Gaze de furnal pentru producerea de energie

Gazul de furnal este un gaz generat în diferite tipuri de furnale în timpul procesului de topire al metalelor. Necesarul mare de energie și costurile crescute reprezintă o provocare majoră în industria metalurgică. Unele gaze de furnal, generate ca produse secundare libere de procesele de producție, constituie un combustibil atrăgător pentru producerea de energie. În plus față de beneficiul  economic, utilizarea acestor gaze reduce emisiile de CO₂ din activitatea industrială și dependența de resursele de combustibili fosili.

Gaze din procesele de producție metalurgică

Procesele de producție metalurgică produc de obicei volume mari de gaze speciale.  De exemplu, cele trei etape diferite din producția oțelului generează o serie de tipuri diferite de gaze: gaz de cocserie, gaz de furnal , gaz de convertizor.

Compoziția gazului de cocserie, a gazului de cuptor de topit și a gazului de convertizor

Tip de gaz din producția de oțel	Gaz de cocserie	Gaz de furnal	Gaz de convertizor
Sursa	Bateria cuptorului de cocserie	Cuptorul de topit	Convertizorul
Intrare	Cărbune	Cocs & minereu de fier	Fontă brută
Ieșire	Cocs	Fontă brută	Oțel
Hidrogen %	50-70%	5%	–
Metan %	25-30%	–	–
Monoxid de carbon %	–	20%	60%+
Putere  calorifică inferioară kWh/Nm3	~5.0	~0.9	~3

Gaz de cocserie

Gazul de cocserie este un produs secundar din industria de producere a cocsului din cărbune, generat în urma distilării pirolitice la temperatură înaltă a cărbunelui cocsificabil. Gazul se compune în principal din hidrogen (50-60%), metan (15-50%), un procent mic de monoxid de carbon, carbon și azot. Cu o putere  calorifică de 5 kWh/Nm³, gazul de cocserie reprezintă un combustibil valoros pentru producerea eficientă de energie cu motoarele pe gaz Jenbacher.

Gaz de furnal

Gazul de furnal din cuptoarele de topit reprezintă un produs secundar rezultat din procesele care se desfasoara in  cuptorul de topit unde minereul de fier este redus cu cocs si transformat în fontă (brută) de fier. Gazul are o putere  calorifică foarte mică, de circa 0,9 kWh/Nm³, ceea ce nu este suficient pentru a alimenta singur un motor pe gaz. Totuși, acolo unde există posibilitatea amestecări acestui gaz cu alte gaze combustibile, funcționarea pe gaze de amestec poate fi fezabilă; vă invităm să luați legătura cu reprezentanța locală Clarke Energy pentru a discuta această opțiune în detaliu.

Gaz de convertizor

Gazul de convertizor este generat din fontă brută în timpul proceselor de producție a oțelului. Tehnologia de producere a oțelului poate fi împărțită în două procese diferite: modelare prin suflare sau în cuptor cu vatră deschisă. În timpul procesului de modelare prin suflare, fonta brută este prelucrată cu oxigen sau aer, reducând proporția de carbon și generând o cantitate suficientă de căldură de proces pentru a menține oțelul în formă lichidă. Asigurând 60% din producția globală de oțel brut, procesul Linz-Donawitz (LD), clasificat ca proces de modelare prin suflare, este cea mai comună metodă de producție utilizată pentru fabricarea oțelului brut. Pe de altă parte, procesul de modelare în vatră deschisă extrage oxigenul din resturile de fier și minereu, ceea ce necesită o sursă suplimentară de căldură pentru producerea oțelului.  Unul din cele mai comune procese cu vatră deschisă este cuptorul cu arc electric. Gazul de convertizor de la procesele LD și de topire electrică poate fi utilizat pentru motoarele pe gaz Jenbacher. Gazul are o compoziție formată din aproximativ 65% monoxid de carbon, 15% dioxid de carbon, 15% azot și cantități mici de hidrogen și metan.

