Czy piece elektryczne to przyszłość produkcji szkła?
Przegląd produkcji szkła
Produkcja szkła jest zazwyczaj energochłonna. Piece szklarskie mogą osiągać temperaturę 1300-1550°C w celu topienia i uszlachetniania surowców, w zależności od wymaganej receptury.
Gaz ziemny i energia elektryczna są głównymi źródłami energii, jednak historycznie przemysł szklarski faworyzował gaz, ponieważ jest to technologia o ugruntowanej pozycji, niska cena, wysoka czystość, łatwość kontroli i fakt, że nie ma potrzeby magazynowania. Piece gazowe mają długą żywotność, średnio ponad 12 lat, a czasami nawet do 20 lat.
Do niedawna elektryczne piece do topienia szkła były stosowane do szkieł specjalnych, a zwłaszcza szkieł o znacznych lotnych składnikach, takich jak opalizujące szkła fluorowe, borokrzemiany i kryształy ołowiowe. Rośnie zainteresowanie rozszerzeniem ich zastosowania w przemyśle.
Produkcja elektrycznych pieców szklarskich
Najskuteczniejszą metodą produkcji szkła elektrycznego jest użycie elektrod zanurzonych w szkle jako dopalania elektrycznego (dostarczającego 5-20% całkowitego wkładu energii) lub topienia całkowicie elektrycznego. Zanurzone elektrody są podłączone do zasilacza i transformatora, aby przepuszczać prąd elektryczny przez szkło.
W piecach całkowicie elektrycznych energia topienia pochodzi z elektrod (ciepło dżulowe), przy czym do pierwszego rozruchu wykorzystywany jest palnik gazowy lub jako awaryjne źródło ciepła. Piece te pracują głównie w trybie „cold top”, w którym surowiec jest równomiernie rozprowadzany na powierzchni topienia szkła, tworząc izolacyjny „koc wsadowy”. Topienie i rafinacja odbywa się w jednym pionowym procesie, w którym szkło jest wciągane przez gardziel na dnie głębokiego zbiornika do topienia.
Zalety topienia elektrycznego
Piece elektryczne mają kilka zalet w porównaniu z piecami gazowymi. Na przykład mają bardzo niskie bezpośrednie emisje CO2, termiczne emisje NOx lub SOx. Biorąc pod uwagę presję na zmniejszenie emisji, zarówno ze strony klientów, jak i przepisów, jest to znacząca korzyść. Chociaż możliwe jest ulepszenie konwencjonalnych pieców gazowych w celu zmniejszenia emisji, może to skutkować bardziej złożoną technologią, która skutkuje dodatkową konserwacją, użyciem nieprzyjaznych dla środowiska chemikaliów i ograniczeniem żywotności sprzętu.
Kolejną korzyścią jest to, że straty ciepła z pieców elektrycznych są znacznie mniejsze. Sprawność cieplna pieców gazowych osiąga szczytową wartość około 45%. Oznacza to, że więcej energii jest tracone w postaci ciepła niż jest wykorzystywane do przekształcenia surowców w stopione szkło. Straty ciepła występują z nadbudowy pieca oraz w resztkowych gazach odlotowych, nawet w przypadku zastosowania systemów odzysku ciepła. W przeciwieństwie do tego, podejście elektryczne oznacza, że energia topnienia jest przekazywana bezpośrednio do szkła. Sprawność cieplna może wynosić ponad 70% nawet w małym piecu elektrycznym i może osiągnąć 85% w dużym piecu elektrycznym.
Piece całkowicie elektryczne są również bardziej energooszczędne niż piece opalane gazem; zużywają około 35% mniej energii. Różnica w sprawności energetycznej jest szczególnie istotna w przypadku małych pieców. W miarę zmniejszania się wielkości pieca, sprawność energetyczna pieców elektrycznych pozostaje bardzo wysoka, podczas gdy sprawność pieców gazowych dramatycznie spada i może wynosić mniej niż 20%.
Doładowanie elektryczne może być bardzo skutecznym sposobem na zmniejszenie ogólnego zużycia energii. Oznacza to również, że uwalnianie energii może być silnie skoncentrowane, co pomaga określić warunki w kąpieli szklanej. W niektórych przypadkach dobrze zaprojektowany system doładowania może poprawić jednorodność jakości szkła, utratę nasion i kamieni. Natomiast w piecach gazowych, w których nie jest możliwe skupione uwalnianie energii, w szkle mogą powstawać nieprecyzyjne profile temperatur.
Główną zaletą pieca elektrycznego z zimnym blatem jest to, że wszystko, co wchodzi do wsadu, pozostaje w szkle, z wyjątkiem gazów uwalnianych z procesu topienia, które przenikają przez koc wsadowy. Straty składników partii, takich jak fluor, bor, ołów, różne lotne środki rafinujące i inne składniki są prawie wyeliminowane.
Wady topienia całkowicie elektrycznego
Chociaż piece elektryczne mają niższe koszty kapitałowe, mają krótszą żywotność (2-7 lat w porównaniu do 10-20 lat w przypadku konwencjonalnych pieców) i wyższe koszty energii. Opłacalność pieców elektrycznych jest ściśle związana z kosztem energii elektrycznej w porównaniu z gazem. Wyższa sprawność cieplna i energetyczna może zrównoważyć ten koszt w przypadku mniejszych pieców, ale może tak nie być w przypadku większych pieców.
Niski wpływ na środowisko utrzymuje się tylko wtedy, gdy piec może otrzymywać energię z odnawialnych źródeł energii i wymaga niezawodnej i stabilnej sieci energetycznej.
Istnieją również względy operacyjne. Na przykład konserwacja elektrod w celu ograniczenia wyższej rezystancji spowodowanej zużyciem. Nie jest możliwe topienie szkieł o wyższej temperaturze (& gt;1500C) i istnieje obawa o korozję/erozję materiału elektrody z niektórych kompozycji szklanych. Co więcej, szkło z recyklingu może stanowić problem, który wymaga nowych metod obsługi.
Wniosek
W większości miejsc nadal czystsze dla środowiska jest spalanie paliw kopalnych w piecu niż wykorzystywanie ich do wytwarzania energii elektrycznej do topienia elektrycznego. Jednak w miarę jak odnawialne źródła energii zwiększają swój wkład w produkcję energii elektrycznej, sytuacja ta ulegnie zmianie. Wydaje się również, że poprawa efektywności energetycznej technologii spalania paliw kopalnych ustabilizowała się. Ponieważ wkraczają przepisy dotyczące emisji, a konsumenci coraz częściej domagają się materiałów i technologii, które są przyjazne dla środowiska, może nastąpić zmiana w produkcji szkła z gazu na energię elektryczną. Inne zalety topienia elektrycznego, takie jak lepsza sprawność cieplna i zużycie energii, również będą się liczyć na jego korzyść.
