Hierzu müssen neue Methoden entwickelt werden, um die Simulationsrechnungen mit vertretbarem Rechenzeit- und Speicherplatzbedarf durchführen zu können (siehe SimulEAF).

Naturgemäß erfordert die Herstellung und Verarbeitung von Stahl viel Energie. Die meisten Energieoptimierungsmaßnahmen sind auf die Hauptanlagen der Produktion ausgelegt. Das Projekt ÖkoSys analysiert systematisch die beteiligten Nebenaggregate und liefert Lösungsansätze zum energetisch optimierten Betrieb der Nebenaggregate, denn hier gibt es in Summe ebenfalls große Einsparpotentiale.