Energieeffiziente Dual-Fuel-Brenner
Mannesmann Precision Tubes arbeitet mit vielen unterschiedlichen Maßnahmen daran, die prozessbedingten Emissionen in der Fertigung zu minimieren. Zu den bedeutendsten Emittenten in unseren Werkshallen zählen die Durchlauföfen, in denen gezielt das Gefüge sowie die mechanisch-technologischen Eigenschaften der Stahlrohre eingestellt werden. In unseren neun Fertigungsstandorten betreiben wir 22 Durchlauföfen, die durch insgesamt über 1000 Rekuperatorbrenner erwärmt werden. In der Optimierung der Brennertechnik liegt somit ein großes Potential, Emissionen und Ressourcen einzusparen.
Die Firma Kueppers Solutions hat mit dem iRecu® eine dahingehend wegweisende Technologie entwickelt, deren Markteinführung Mannesmann Precision Tubes als einer der Erstanwender im laufenden Fertigungsprozess begleitet hat. Echte Pionierarbeit also - und ein bedeutender Baustein für eine noch nachhaltigere Produktion an unseren Standorten.
iRecu®- Der neuartige Rekuperatorbrenner unseres Partners Kueppers Solutions
Die neue Brennertechnologie hebt sich in zwei bedeutenden Punkten von den herkömmlichen Modellen ab:
3D-Druck ermöglicht erhöhte Energieeffizienz
Der iRecu® verfügt über besonders komplexe Geometrien in der inneren Struktur, die sich durch zuletzt gängige Fertigungsverfahren nicht abbilden lassen. Die Fertigung der Brennerkomponenten mittels 3D-Druck ermöglicht eine besonders effiziente Wärmeübertragung durch eine optimierte Gas-/Luft-Strömung. Dadurch allein können der Erdgasverbrauch der Öfen bei gleichbleibender Wärmeerzeugung um bis zu 15 % reduziert und entsprechende Emissionseinsparungen im Ofenbetrieb realisiert werden.
Dual-Fuel-Struktur macht Brenner "H2 ready"
Noch größere Emissionseinsparungen lassen sich durch den möglichen Dual-Fuel-Betrieb in der Zukunft realisieren. Separate Anschlüsse und eine integrierte Mischeinheit ermöglichen es, anstelle von Erdgas auch Wasserstoff oder ein Gemisch beider Gase als Brennstoff zur Ofenerwärmung einzusetzen - flexibel und ganz ohne Umrüstung. Wenn Wasserstoff in ausreichenden Mengen verfügbar sein wird, bedeutet dies einen noch deutlicheren Schritt zu einer nachhaltigeren Fertigung.
Der Dual-Fuel-Brenner ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir als gesellschaftsübergreifendes und internationales Team unsere strategische Mission "Partnering for Transformation" schnell in die Tat umsetzen.
Dr. Ralph Mast, Leiter Strategische Unternehmensentwicklung
Das Pilotprojekt - Umfassende Erprobung im Labor und dem laufenden Anlagenbetrieb
Ausgangspunkt des Pilotprojektes war ein Proof-of-Concept, welches nach der ofenspezifischen Prototypentwicklung durch Kueppers Solutions eine mehrtägige Versuchsreihe am Gas und Wärmeinstitut Essen e.V. (GWI) umfasste. Dabei wurden Prototyp und einer unserer Bestandsbrenner aus Hamm einigen repräsentativen Versuchsreihen unterzogen.
Ziel dieser Versuche war es, den Betriebspunkt des neuen Brennersystems festzulegen, bei welchem dieselben Prozesstemperaturen erreicht werden, die Bestandsbrenner mit einer Leistung von 35 kW erzeugen. Mit 30 kW lag der Betriebspunkt des Prototyps deutlich unterhalb des Bestandsbrenners.
Untersucht wurde auch der Betrieb des Prototyps mit bis zu 100 Vol.-% Wasserstoff als Brenngas sowie der sich daraus ergebende Einfuss auf den Wärmebehandlungsprozess. Die Messungen haben bestätigt, dass sich Temperatur- und Wärmeverteilung entlang des Strahlrohres durch den Einsatz von Wasserstoff nicht verändern, sodass von einer Veränderung im realen Prozess nicht auszugehen ist.
Die erfolgversprechenden Ergebnisse waren die Basis für die Erprobung des iRecu® im laufenden Ofenbetrieb im Präzisionsrohrwerk Hamm. An unserem Durchlaufofen wurde in der energieintensivsten, ersten Ofenzone der erste Bestandsbrenner durch einen iRecu®-Brenner ersetzt. Dieser wurde dann über einen Zeitraum von 43 Tagen parallel zu den anderen Bestandsbrennern betrieben und getaktet. Sowohl die Abgastemperatur am Abgasstutzen als auch die Temperatur des heißen Abgases vor dem Wärmeüberträger wurden mit Hilfe von Thermoelementen erfasst und mit einem mobilen Langzeitmessgerät aufgenommen. Zum direkten Vergleich wurden außerdem die Abgastemperaturen der beiden benachbarten Bestandsbrenner gemessen und aufgezeichnet.
Auf Basis der gemessenen Temperaturverläufe konnte über den betrachteten Zeitraum im laufenden Anlagenbetrieb eine Brenngaseinsparung von 12,3 % durch Einsatz des iRecu®-Brenners ermittelt werden. Damit bestätigt der Feldversuch an der Anlage die Brenngaseinsparung, welche unter Laborbedingungen am GWI abgeleitet wurde. Bei einer Ofenumrüstung auf iRecu®-Brenner ist dementsprechend von einer Gaseinsparung in der Größenordnung zwischen 12,3 % und 14,3 % auszugehen.
Die Zusammenarbeit mit Kueppers Solutions ermöglicht es uns einen großen Schritt hin zu einer emissionsreduzierten Fertigung zu gehen.
Michael Streit, Prozessingenieur Werk Hamm
Erfolgte und potenzielle Einsparungen
Allein nach der Umrüstung der 233 Brenner am Standort Hamm ergibt die gemessene Erdgaseinsparung pro Brenner eine jährliche Einsparung von 900 Tonnen CO2. Ein Potenzial, das wir konsequent ausschöpfen werden.
In Hamm haben wir mittlerweile die ersten Ofenzonen dreier Wärmebehandlungsöfen auf iRecu®-Brenner umgerüstet. Aber das Projekt wird auch standortübergreifend hochskaliert: Weitere Brenner werden bereits am Standort Holzhausen sowie im französischen Werk Saint Florentin getestet bzw. installiert.
Für die gesamte Gruppe ergibt sich allein durch Umrüstung aller Brenner eine potenzielle Emissionsreduktion von 4.900 t/a CO2 bereits im Erdgasbetrieb. Die vollständige Umstellung auf grünen Wasserstoff würde zusätzlich noch einmal 28.100 t/a CO2 Einsparung bedeuten - und wäre nochmal ein enormer Schritt hin zu einer CO2-neutralen Fertigung.
