Røykrørkjeler kvalifisert for anvendelse til energigjenvinning i sementindustrien

tirsdag, 10 september 2019.

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.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)
Travle og spennende tider for CO2-fangstkandidater (17.08.2017)
Pilotanlegg for røykrørkjel i sementindustrien (09.05.2017)
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). 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.Illustrasjonsbilde av fullskala kjelanlegg som skal installeres hos Norcem Brevik. Illustrasjon: Norsk Energi. 

SAMTYKKE TIL Å MOTTA NYHETSBREV FRA NORSK ENERGI  

Jeg samtykker til at Norsk Energi (Behandlingsansvarlig) lager og bruker mine personopplysninger for å sende meg nyhetsbrev og informasjon på epost om termisk energi, kurs og sertifisering samt aktiviteter som Norsk Energi tilbyr og er opptatt av. Personopplysningene som vil bli behandlet for dette formålet omfatter navn og epostadresse. Se www.energi.no/personvern.

Jeg er informert om og klar over at jeg når som helst kan trekke mitt samtykke til å motta nyhetsbrev og informasjon fra Norsk Energi tilbake. Den enkleste måten jeg kan gjøre dette på, er å melde meg av nyhetsbrevet ved å følge linken som er inntatt nederst i hvert nyhetsbrev. Jeg kan også trekke mitt samtykke ved å ta skriftlig kontakt med Norsk Energi.  

Jeg er klar over at jeg kan finne mer informasjon Norsk Energi sin behandling av mine personopplysninger og mine rettigheter som registrert etter personopplysningsloven og personvernforordningen (GDPR) i personvernerklæringen til Norsk Energi som er tilgjengelig her: www.energi.no/personvern.

Jeg er informert om at Norsk Energi bruker leverandøren Mail Chimp for utsendelse av nyhetsbrev.