تکنولوژی Kraftblock؛ بهینه‌سازی انرژی با ذخیره‌سازی گرما در صنعت فولاد

به گزارش می‌متالز، منابع انرژی و میزان انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در حال حاضر باعث رقابت در صنعت فولاد جهانی شده‌اند. در اتحادیه اروپا، افزایش قیمت گواهی‌های کربن بر تولید تأثیر می‌گذارد و با قوانین جدید اعمال‌شده در ETS، صنعت فولاد آلمان به‌ تنهایی با افزایش بیش از ۹۰۰ میلیون یورو در گواهی‌های انتشار کربن مواجه است. به‌طور هم‌زمان در بالا و پایین‌دست زنجیره تأمین این صنعت، مشتریان درخواست کاهش انتشار انتشارات را دارند. ۸ درصد از انتشار جهانی گاز‌های گلخانه‌ای ناشی از تولید فولاد است. تولید گرمای موردنیاز فرآیند‌ها سهم غالب این انتشارات را به خود اختصاص داده است. اما فولاد محصول اصلی دنیای مدرن و خلق ثروت در آن و محرکی برای هر اقتصاد بزرگ است. کربن‌زدایی تولید فولاد جزو درخواست‌های فوری است و این در حالی است که کارشناسانی که اقتصاد هیدروژن را بررسی کردند اعلام می‌کنند که هیدروژن سبز برای تولید هنوز بسیار گران و ناکارآمد است. تقاضا برای انرژی‌های تجدیدپذیر نیز بسیار زیاد است که توسط تأمین‌کنندگان انرژی قابل تأمین نیست. امکان بهبود مستمر استفاده از انرژی به‌طور مستقیم بدون راه‌حل وابسته به هیدروژن، به اقدامات کارآمد و اقتصادی برای کربن‌زدایی تولید فولاد و فراوری فلزات می‌افزاید. درحالی‌که برای برخی از فرآیند‌ها مانند فرآیند احیا آهن یا درجه حرارت‌های بالا، هیدروژن قطعه مهم پازل به نظر می‌رسد، بسیاری از فرآیند‌ها در صنعت فولاد را می‌توان هوشمندتر کربن‌زدایی کرد.

یکی از زمینه‌های اصلی کاهش مصرف انرژی و شدت انتشارات در صنعت فولاد، استفاده از فناوری‌های مرتبط با ذخیره‌سازی حرارت است. تکنولوژی Kraftblock این کار را با استفاده از سیستم‌های منحصربه‌فرد ساخته شده برای ذخیره انرژی حرارتی انجام می‌دهد. در حال حاضر این ذخیره‌ساز‌ها برای نگهداری دما تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد طراحی شده‌اند که اکثر فرآیند‌های صنعت آهن و فولاد را پوشش می‌دهند. این شرکت آلمانی در منطقه زارلند، جایی که فولاد به دلیل استقرار هلدینگ عظیم SHS دارای سابقه طولانی است، ماده منحصربه‌فردی را برای ذخیره‌سازی گرمای با دمای بالا ابداع کرده است. ترکیبی از اکسید‌های اکثراً بازیافتی، مواد افزودنی و یک اتصال‌دهنده بی‌ضرر بر پایه فسفات به شکل توپ‌های کوچک درآورده می‌شوند. این ماده جاذب گرما، حرارت را به‌خوبی جذب می‌کند و می‌تواند آن را به مدت طولانی ذخیره کرده و به‌سرعت تخلیه کند. یکی از سیستم‌های Kraftblock استفاده از گرمای هدررفته از کوره‌ها یا گاز‌های شعله‌ور (flare gases) است که می‌تواند حرارت فرآیند‌های دیگر را با تأخیر زمانی تأمین کند. سیستم‌های حرارتی بر پایه صفر خالص در حال برقی‌سازی صنعت فولاد هستند. با استفاده از المنت‌های گرمایشی انرژی برق به گرما تبدیل شده و می‌توان گرمای فرآیند را تا هزار درجه سانتی‌گراد تولید و استفاده کرد. این تکنولوژی ذخیره‌سازی چندمنظوره است: میزان دما در ذخیره‌سازی و همچنین در کاربرد انعطاف‌پذیر است و اجزای سیستم می‌توانند محیط انتقال حرارت را تغییر دهند. ذخیره‌ساز‌ها می‌توانند انرژی را تا دو هفته در خود ذخیره کنند که باعث می‌شود از کاربرد و منبع موجود تا حد زیادی مستقل باشند.

