Die Integration eines Festbettwärmespeichers in Abwärme-Nutzungssysteme der Eisen- und Stahlindustrie bietet das notwendige Potenzial, die Flexibilität der Prozesse zu steigern und den Abwärme-Nutzungsgrad von derzeit ca. 45 % auf bis zu 97 % zu erhöhen. Festbettwärmespeicher zeichnen sich durch ihre Kosteneffizienz und die Möglichkeit aus, staubbeladene Hochtemperatur-Abgase direkt als Wärmeträgerfluid einzusetzen. Die direkte Verwendung solcher Abgase zur Beladung eines Festbettspeichers bringt jedoch spezifische Herausforderungen mit sich, für die praxistaugliche Lösungen entwickelt werden müssen.

Während des Beladeprozesses kommt es zur Ablagerung von Staubpartikeln an der Eintrittsoberfläche der Schüttung. Dieser Staub wird bei der nachfolgenden Entladung mit sauberer Luft nicht vollständig entfernt, was zu einem schrittweisen Anstieg des Druckverlusts bis hin zur potenziellen Blockade des Festbettes führen kann. Für einen dauerhaften Betrieb ist daher eine kontinuierliche Abreinigung der Staubablagerungen unverzichtbar. Hierfür kommen zwei Ansätze infrage: die Verwendung von Klopf- oder Vibrationsmechanismen oder eine kontinuierliche Regeneration des kontaminierten Speichermaterials. Beide Strategien erfordern jedoch, dass das Festbett während des Beladens von unten nach oben und während des Entladens von oben nach unten durchströmt wird. Dies steht im Gegensatz zum klassischen Betriebskonzept, bei dem die Beladung von oben und die Entladung von unten erfolgt, um die Stabilität der Thermokline zu gewährleisten und den thermischen Wirkungsgrad zu maximieren.

Im Rahmen dieses Projekts wird ein innovatives Festbettwärmespeicherkonzept entwickelt und getestet, das eine effektive Abreinigbarkeit mit hoher thermischer Effizienz kombiniert. Die Realisierung erfolgt auf Basis experimenteller Untersuchungen an zwei Labormaßstab-Prüfständen, um die technische Machbarkeit und die Skalierbarkeit für den industriellen Einsatz zu evaluieren. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der verfahrenstechnischen Auslegung des Systems sowie der Analyse und Bewertung der experimentellen Daten.
 

Die gewonnenen Charakteristika und Key Performance Indicators (KPIs) der Speichertechnologie dienen der umfassenden Bewertung ihres Potenzials zur Steigerung des Abwärme-Nutzungsgrades in der Eisen- und Stahlindustrie, insbesondere in Anlagen wie dem Elektrolichtbogenofen. Ziel ist es, den Technologiereifegrad von Festbettwärmespeichern signifikant zu erhöhen und deren industrielle Anwendung voranzutreiben.

Funktionsschaubild der inovativen Speicherkonfiguration

© TUW

Innovative Speicherkonfiguration