Korkean lämpötilan hukkalämmön talteenotto termisistä prosesseista

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan korkean lämpötilan hukkalämmön talteenottoa termisistä prosesseista. Hukkalämmön talteenotto ja hyödyntäminen termisistä prosesseista on tärkeää, koska energian kulutus kasvaa globaalisti ja samalla ilmastonmuutoksen edetessä ihmisten toiminnasta syntyviä päästöjä pyritään vähentämään. Hukkalämpöä hyödyntämällä on mahdollista saada käytetystä primäärienergiasta enemmän hyötykäyttöön. Näin on mahdollista rajoittaa primäärienergian käytön kasvua ja tätä kautta vähentää päästöjä.

Terminen prosessi tarkoittaa prosessia, jossa lämpö on merkittävässä roolissa ja lämmön avulla voidaan pyrkiä saamaan eri aineissa haluttuja muutoksia. Esimerkkinä termisistä prosesseista voidaan käyttää erilaisia sulatusprosesseja tai polttoprosesseja. Työssä käydään läpi millaisia termisiä prosesseja teollisuuden eri aloilla on sekä millaisia vaatimuksia eri prosessit ja niiden mahdolliset erilaiset ominaisuudet asettavat talteenottotekniikoille. Läpi käydään myös, mitä tekniikoita teollisuudessa on käytössä.

Työn keskeisimmät havainnot ja tulokset ovat, että korkean lämpötilan hukkalämmön lähteitä on monilla eri teollisuuden aloilla ja hukkalämmön lämpötilat ja ominaisuudet vaihtelevat eri aloilla ja prosesseilla merkittävästi. Teollisuuden alat, jotka tuottavat korkean lämpötilan hukkalämpöä olivat metalliteollisuus, sementtiteollisuus, energiateollisuus ja lasiteollisuus. Hukkalämpöä syntyy myös tietynlaisten polttokennojen käytössä. Työssä tunnistettuja hukkalämmön talteenottokeinoja ovat jätelämpökattilat, lämmöntalteenottokattilat, lämpöakut ja lämpövarastot, TEG-moduulit sekä regeneratiiviset lämmönvaihtimet. Havaittiin myös, että talteenottotekniikan valinnassa täytyy ottaa huomioon monia tekijöitä. Esimerkkinä tekniikan valinnassa huomioon otettavista tekijöistä voidaan käyttää esimerkiksi hukkalämpövirran likaisuutta.

This bachelor’s thesis examines high-temperature waste heat recovery from thermal processes. Recovering and utilizing waste heat from thermal processes is very important because energy consumption is increasing globally and as climate change is progressing, efforts are being made to reduce emissions caused by human actions. By utilizing waste heat, it is possible to get more use out of the used primary energy. This can lower the need to increase usage of primary energy which then lowers emissions.

Thermal process is a process in which temperature is used to make wanted changes to different materials. Smelting processes and combustion processes can be used as an example of thermal processes. This thesis investigates thermal processes from different industrial sectors and what requirements these processes and their characteristics have for the recovery methods used. Recovery methods in use are also studied.

The main findings and results of this thesis are that there are many industries with high-temperature waste heat sources and the temperatures and characteristics vary between industries and processes. Industries that were recognized to have waste heat sources were metal processing industry, cement industry, energy industry and glass industry. Also, some types of fuel cells create high temperature waste heat. Recovery methods recognized in the examination were waste heat boilers, waste heat steam generators, thermal energy storages, TEG-modules, and regenerative heat exchangers. It was also found that many factors have to be taken into consideration when deciding on the choice of used recovery method. An example of a factor that influences the recovery method selection is the contamination of the waste heat stream.