Jesu li električne peći budućnost proizvodnje stakla?
Pregled proizvodnje stakla
Proizvodnja stakla je tipično energetski intenzivna. Staklene peći mogu doseći 1300-1550 ºC za taljenje i rafiniranje sirovina, ovisno o potrebnoj formulaciji.
Prirodni plin i električna energija su glavni izvori energije, no povijesno gledano, staklarska industrija je preferirala plin jer je to etablirana tehnologija, niske cijene, visoke čistoće, lakoće kontrole i činjenice da nema zahtjeva za skladišnim objektima. Plinske peći imaju dug životni vijek, u prosjeku preko 12 godina, a ponekad i do 20 godina.
Donedavno su se električne peći za taljenje stakla koristile za specijalna stakla, a posebno za stakla sa značajnim hlapljivim sastojcima kao što su fluorid opal stakla, borosilikati i olovni kristal. Raste interes za proširenjem njegove uporabe kroz industriju.
Proizvodnja električnih staklenih peći
Najučinkovitija metoda proizvodnje električnog stakla je korištenje elektroda uronjenih u staklo ili za električno pojačavanje (omogućuje 5-20 % ukupnog unosa energije) ili potpuno električno taljenje. Uronjene elektrode su spojene na napajanje i transformator, kako bi električna struja prošla kroz staklo.
U potpuno električnim pećima, energija taljenja dolazi od elektroda (toplota u džulu), pri čemu se plinski plamenik koristi za početno pokretanje ili kao izvor topline u nuždi. Ove peći uglavnom rade na 'hladnom vrhu', gdje se sirovina ravnomjerno raspoređuje po površini taljenja stakla, tvoreći izolacijski 'serijski pokrivač'. Taljenje i rafiniranje odvijaju se u jednom vertikalnom procesu, pri čemu se staklo uvlači kroz grlo na dnu dubokog spremnika za taljenje.
Prednosti električnog taljenja
Električne peći nude nekoliko prednosti u odnosu na plinske peći. Na primjer, imaju vrlo niske izravne emisije CO2, toplinske emisije NOx ili SOx. Uz pritisak na smanjenje emisija koji dolazi i od kupaca i od zakonodavstva, ovo je značajna prednost. Iako je moguće poboljšati konvencionalne plinske peći kako bi se smanjile emisije, to može rezultirati složenijom tehnologijom koja rezultira dodatnim održavanjem, korištenjem kemikalija koje nisu ekološki prihvatljive i ograničenjem životnog vijeka opreme.
Još jedna prednost je što su gubici topline iz električnih peći mnogo manji. Toplinska učinkovitost plinskih peći dostiže vrhunac na oko 45%. To znači da se više energije gubi kao toplina nego što se koristi za pretvaranje sirovina u rastaljeno staklo. Gubici topline nastaju iz gornjeg ustroja peći i u zaostalim otpadnim plinovima, čak i ako se koriste sustavi povrata topline. Nasuprot tome, električni pristup znači da se energija taljenja prenosi izravno u staklo. Toplinska učinkovitost može biti preko 70% čak iu maloj električnoj peći, a može doseći 85% u velikoj električnoj peći.
Potpuno električne peći također su energetski učinkovitije od plinskih peći; troše oko 35% manje energije. Razlika u energetskoj učinkovitosti posebno je važna za male peći. Kako se veličina peći smanjuje, energetska učinkovitost električnih peći ostaje vrlo visoka, dok učinkovitost plinskih peći dramatično pada i može biti manja od 20%.
Električno pojačavanje može biti vrlo učinkovit način za smanjenje ukupne potrošnje energije. To također znači da oslobađanje energije može biti visoko fokusirano, pomažući u određivanju uvjeta u staklenoj kupelji. U nekim slučajevima, dobro osmišljen sustav pojačanja može poboljšati homogenost kvalitete stakla, gubitak sjemena i kamenca. Nasuprot tome, u plinskim pećima, gdje fokusirano oslobađanje energije nije moguće, u staklu se mogu stvoriti neprecizni temperaturni profili.
Ključna prednost električne peći s hladnim vrhom je da sve što ulazi u šaržu ostaje u staklu, osim plinova koji se oslobađaju iz procesa taljenja, a koji prodiru kroz sloj šarže. Gubici šaržnih sastojaka kao što su fluor, bor, olovo, različita hlapljiva sredstva za rafiniranje i drugi sastojci su gotovo eliminirani.
Nedostaci potpuno električnog taljenja
Dok električne peći imaju niže kapitalne troškove, imaju kraći vijek trajanja (2-7 godina u usporedbi s 10-20 godina za konvencionalne peći) i veće troškove energije. Ekonomska isplativost električnih peći usko je povezana s troškom električne energije u usporedbi s plinom. Veća toplinska i energetska učinkovitost može nadoknaditi ovaj trošak za manje peći, ali to možda nije slučaj za veće peći.
Nizak utjecaj na okoliš održava se samo ako peć može primati energiju iz obnovljivih izvora energije i zahtijeva pouzdanu i stabilnu električnu mrežu.
Postoje i operativna razmatranja. Na primjer, održavanje elektroda radi ograničavanja većeg otpora uzrokovanog trošenjem. Nije moguće topiti stakla s višim temperaturama (& gt;1500C) i postoji zabrinutost od korozije/erozije materijala elektroda iz određenih staklenih sastava. Nadalje, reciklirano staklo može biti problem koji zahtijeva nove metode rukovanja.
Zaključak
U većini je mjesta još uvijek ekološki čistije izgarati fosilna goriva u peći nego ih koristiti za proizvodnju električne energije za električno taljenje. Međutim, kako obnovljivi izvori povećavaju svoj doprinos proizvodnji električne energije, ova će se situacija promijeniti. Također se čini da su se poboljšanja energetske učinkovitosti tehnologija izgaranja fosilnih goriva izjednačila. Kako zakon o emisijama ulazi u snagu, a potrošači sve više traže materijale i tehnologije koje su ekološki prihvatljive, može doći do promjene u proizvodnji stakla s plinske na električnu energiju. Ostale prednosti električnog taljenja, kao što su bolja toplinska učinkovitost i potrošnja energije, također će mu ići u prilog.
