Dieses Projekt befasst sich mit der Entwicklung und experimentellen Erprobung eines innovativen Festbettwärmespeichers, der speziell für die Abwärmenutzung aus stark staubbeladenem Hochtemperatur-Abgas aus der Stahlproduktion ausgelegt ist. Die Integration eines Festbettwärmespeichers in Abwärme-Nutzungssysteme in der Eisen- und Stahlindustrie kann die notwendige Flexibilität bereitstellen um den Abwärme-Nutzungsgrad von aktuell 45% auf bis zu 97% anzuheben.
Festbettwärmespeicher sind kostengünstig und ermöglichen die direkte Verwendung von staubbeladenem Hochtemperatur-Abgas als Wärmeträgerfluid. Die direkte Nutzung von stark staubbeladenem Abgas für das Beladen eines Festbettwärmespeichers birgt jedoch einige ungelöste Herausforderungen für die noch Lösungen gefunden werden müssen. Beim Durchströmen des Festbettes während eines Beladeprozesses setzt sich Staub an der Eintrittsoberfläche der Schüttung ab und wird bei einem nachfolgenden Entladeprozess mit sauberer Luft nicht wieder ausgetragen. Dies hat einen sukzessive steigenden Druckverlust bis hin zur vollständigen Blockade des Festbettes zur Folge. Für den Dauerbetrieb ist daher eine Lösung zur kontinuierlichen Abreinigung der Staubablagerungen erforderlich. Dafür kommen entweder Klopf-/Vibrationsmechanismen oder eine kontinuierliche Regeneration des kontaminierten Speichermaterials in Frage. Bei beiden Methoden ist allerdings erforderlich, den Festbettspeicher während dem Beladen von unten und während dem Entladen von oben zu durchströmen. Normalerweise werden Festbettwärmespeicher jedoch von oben beladen und von unten entladen weil dies aus rein thermischer Sicht (Stabilisierung der Thermokline, Maximierung des Thermischen Wirkungsgrades) die optimale Betriebsstrategie darstellt.
In diesem Projekt wird ein Festbettwärmespeicher mit innovativer Strömungskonfiguration, welche gute Abreinigbarkeit mit hoher thermischer Effizienz kombiniert, entwickelt und erprobt. Bei dieser neuartigen Bauer wird das Speichervolumen in zwei konzentrisch angeordnete Teilvolumina aufgeteilt. Der innen liegende Teil wird beim Beladen von unten durchströmt und ist daher hauptsächlich für die Abscheidung des Staubes (ähnlich eines Schüttschichtfilters) zuständig. Die aus dem innen liegenden Teil austretende Abgasströmung wird um 180° umgeleitet und dem außen liegenden Teil des Speichers zugeführt. Der außen liegende, thermisch aktive Teil des Speichers, wird daher während eines Beladeprozesses von oben durchströmt (optimal aus thermischer Sicht). Dieses Konzept wird im Projekt mithilfe zweier Prüfstände im Labormaßstab experimentell erprobt und für die Weiterentwicklung hin zu einem Prototypen im Industriemaßstab vorbereitet. Zentrale Aspekte im Projekt sind die verfahrenstechnische Auslegung des Konzeptes (Speichergröße, Aufteilung des Speichervolumens, optimale Geometrien, Strömungsgeschwindigkeiten, Staubabscheidemechanismen) sowie die Evaluierung des Speichers durch die Auswertung experimenteller Daten (Druckverluste, Degradation der Thermokline, energetische/exergetische Wirkungsgrade, Effektivität von Staubabreinigungs-Mechanismen).
Schlussendlich werden die erforschten Charakteristiken und key performance indicators der entwickelten Speichertechnologie verwendet um dessen Potential für die Verbesserung des Abwärme-Nutzungsgrades in der Eisen- und Stahlindustrie (Elektrolichtbogenofen) zu evaluieren und den Technologiereifegrad der Technologie Festbettwärmespeicher anzuheben.
