H2-HotRoll - Vermeidung von CO2-Emissionen in der Stahlindustrie durch Einsatz von Wasserstoff an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen

Ausgangssituation:

Zur Vermeidung von energiebedingten CO2 Emissionen kann an Thermoprozessanlagen mit Temperaturen von rund 1.300 °C das eingesetzte Erdgas durch Wasserstoff ersetzt werden. Der Einsatz von H2 erfordert eine geeignete Infrastruktur zur Wasserstoffversorgung. Zusätzlich müssen Anpassungen der Armaturen, der M&R-Technik sowie der Prozesssteuerung geplant und umgesetzt werden. Brennereignung und der Einfluss auf die Produktqualität müssen hierbei ebenfalls systematisch untersucht werden.

Projektziele:

Am Beispiel eine kontinuierlichen Wiedererwärmungsofens wird der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff systematisch untersucht. Hierbei wird zunächst die Verbrennung und der Einfluss auf die Ofenatmosphäre sowie den Wärmeeintrag in das Nutzgut untersucht. Des weiteren werden der Einfluss der veränderten Ofenatmosphäre auf die Zunderbildung und die Zundereigenschaften sowie innovative Techniken der Entzunderung betrachtet. Im Rahmen des Vorhabens soll ein Pilotofen für den Einsatz von Wasserstoff ertüchtigt und industriell erprobt werden. Betriebssicherheit, Produktivität und Produktqualität werden dabei sichergestellt.

Innovative Ansätze:

  • Erstmaliger systematisch untersuchter Einsatz von Wasserstoff zur Beheizung eines Wiedererwärmungsofens
  • Bedarfsszenarien und Versorgungskonzept für den kombinierten Einsatz kontinuierlicher und diskontinuierlicher Prozesse im Anlagenverbund (Erzeugung, Speicherung, Transport)
  • Sicherheitstechnische Betrachtung von Gasspeichern, Wasserstoffversorgung und den Betrieb mit Wasserstoff
  • Modellierung des kontinuierlichen Wiedererwärmungsprozesses mit Erdgas, Wasserstoff und Erdgas-Wasserstoff-Gemischen mittels OPEN FOAM zur Sicherstellung der Übertragbarkeit
  • Systematische Anpassung der Anlage sowie der Steuerung- und Ofenregelung
  • Industrielle Langzeiterprobung

Nutzen für die Industrie:

  • Zusammenstellung von Potenzialen und Hemmnissen zur effizienten und kostengünstigen Nutzung der Wasserstofftechnologie
  • Kostenanalyse
  • Maßnahmenkatalog bzw. Roadmap für die Umrüstung von Erdgas auf Wasserstoff
  • CO2-Einsparungen von rd. 1,1 Mio. tCO2 an Wiedererwärmungsöfen in Deutschland

Publikationen:

Weitere Informationen zu dem Forschungsprojekt H2-HotRoll

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