گرمای هدررونده پتانسیل صرفه‌جویی زیادی دارد. به عنوان مثال، در آلمان ۱۲۵TWh تا ۲۲۵TWh گرما، مستخرج از مطالعات مختلف، توسط صنایع به داخل جو وارد می‌شود. صنعت فرآوری فولاد و فلزات سهم بزرگی در آن دارند. در اکثر فرآیندها، گرمای با کالری بالا هدر می‌رود. طی اغلب فرآیند‌های تولید تنها ۶۰ درصد انرژی حاصل از سوختن صرف این محصولات می‌شود و ۴۰ درصد از طریق سیستم دودکش ناپدید می‌شود. این انرژی هدررونده معادل ۲۰ تا ۲۵ درصد نیاز انرژی اولیه صنعت آلمان را تشکیل می‌دهد. استفاده از این گرمای اتلافی می‌تواند در مصرف سوخت‌های فسیلی صرفه‌جویی زیادی کند که به معنای صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای است. به‌خصوص انرژی مازاد ناشی از کنورتور‌ها یا سایر گاز‌های شعله‌ور به‌طوری‌که Kraftblock از گاز‌های شعله‌ور در پروژه‌ای با بودجه اتحادیه اروپا استفاده می‌کند که می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی در بسیاری از فرآیند‌ها شود. سیستم‌های ذخیره‌سازی Kraftblock دارای یک اصل اساسی آسان است: هوای گرما از طریق هواکش‌ها به انبار منتقل می‌شود. این فناوری حتی در بیشتر موارد مستقیماً با گاز‌های مستقیم دودکش کار می‌کند. هنگامی که برق تجدیدپذیر به گرمای حاصل از المنت‌های برقی صنعتی تبدیل می‌شود که اساساً دمنده‌هایی با قدرت چندین مگاوات هستند، مواد داخل انبار انرژی حرارتی هوای گرم شده را جذب می‌کنند. مواد مورد استفاده در این ذخیره‌ساز‌های توانایی ذخیره‌سازی گرما تا دما‌های بسیار بالا (۱۳۰۰ درجه) را دارند. برای جلوگیری از تلفات ناشی از ذخیره انرژی، از لایه‌های عایق مختلف استفاده می‌شود. این ماده تا ۱۵۰۰۰ چرخه حرارتی آزمایش شد که شامل شارژ، ذخیره و تخلیه می‌شود. استفاده یک بار (سیکل) در روز از این سیستم، با طول عمر آزمایش شده آن معادل بیش از ۴۰ سال کار بدون تغییر اساسی در خصوصیات آن است.

تخلیه می‌تواند به‌صورت چندباره یا به‌طور کامل انجام شود و بر اساس همان اصل شارژ عمل می‌کند، اما برعکس، هوای سرد یا محیط به داخل انبار دمیده شده و از مواد گرم رد می‌شود. این هوای گرم از سیستم خارج می‌شود و در صورت لزوم قبل از استفاده در فرآیند با دمای مناسب و محیط انتقال سازگار می‌شود. تمام مواد معمول انتقال حرارت مانند روغن حرارتی، بخار یا هوا را می‌توان در این سیستم استفاده کرد و زیرساخت‌های موجود نیازی به تعویض ندارند. البته اجرای بازیابی گرمای اتلافی برای تمام فرآیند‌های ممکن امکان‌پذیر نیست، زیرا هر عملیات می‌تواند بسیار مجزا و متفاوت باشد و موارد استفاده برای سیستم‌های Kraftblock از کارخانه به کارخانه متفاوت است. چند نمونه از کاربرد این فناوری در کارخانه‌های فولادی یکپارچه عبارت‌اند از: بازیافت گرمای حاصل از کوره‌های واحد کک‌سازی، واحد‌های سینترسازی و گندله‌سازی، کوره کنورتور و کوره‌های پیشگرم. برای کوره‌های قوس الکتریکی، بازیابی گرمای اتلافی اگرچه ممکن ولی امری دشوار است و Kraftblock هنوز نمونه‌ای را در این زمینه ایجاد نکرده است. بااین‌حال، پیش‌گرم کردن قراضه حدود ۲۰ درصد از انرژی موردنیاز در EAF را می‌گیرد. این پیش‌گرم کردن می‌تواند یکی از کاربرد‌های این فناوری برای گرمای اتلافی باشد یا حتی توسط انرژی سبز و ذخیره‌سازی Kraftblock تحقق یابد.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین