Elektrifieringsalternativ av cementproduktion: Modellering av plasmavärmning och motståndsvärmning i försöksugn
Typ
Examensarbete för kandidatexamen
Program
Publicerad
2022
Författare
Brati, Arbana
Lindgren, Agnes
Svensson, Daniel
Gunnarsson, Fredrik
Karlsson, Matilda
Myrberg, Samuel
Modellbyggare
Tidskriftstitel
ISSN
Volymtitel
Utgivare
Sammanfattning
I det här projektet undersöks möjliga alternativ för elektrifiering av produktionsprocessen
av cement. Cementindustrin är ett av Sveriges största punktutsläpp av koldioxid vilket
gör det önskvärt att minska processens klimatavtryck för att uppnå Sveriges miljömål om
nettonollutsläpp till 2045. I cementprocessen bildas koldioxid både vid uppvärmning med
fossila bränslen och i kalcineringsreaktionen. Koldioxidutsläppen kan minska mycket om
uppvärmningen i processen elektrifieras och två möjliga alternativ som undersöks i den
här studien är plasmavärmning samt elektrisk motståndsvärmning.
Syftet med detta arbete är att ställa upp mass- och energibalanser för processen samt
undersöka hur värmeöverföringen förändras i processens kalcineringssteg när den nuvarande
fossila bränsleflamman ersätts med plasmavärmning alternativt elektrisk motståndsvärmning.
Modellering för den nuvarande processen och processalternativen har gjorts i
Matlab för en försöksugn som finns på Cementas anläggning i Slite på Gotland. Beräkningar
har först gjorts utifrån en blackboxmodell och därefter har värmeöveröverföringen
inne i ugnen modellerats. Projektet består även av en litteraturstudie där bland annat
information om dagens cementproduktionsprocess samt de alternativa värmekällorna har
tagits fram.
Resultatet visar att det är möjligt att ersätta den fossila bränsleflamman med både plasmavärmning
samt elektrisk motståndsvärmning för kalcineringen i försöksugnen. Enligt
både blackboxmodellen och beräkningarna för värmeöverföringen inne i ugnen är elektriskt
motståndsvärmning det mest energieffektiva alternativet. Däremot finns det praktiska
hinder för att implementera ett elektriskt motstånd. Det kan vara svårt att uppnå
tillräckligt höga temperaturer som krävs för klinkersbildning, steget efter kalcineringen.
Plasmavärmning kan utifrån denna aspekt ses som fördelaktig. I resultaten som har
tagits fram finns en stor osäkerhet då många parametrar är okända och många antagande
har gjorts, vilket gör det svårt att med säkerhet säga att det är möjligt att genomföra
kalcineringssteget med de undersökta alternativen.
Beskrivning
Ämne/nyckelord
cementproduktion , elektrifiering , plasmagenerator , elektriskt motstånd , kalcinering , koldioxidutsläpp