Setter ny standard

  • energi

Elkem Thamshavn har gjennomført en ombygging som kan sette en helt ny energi- og miljøstandard for metallindustrien. Ved hjelp av en ny type dampproduserende ovnshette gjenvinner smelteverket 20 prosent mer energi fra ovnens spillvarme enn tidligere. I tillegg er flere miljøparametere forbedret gjennom reduserte utslipp til omgivelsene og i ovnshallen.

– Dette er en stor milepæl. Gjennom økt kunnskap og datamodellering har vi beregnet, designet og bygd en helt ny type anlegg som ser ut til å holde mål og vel så det, sier Halvard Tveit.

Han er Elkems konsernspesialist innen området silisium prosess og professor II ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU).

Videreutviklet

Det eneste andre smelteverket i verden som bruker tilsvarende teknologi, er Vargøen i Sverige. Elkem har videreutviklet konseptet med hjelp av en avansert matematisk modell og et simuleringsprogram. Med det nye fullskala pilotanlegget ledes mer varme enn tidligere til gjenvinningsanlegget for energi. Damp fra ovnshetta føres til en kraftstasjon hvor en turbin og en generator produserer elektrisk strøm.

– Vi har gått over fra en tradisjonell vannkjølt ovnshette til det vi kan kalle et brennkammer, sier Kurt E. Almås, teknisk sjef ved Elkem Thamshavn. Med det har fabrikken økt kraftproduksjonen fra 78 til 95 gigawattimer (GWh) på årsbasis.

Energiutnyttelse

Smelting av metall er svært kraftkrevende. Vanligvis forsvinner 50-60 prosent av den totale energien som tilføres ovner i smelteverk, opp gjennom pipa.

– Hvis et gjenvinningsanlegg med tilsvarende løsning som på Thamshavn kan bygges helt fra bunnen av, kan 75–80 prosent av denne energien utnyttes. Det gir en gjenvinningsgrad på 25–30 prosent av den elektriske energien som tilføres ovnen, hevder teknisk sjef for energigjenvinning ved Elkems silikondivisjon, Håkon Kr. Delbeck.

Dersom driftserfaringene på Thamshavn i løpet av dette året er gode, er det aktuelt å installere gjenvinningsanlegg med dampproduserende høytemperaturhette også på andre av Elkems smelteverk.

Salten neste?

Smelteverket i Thamshavn har nok energi i omløp til å forsyne hele Trondheim med fjernvarme, mens Elkem Salten kunne forsynt hele Oslo. – Pilotanlegget peker mot Elkem Salten, hvor vi har planer om å bygge et omfattende gjenvinningskraftverk. Her vurderer vi tre dampproduserende enheter, forteller Håkon Delbeck.

Med den nye teknologien kan 250-300 GWh elektrisk kraft gjenvinnes årlig ved smelteverket i Salten. Det tilsvarer energiforbruket i 12.000-17.000 gjennomsnittlige norske husholdninger.

Også i Kristiansand er et gjenvinningsprosjekt på gang. Avgassvarme fra Elkem Fiskaa Silicon kan komme til å forsyne fjernvarmenettet til Kristiansand by og nærliggende industri- og næringsvirksomhet med energi. En stor del av gassenergien på 150-200 GWh i året vil kunne utnyttes.

Støvproblemer

14 år med forskning og utvikling i redesign av ovnstoppen ligger til grunn for pilotanlegget på Thamshavn. Det første gjenvinningsanlegget ble satt i drift på i 1984.

Men det var en konferanse for ferrolegeringsindustrien i 1986 som fikk snøballen til å begynne å rulle. Etter konferansen begynte NTNU og Sintef å forske på støvproblemer i forbindelse med varmegjenvinning i smelteverk: I de varme avgassene fra ovnen er det silikastøv som fester seg på veggene i røykavsuget. Etter hvert gror kanalene igjen, og smelteverket må stanses for rengjøring. Det koster hundretusener kroner i året. Dessuten blir ovnsdriften ujevn.

De første målingene ble gjort i ovnene på Thamshavn i 1987. NTNU og Sintef laget deretter et dataprogram som simulerte ovnsprosessene og avdekket noen av problemene. Som et resultat ble prosedyren for åpning av ovnslukene lagt om i 1992, og støvproblemene ble redusert.

Avansert modellering

Prosjektet utviklet seg til et prosess- og miljøprosjekt.

– Det er en ingen interessekonflikt mellom miljø- og energi. For å gjenvinne

mest mulig energi fra gassen er det ønskelig med høyest mulig temperatur. En jevn og høy forbrenningstemperatur over 750 -800 grader celsius kan faktisk gi sterkt redusert utslipp, forteller Halvard Tveit. Problemene med gjengroing av avgasskanalene måtte løses først.

Under målekampanjer opp gjennom årene er store mengder informasjon hentet ut fra smelteverket. Ved hjelp av avanserte målinger er hele verket lagt under lupen.

Informasjonen fra målingene ble benyttet til å regne på strømninger gjennom ovnshetta med en modellberegningsmetode som kalles Computing Fluid Dynamics (CFD): En geometrisk figur deles i mange punkter, og det regnes på hvert punkt. Metoden gjør at du kan regne inn i fremtiden. Meteorologer bruker samme metode for å beregne hvordan været kommer til å bli.

Lovende

Før ombyggingen ble det foretatt målinger og gjort beregninger på den gamle ovnshetta. I desember år 2000 ble en ny stor målekampanje gjennomført på den nye hetta. Nye beregninger ble sammenlignet med de gamle. Resultatene er svært lovende.

I tillegg til økt energigjenvinning og reduserte utslipp ser det ut til at Elkems øvrige mål med prosjektet også er innfridd: Kapasiteten på ovnen er økt med 20 prosent. Gasslekkasjen er redusert. Groingen i kanalene er minsket så kraftig at det ikke lenger er nødvendig å stoppe ovnen for rengjøring. nitrogenoksidutslippene er ikke høyere enn før, til tross for at høyere temperatur vanligvis betyr mer nitrogenoksid.

Norges Forskningsråd har gitt økonomisk støtte helt siden det innledende prosjektet startet på Thamshavn verk i 1987.