Sunt Cuptoarele electrice viitorul producției de sticlă?
Prezentare generală a producției de sticlă
Producția de sticlă este de obicei consumatoare de energie. Cuptoarele de sticlă pot atinge 1300-1550 ºC pentru topirea și rafinarea materiilor prime, în funcție de formularea necesară.
Gazele naturale și electricitatea sunt principalele surse de energie, cu toate acestea, din punct de vedere istoric, industria sticlei a favorizat gazul deoarece este o tehnologie consacrată, cu preț scăzut, puritate ridicată, ușurință în control și faptul că nu există cerințe pentru instalații de depozitare. Cuptoarele cu gaz au o durată de viață lungă, în medie peste 12 ani și uneori până la 20 de ani.
Până de curând, cuptoarele electrice de topire a sticlei au fost folosite pentru sticla specială, și în special pentru paharele cu constituenți volatili semnificativi, cum ar fi paharele opal cu fluor, borosilicații și cristalul de plumb. Interesul este în creștere pentru extinderea utilizării sale în industrie.
Productie cuptor electric din sticla
Cea mai eficientă metodă de producere a sticlei electrice este utilizarea electrozilor scufundați în sticlă, fie ca amplificare electrică (oferind 5-20 % din energia totală aportă), fie ca topire complet electrică. Electrozii scufundați sunt conectați la o sursă de alimentare și un transformator, pentru a trece un curent electric prin sticlă.
În cuptoarele complet electrice, energia de topire provine de la electrozi (căldură în joule), un arzător cu gaz fiind folosit pentru pornirea inițială sau ca sursă de căldură de urgență. Aceste cuptoare funcționează în principal cu „top rece”, unde materia primă este distribuită uniform pe suprafața de topire a sticlei, formând o „pătură de lot” izolatoare. Topirea și rafinarea au loc într-un proces vertical, sticla fiind trasă printr-un gât de la fundul unui rezervor de topire adânc.
Avantajele topirii electrice
Cuptoarele electrice oferă mai multe avantaje față de cuptoarele cu gaz. De exemplu, au emisii directe foarte scăzute de CO2, emisii termice de NOx sau SOx. Având presiunea de reducere a emisiilor atât de la clienți, cât și de la legislație, acesta este un beneficiu semnificativ. Deși este posibil să se îmbunătățească cuptoarele cu gaz convenționale pentru a reduce emisiile, acest lucru poate duce la o tehnologie mai complexă care are ca rezultat întreținere suplimentară, utilizarea de substanțe chimice care nu sunt ecologice și limitări ale duratei de viață a echipamentelor.
Un alt beneficiu este că pierderile de căldură de la cuptoarele electrice sunt mult mai mici. Eficiența termică a cuptoarelor cu gaz atinge vârfuri la aproximativ 45%. Aceasta înseamnă că se pierde mai multă energie sub formă de căldură decât este folosită pentru a transforma materiile prime în sticlă topită. Pierderile de căldură apar din suprastructura cuptorului și în gazele reziduale reziduale, chiar dacă se folosesc sisteme de recuperare a căldurii. În schimb, abordarea electrică înseamnă că energia de topire este transferată direct în sticlă. Eficiența termică poate fi de peste 70% chiar și într-un cuptor electric mic și poate ajunge la 85% într-un cuptor electric mare.
Cuptoarele electrice sunt, de asemenea, mai eficiente din punct de vedere energetic decât cuptoarele pe gaz; consumă cu aproximativ 35% mai puțină energie. Diferența de eficiență energetică este deosebit de importantă pentru cuptoarele mici. Pe măsură ce dimensiunea cuptorului scade, eficiența energetică a cuptoarelor electrice rămâne foarte mare, în timp ce eficiența cuptoarelor cu gaz scade dramatic și poate fi mai mică de 20%.
Amplificarea electrică poate fi o modalitate foarte eficientă de a reduce consumul total de energie. De asemenea, înseamnă că eliberarea de energie poate fi foarte concentrată, ajutând la determinarea condițiilor din baia de sticlă. În unele cazuri, un sistem de amplificare bine conceput poate îmbunătăți omogenitatea calității sticlei, pierderile de semințe și pietre. În schimb, în cuptoarele cu gaz, unde eliberarea de energie focalizată nu este posibilă, în sticlă pot fi create profile de temperatură imprecise.
Un avantaj cheie al cuptorului electric cu top rece este că tot ceea ce intră în lot rămâne în sticlă, în afară de gazele eliberate din procesul de topire, care se scurg prin pătura lotului. Pierderile de constituenți ai lotului, cum ar fi fluor, bor, plumb, diverși agenți volatili de rafinare și alți constituenți sunt aproape eliminate.
Dezavantajele topirii complet electrice
În timp ce cuptoarele electrice au costuri de capital mai mici, ele au durate de viață mai scurte (2-7 ani față de 10-20 de ani pentru cuptoarele convenționale) și costuri mai mari pentru energie. Viabilitatea economică a cuptoarelor electrice este strâns legată de costul energiei electrice în comparație cu gazul. Eficiența termică și energetică mai mare poate compensa acest cost pentru cuptoarele mai mici, dar acest lucru ar putea să nu fie cazul cuptoarelor mai mari.
Impactul scăzut asupra mediului este menținut doar dacă cuptorul poate primi energie din surse regenerabile de energie și necesită o rețea electrică care este fiabilă și stabilă.
Există și considerații operaționale. De exemplu, întreținerea electrozilor pentru a limita rezistența mai mare cauzată de uzură. Nu este posibilă topirea sticlelor cu temperatură mai mare (>1500C) și există îngrijorări cu privire la coroziunea/eroziunea materialului electrodului din anumite compoziții de sticlă. În plus, sticla reciclată poate fi o problemă care necesită noi metode de manipulare.
Concluzie
În majoritatea locurilor, este încă mai curat din punct de vedere ecologic să arzi combustibili fosili într-un cuptor decât să îi folosești pentru a genera electricitate pentru topirea electrică. Cu toate acestea, pe măsură ce sursele regenerabile își sporesc contribuția la producția de energie electrică, această situație se va schimba. De asemenea, se pare că îmbunătățirile în ceea ce privește eficiența energetică a tehnologiilor de ardere a combustibililor fosili s-au stabilizat. Pe măsură ce legislația privind emisiile intră în vigoare și consumatorii solicită din ce în ce mai mult materiale și tehnologii care sunt ecologice, este posibil să existe o schimbare în fabricarea sticlei de la gaz la energie electrică. În favoarea acesteia vor conta și celelalte avantaje ale topirii electrice, cum ar fi eficiența termică mai bună și consumul de energie.
