Røykrørkjeler kvalifisert for anvendelse til energigjenvinning i sementindustrien
Norsk Energi har ansvar for å utvikle teknisk løsning som forsyner CO2-fangstprossessen med damp i det planlagte fullskala demonstrasjonsanlegg for CO2-fangst ved Norcem Brevik sementfabrikk. Den tekniske løsningen benytter røykrørkjeler til å gjenvinne energi fra spillvarme fra sementprosessen. Dersom CO2-fangstprosjektet i Brevik realiseres vil det innovative kjelanlegget bli det første i verden av sitt slag.
Pilotkjel installert og i drift hos Norcem Brevik. Foto: Norsk Energi
I perioden 2017 til 2019 har Norsk Energi hatt en sentral rolle i konseptstudie og forprosjektering av fullskala demonstrasjonsanlegg for CO2-fangst ved Norcem Brevik sementfabrikk. Norsk Energi har ansvar for å utvikle teknisk løsning som forsyner CO2-fangstprossessen med damp. Den tekniske løsningen benytter røykrørkjeler til å gjenvinne energi fra spillvarme fra sementprosessen.
Teknologikvalifisering av røykrørkjeler
Røykrørkjeler er valgt som teknisk løsning ved sementfabrikken i Brevik og er en svært kostnadseffektiv løsning. Det finnes ingen tilsvarende referanser på bruk av røykrørkjeler for energigjenvinning i sementindustrien, hverken i Norge eller internasjonalt. Røykrørkjeler med sementavgass regnes derfor som ny anvendelse av eksisterende teknologi.
I CO2-fangstprosjektet stilles det krav til at ny teknologi eller ny anvendelse av eksisterende teknologi skal gjennom et teknologikvalifiseringsprogram. Målsetningen med kvalifiseringsprogrammet er å gjøre en grundig kartlegging av de nye/ukjente elementene, for så å gjennomføre en verifikasjonsprosess for å demonstrere at risikoen knyttet til hvert element er under kontroll. Nødvendige tiltak for å redusere risikoen skal være identifisert og implementeres ved behov.
I teknologikvalifiseringsprogrammet ble det definert i alt 17 forhold som skulle verifiseres og dokumenteres. Verifikasjonsarbeidet er gjort ved teoretiske beregninger, lab-analyser, driftserfaringer med sementprosessen i Brevik og fysiske tester i et pilotkjelanlegg. Det er også gjennomført simuleringer ved hjelp av CFD-verktøyet COMSOL for å undersøke skalerbarheten fra pilot til fullskala.
Et viktig bidrag til verifikasjonsarbeidet har vært fysiske tester av sementavgassen. Det er derfor etablert et pilotanlegg gjennom delvis finansiering av CLIMIT-programmet til Gassnova og delvis av Norcem, Aker Solutions og Norsk Energi.
Det er gjennomført to testfaser med pilotanlegget. Resultatene fra testfase 1 (2017) konkluderte med at det er mulig å oppnå en selvrensende effekt og ønsket virkningsgrad i kjelen ved høye hastigheter.
I testfase 2 (2019) ble det gjort noen oppgraderinger i pilotanlegget for å få testet med avgass som var nærmere den som vil være aktuell etter at CO2-fangstanlegget er etablert. Resultatene er sammenfallende med testfase 1 og bekrefter kjelens selvrensende effekt og virkningsgrad.
Teknologikvalifisering av kjelkonseptet er nå godkjent av DNV-GL, som er et viktig steg i retning av prosjektrealisering i Brevik.
Varmegjenvinning med røykrørkjeler
CO2-fangst er en energikrevende prosess. Et CO2-fangstanlegg i et kullkraftverk henter energien fra kraftverkets eksisterende dampsystem som medfører betydelig reduksjon av strømproduksjonen fra dampturbinen(e) i kraftverket.
Sementfabrikker har fordelen med at spillvarme fra sementovnene kan brukes til å drive CO2-fangstanlegget. Spillvarme tas fra avgassen etter sementovnene for å produsere damp og dekker tilnærmet hele det eksterne dampbehovet til CO2-fangstanlegget. Dette gir en svært god COP (dampproduksjon per strømforbruk).
I sementindustrien finnes flere referanser (blant annet i Kina og India) på energigjenvinning med vannrørskjeler. Disse kjelene produserer høytrykksdamp til kraftproduksjon. Til dette formålet er vannrørskjeler et naturlig valg.
CO2-fangstanlegget ved Norcem Brevik, basert på Aker Solutions aminteknologi, trenger imidlertid ikke høytrykksdamp, men lavtrykksdamp. Det er da mulig å anvende en mye enklere og billigere kjelteknologi, nemlig små kompakte røykrørkjeler for produksjon av prosessdamp. Røykrørkjeler er i tidligere mulighetsstudier vurdert som foretrukket konsept for varmegjenvinning i CO2-fangstprosjektet.
Norsk Energi er ett av meget få fagmiljøer som har kompetanse på hvordan man designer røykrørkjeler for å gjenvinne energi fra støvholdige industrielle avgasser. Norsk Energi har designet mange forskjellige varmevekslere og kjelanlegg for å gjenvinne energi fra støvholdige avgasser, spesielt i ferrolegeringsindustrien. De varmegjenvinningsanleggene som er i drift i ferrolegeringsindustrien fungerer utmerket, men alle industrielle avgasser er forskjellige, og det må man ta hensyn til.
En av hovedutfordringene som må håndteres er at støvet kan danne belegg på rørene i avgasskjelen. Støvbelegg på rørene kan redusere ytelsen eller i verste fall blokkere kjelen fullstendig. Graden av beleggdannelse avhenger blant annet av avgassens hastighet, temperatur og fuktighet, samt støvets kjemiske og fysiske egenskaper.
Kontakt: Paul A. M. Ystad
Relaterte saker:
Simulering for optimalisering av prosessutstyr (07.02.2019)
Demonstrasjonsprosjekt for CO2-fangst ved Norcem Brevik (29.10.2018)
EMIL-prisen 2017 til Norcem Brevik (09.06.2017)
Prosjektgruppen i Norsk Energi: Christoffer Meek (prosess), Paul Andreas M. Ystad (Prosjektleder/prosess), Kristin Løbach Jordhøy (ass. prosjektleder/ prosess), Kjell Olav Nerland, (teknologikvalifisering, HMS/kvalitet), Carl Skaar (BIM, konstruksjon og layout), Ronny Valjord (prosjektansvarlig/prosess), Tor Olav Eikrem (prosessansvarlig). Foto: Norsk Energi/Anne Evensen
Illustrasjonsbilde av fullskala kjelanlegg som skal installeres hos Norcem Brevik. Illustrasjon: Norsk Energi.
