Heat recovery of cooling water in a hot strip mill

Primetals Technologies Austria bietet metallurgische Anlagenlösungen auf der ganzen Welt an. Eines der Ziele des Unternehmens ist es, „Green Steel“-Lösungen im Portfolio zu haben. Das Warmwalzwerk ist dabei ein etablierter Anlagentyp. Es hat verschiedene Abwärmeströme, von denen die Summe aller Kühlwassersysteme die meiste Wärme transportiert. Diese Wärme wird im Moment dissipiert. In der Arbeit werden Konzepte vorgestellt, die mit Hilfe von industriellen Wärmepumpen die Wärme vom Kühlwasser einer Kühlstrecke und eines Wiedererwärmungsofens zurückgewinnen. Die Temperatur wird auf ein Niveau angehoben, mit dem ein Fernwärmesystem versorgt werden kann.
Das erwärmte Rücklauf-Kühlwasser gelangt in die Wasseraufbereitungsanlage, wo es unter anderem gefiltert und gekühlt wird. Die Konzepte sehen die Platzierung einer Wärmepumpe im Bypass des Kühlaggregats vor. Dadurch wird sichergestellt, dass die tatsächlichen Temperaturen nahe an den maximalen Auslegungstemperaturen liegen, was für eine Wärmeauskopplung von Vorteil ist. Die Wassertemperatur kann durch die Durchflussregelung über diesen Bypass gesteuert werden. Die Wärmepumpe liefert nicht nur Wärme an die Fernwärme, sondern kühlt auch das Wasser. Dies entlastet die Kühlaggregate.
Im Vergleich zur aktuellen Situation würde die Implementierung einer Wärmepumpe im Kühlsystem eines Warmwalzwerks weniger Wasserverbrauch aufgrund verringerter Verdunstung in Kühlaggregaten und ein geringeres 𝐶𝑂2-Äquivalent im Fernwärmesystem bedeuten, da teurere kohlenstoffintensive Alternativen seltener benötigt werden. Der Gesamtstromverbrauch für die Wasseraufbereitungsanlage würde mit der Installation einer Wärmepumpe deutlich ansteigen. Die Wirtschaftlichkeit wird für einen Investitionsfall bei einem angenommenen Stahlhersteller bewertet. Die Amortisationszeit wird von mehreren Faktoren beeinflusst, von denen der Wärmepreis der wichtigste ist. Abhängig von den Spezifika des Warmwalzwerks, dem Fernwärmenetz und dem Preisniveau kann die Amortisationszeit Werte erreichen, die für ein Realisierungsprojekt rein wirtschaftlich interessant sind. Die Amortisationszeit kann durch Berücksichtigung von 𝐶𝑂2-Bepreisung, Einsparungen bei den Ausgaben für Wasser oder öffentlichen Fördermitteln weiter gesenkt werden.