Staged COmbustion for energy REcovery in Ferroalloy industry

Prosjektet SCORE, "Staged Combustion for energy recovery in ferroalloy industry" ble opprettet høsten 2013 og ble avsluttet i desember 2017. Tidlig i prosjektet ble designparametre for forsøksutstyr i laboratorie- og pilotskala undersøkt. Forsøksutstyret ble så utviklet gjennom et tett samspill mellom simuleringsstudier og designevalueringer; før en detaljert prosjektering og bygging av utstyret ble gjennomført med målsetning om uttesting i et industrielt miljø. Grunnleggende eksperimenter har vært utført for å forbedre datagrunnlaget og forståelsen for kondensering av SiO gassen og deponering av støv fra gassfasen på kanalveggene i avgassystemet. I løpet av prosjektet er det eksperimentelle arbeidet utvidet til å omfatte industrielle målinger av partikkeldeponering og kondensasjonsfenomener; disse målingene er utført ved Wacker Chemicals Holla. I løpet av prosjektet ble nye modeller for PAH/tjære-nedbryting og NOx-danning utviklet og implementert i en CFD-simuleringsmodell basert på ANSYS Fluent. Videre er det utviklet en simuleringsmodell for å beskrive presipitering (kondensasjon, sublimering og deponering) fra fluider. Disse modeller ble anvendt til å beskrive groing på overflater av rør og gasskanaler. En «fastloop» ble bygget for å verifisere driftsforhold ved transport av skitten gass i rør fra en FeMn-ovn til brennkammeret. Denne enheten ble testet på ERAMET Sauda sitt anlegg og ga verdifull innsikt mht. nødvendige designendringer for pilotanlegget og bidro til å redusere risikoene ved gjennomføring av de industrielle forsøkene. Samtidig bekreftet forsøkene at den valgte sikkerhetsstrategi var tilstrekkelig for sikker drift. Fra og med tredje kvartal 2016 har brennkammeret blitt montert, mekanisk ferdigstilt og igangkjørt. Dette inkluderte også omfattende testing av sikkerhets- og nødstengningssystemet. I 2017 ble brennkammer installert på ERAMET Sauda for å utføre to forsøkskampanjer. Disse to kampanjer viste at brennkammer oppfylt alle designparametre som var definert under oppstarten av prosjektet. Utslipp fra brennkammeret var lavere enn sammenlignbare industrielle state-of-the-art systemer, mens energigjenvinningen er på samme nivå. Forsøkene viste også at dagens PAH/tjære-holdige slam kan unngås. I stedet for å sende en PAH-holdig slam til deponi, kan det tørre og rene støvet bearbeides med tanke på gjenvinning eller annen verdiskapning. Avslutningsvis er det utført en teknisk og økonomisk evaluering av systemet. Det nye systemet er sammenlignet med eksisterende industrielle løsninger både med hensyn til effektiviteten av energigjenvinning og økonomisk potensial for systemet. Det er vist at systemet kan implementeres med gjeldende økonomiske rammebetingelser.

The Norwegian ferroalloy industry cooperates in the field of environmental challenges and is internationally renowned for sustainable production. The innovation is therefore on a national and international level. An innovation step change in design of fer roalloy furnaces is envisaged. A new concept for off-gas processing for the ferroalloy industry will be assessed, tested and evaluated. The concept consists of a combination of a traditional submerged arc furnace combined with a dedicated combustion chamb er for controlled heat recovery. Implementation will be based on experiences from other industries, such as waste incineration and steel industries, but its implementation to the ferroalloy industry is novel and has never before been tested. Should the co ncept prove to be successful, it may lead to other innovations in the process such as redesign of the furnace itself, closing the furnace hood (Si/FeSi) to facilitate stoichiometric combustion of SiO, tars, hydrocarbons and CO, and conversion of today's waste streams (dust/sludge from filter systems) into valuable products. The generic concept can be employed for both ferromanganese and ferrosilicon furnaces. In order to assess the benefits of the new concept, best available techniques (BAT) will be deve loped. Optimized conventional off-gas units are used for benchmarking of the new concept. The implementation of optimized heat recovery on existing furnaces will represent an incremental innovation.