Gazele de furnal din metalurgia feroaliajelor

Feroaliajele includ FeCr, FeMn, FeSi, SiMn, Si-Metal, TiO₂ și mai puțin frecvent FeTi, FeNb, FeV, FeNi precum și carbura de calciu folosită pentru producerea acetilenei.  Cuptoarele, atât cele închise cât și cele deschise, produc gaze combustibile cu diferite compoziții și valori calorice.  Comportarea la combustie a acestor gaze impune exigențe considerabile asupra proiectării motoarelor. Clarke Energy oferă motoare pe gaz Jenbacher special modificate care ard eficient aceste gaze pentru producerea combinată de căldură și electricitate.

Conținutul ridicat de hidrogen din unele gaze determină un proces de combustie rapidă care crește pericolul de bătaie sau aprindere in evacuare  la motor. Pentru a reduce acest risc, Jenbacher a creat un sistem de control al motorului capabil să alimenteze motorul cu un amestec foarte slab dar și să reacționeze relativ rapid la variațiile în sarcina motorului. Unele componente ale acestor gaze, de ex. monoxidul de carbon, au o viteză de combustie lentă și gazul în sine este toxic. Jenbacher a dezvoltat sisteme specifice pentru combustia motoarelor pe gaz care asigură arderea acestor gaze în mod eficient și fiabil, oferind, în același timp, un pachet de tehnologii de siguranță care permit manipularea sigură a gazelor toxice, cum este monoxidul de carbon.  Ambele gaze pot fi utilizate pentru producerea apei calde, a aburului și a energiei electrice. Aburul este util în procesele metalurgice. Energie electrica  produsa  de motoarele Jenbacher poate fi utilizată la fața locului sau vanduta  în rețeaua publică.

Avantajele utilizării gazului de furnal pentru producția de energie cu motoare pe gaz

• Sursă de alimentare independentă
• Reduce costurile cu energia și are o predictibilitate și stabilitate mai mare
• Alimentare eficienta si economica prin producerea simultana a căldurii și energiei electrice. Eficiență electrică ridicată comparativ cu alte tehnologii de producere a energiei (de ex. turbine pe abur sau gaz)
• Cel mai potrivit pentru o gama de puteri electrice de la câteva sute de kW la 20-30MW
• Presiune necesară a gazului considerabil mai mică
• Metodă alternativă de eliminare a gazelor problematice simultan cu exploatarea lor ca sursă de energie
• Înlocuirea combustibililor convenționali
• Avantaje ecologice prin reducerea gazelor cu efect de seră

Competențele noastre în domeniul utilizării gazului de furnal

În cazul gazului de cocserie, fiecare tonă de cocs produsă generează 470 Nm³ de gaz de cocserie, din care 60% este utilizat de obicei pentru procese interne iar restul poate fi utilizat pentru producția de energie cu motoarele pe gaz Jenbacher, rezultând aproximativ 400 kWh/te.

Prin procesul LD, se eliberează aproximativ 50 Nm³  de gaz de convertizor, care poate fi ars în motoarele pe gaz Jenbacher pentru producerea unei cantități de 50kWh de energie electrică. Acest tip de motor arde gazul slab constituit în principal din CO și H₂. Utilizarea motorului depinde în mod esențial de puritatea gazului de biomasă rezultat din gazeificare și curățarea ulterioară. Gestionarea gudronului și a particulelor din gazul alimentat în motor are un rol deosebit de important.

Această aplicație a fost studiată intens, iar Jenbacher și-a instalat primele motoare comerciale pe gaz cu gaz de cocserie în 1995 și cu gaz de convertizor în 2004. În prezent, aproximativ 30 de motoare pe gaz Jenbacher funcționează cu gaz de cocserie, gaz de convertizor LD sau alte gaze de furnal. Ca o evidentiere a  expertizei tehnice a motoarelor Jenbacher, de curând, aceste unități au atins împreună peste 1 milion de ore de funcționare.

Prin comparație cu utilizarea gazelor naturale pentru producția de energie, unitățile echipate cu tehnologie Jenbacher au obținut economii de CO₂ de circa 2 milioane de tone de la  punerea în funcțiune.