ENERGIÅTERVINNING I GRANSHOT® - PROCESSEN

• Main Authors: Ekström, Love, Lundström, Joakim
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2008
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-100682

Uvån Hagfors Teknologi AB (UHT) has developed a process – GRANSHOT® – for quick solidification of metals in water baths. In the process liquid metal is splintered – granulated – into small drops. The drops are rapidly cooled in a water bath where all the heat energy from the liquid metal is transferred into the water. The granulation is often performed with great metal flows, normally 1-4 tonnes of metal is granulated per minute. The energy that is transferred from the liquid metal to the water is about 300 – 400 kWh per tonne depending on type of metal and current metal temperature in the granulation process. In normal applications the water is allowed to gain a temperature of 60 °C before it is cooled to the surrounding temperature in cooling towers or in heat exchangers. Because of drastically increasing energy prizes and in some cases lack of energy resources, it is very interesting to try to recover the energy the water contains. The purpose of the project is to perform a study of the energy flow in the GRANSHOT®-process and analyse different methods to make use of the developed energy. The investigation contain analyses of the economical consequences of an eventual implementation of the most suitable method in the GRANSHOT®-process and a simple layout design of a granulation facility with implemented energy recovery technology. An extensive pre-study is executed to investigate different types of existing energy recovery technologies and what they need to operate. The possibility to modify different electricity production technologies to suit an implementation in the GRANSHOT®-process are also investigated. The most suitable energy recovery technology for the GRANSHOT®-process was found to be a product built on the Organic Rankine Cycle (ORC) called Powerbox, developed by the Swedish company Opcon. When analysing the effects of a Powerbox installation in a high capacity granulation facility with a yearly tonnage of 3 million tonnes the big water flows results in a need of 10 Powerbox-units. Despite an estimated efficiency of only around 4 % and investment costs as high as around 100 million SEK, the repayment time is as short as from just over 2 years up to around 5 years. The repayment time is depending on the electricity prizes, and thereby in which country the facility is situated. The project has also resulted in a basic layout modelled in a computer aided design program, displaying key components and water flow paths. === Uvån Hagfors Teknologi AB (UHT) har utvecklat en process – GRANSHOT® – för snabbstelning av metaller i vattenbad. I processen splittras – granuleras – flytande metall till droppar. Dropparna snabbkyls i ett vattenbad där hela värmeinnehållet från den flytande metallen överförs till vattnet. Granuleringen görs med stora metallflöden, normalt mellan 1 – 4 ton metall per minut. Energin som överförs från den flytande metallen till vattnet är mellan 300 – 400 kWh per ton beroende på vilken typ av metall och metalltemperatur som används vid granuleringstillfället. I normal tillämpning tillåts vattnet värmas upp till 60 oC som sedan kyls till omgivningstemperatur i förångningskyltorn eller i värmeväxlare. Mot bakgrund av kraftigt ökade energipriser och i vissa fall begränsad tillgång på energi kan det vara intressant att ta tillvara på den energi som i GRANSHOT®-processen växlas från den flytande metallen till vatten. Syftet med projektet är att analysera förekommande energiflöden i GRANSHOT®-processen samt att utvärdera olika metoder att tillvarata den utvecklade energin. Utredningen innehåller ekonomiska analyser av innebörden av en installation av den mest lämpade återvinningsmetoden samt en enklare layoutdesign av en granuleringsanläggning med konceptet implementerat. En utförlig förstudie är genomförd för att utreda vilka krav som ställs på olika befintliga energiåtervinningstekniker samt vad de kan leverera. Möjligheten att på något sätt anpassa olika befintliga energigenereringsmetoder för att producera elektricitet i GRANSHOT®-processen utvärderas också. Den mest lämpade energiåtervinningsmetoden för GRANSHOT®-processen visade sig vara en produkt kallad Powerbox utvecklad av företaget Opcon som bygger på den organiska Rankine cykeln. Studier av effekterna av en implementerad Powerbox-teknik i en högkapacitets granuleringsanläggning med ett årligt tonnage på 3 miljoner ton visar att 10 Powerbox-enheter behövs för att hantera de stora vattenflödena. Trots att verkningsgraden uppskattas till endast omkring 4 % och investeringskostnaderna är så höga som 100 miljoner kronor är återbetalningstiden så kort som från drygt 2 år till omkring 5 år med dagens elpriser. Återbetalningstiden är starkt beroende av elpriset, och därför också av var i världen granuleringsanläggningen är placerad. Projektet har också resulterat i en layout konstruktion modellerad i CAD-programmet Solid Works som visar de viktigaste komponenterna samt flödesvägarna i granuleringsanläggningen.