Электропечи - будущее стекольного производства?
Обзор производства стекла
Производство стекла обычно энергоемкое. Стекловаренные печи могут достигать температуры 1300-1550 ºC для плавления и очистки сырья, в зависимости от требуемой рецептуры.
Природный газ и электричество являются основными источниками энергии, однако исторически стекольная промышленность отдавала предпочтение газу, потому что это устоявшаяся технология с низкой ценой, высокой чистотой, простотой контроля и отсутствием потребности в хранилищах. Газовые печи имеют длительный срок службы, в среднем более 12 лет, а иногда и до 20 лет.
До недавнего времени электрические стекловаренные печи использовались для изготовления специальных стекол, особенно стекол со значительными летучими компонентами, таких как фторид-опаловые стекла, боросиликаты и кристаллы свинца. Растет интерес к расширению их использования в промышленности.
Электростекловаренное производство
Самый эффективный метод производства электрического стекла - это использование электродов, погруженных в стекло, либо в качестве электрического наддува (обеспечивающего 5-20% общей подводимой энергии), либо полностью электрического плавления. Погруженные электроды подключены к источнику питания и трансформатору для пропускания электрического тока через стекло.
В полностью электрических печах энергия плавления поступает от электродов (джоулевое тепло), при этом газовая горелка используется для первоначального запуска или в качестве аварийного источника тепла. Эти печи в основном работают с «холодным верхом», когда сырье равномерно распределяется по поверхности плавления стекла, образуя изолирующее «одеяло». Плавление и рафинирование происходят в одном вертикальном процессе, когда стекло протягивается через горловину на дне резервуара для глубокой плавки.
Преимущества электроплавки
Электрические печи имеют ряд преимуществ перед газовыми печами. Например, они имеют очень низкие прямые выбросы CO2, термических выбросов NOx или SOx. Учитывая необходимость сокращения выбросов со стороны как потребителей, так и законодательства, это является значительным преимуществом. Хотя можно улучшить обычные газовые печи для снижения выбросов, это может привести к более сложной технологии, которая приведет к дополнительному обслуживанию, использованию неэкологичных химикатов и ограничению срока службы оборудования.
Еще одним преимуществом является то, что тепловые потери от электропечей намного ниже. Максимальный тепловой КПД газовых печей составляет около 45%. Это означает, что в виде тепла теряется больше энергии, чем используется для преобразования сырья в расплавленное стекло. Потери тепла происходят из надстройки печи и в остаточных отходящих газах, даже если используются системы рекуперации тепла. Напротив, электрический подход означает, что энергия плавления передается непосредственно стеклу. Тепловой КПД может превышать 70% даже в небольшой электропечи и может достигать 85% в большой электропечи.
Полностью электрические печи также более энергоэффективны, чем газовые печи; они потребляют примерно на 35% меньше энергии. Разница в энергоэффективности особенно важна для небольших печей. По мере уменьшения размера печи энергоэффективность электрических печей остается очень высокой, тогда как эффективность газовых печей резко падает и может составлять менее 20%.
Электрический наддув может быть очень эффективным способом снизить общее потребление энергии. Это также означает, что выделение энергии может быть очень сфокусированным, помогая определять условия в стеклянной ванне. В некоторых случаях хорошо спроектированная система наддува может улучшить однородность качества стекла, потерю семян и камней. Напротив, в газовых печах, где целенаправленное выделение энергии невозможно, в стекле могут быть созданы неточные температурные профили.
Ключевым преимуществом электрической печи с холодным верхом является то, что все, что попадает в шихту, остается в стекле, за исключением газов, выделяемых в процессе плавления, которые проникают через бланкет шихты. Потери компонентов партии, таких как фтор, бор, свинец, различные летучие рафинирующие агенты и другие компоненты, практически исключены.
Недостатки полностью электрической плавки
Хотя электрические печи имеют более низкие капитальные затраты, они имеют более короткий срок службы (2-7 лет по сравнению с 10-20 годами для обычных печей) и более высокие затраты на электроэнергию. Экономическая целесообразность электропечей тесно связана со стоимостью электроэнергии по сравнению с газом. Более высокая тепловая и энергетическая эффективность может компенсировать эти затраты для печей меньшего размера, но это может быть не так для печей большего размера.
Низкое воздействие на окружающую среду сохраняется только в том случае, если печь может получать электроэнергию от возобновляемых источников энергии и требует наличия надежной и стабильной электросети.
Есть также эксплуатационные соображения. Например, техническое обслуживание электродов для ограничения более высокого сопротивления, вызванного износом. Невозможно плавить стекло с более высокой температурой (& gt; 1500 ° C), и существует опасность коррозии / эрозии электродного материала из определенных составов стекла. Кроме того, переработанное стекло может стать проблемой, требующей новых методов обращения.
Заключение
В большинстве мест по-прежнему экологически чище сжигать ископаемое топливо в печи, чем использовать их для выработки электричества для плавления на электрическом ходу. Однако по мере того, как возобновляемые источники энергии увеличивают свой вклад в производство электроэнергии, эта ситуация изменится. Похоже, что повышение энергоэффективности технологий сжигания ископаемого топлива стабилизировалось. Поскольку вступает в силу законодательство о выбросах, а потребители все чаще требуют материалы и технологии, которые являются экологически чистыми, в производстве стекла может произойти переход от газа к электроэнергии. Другие преимущества электрического плавления, такие как более высокий тепловой КПД и потребление энергии, также будут в его пользу.
