Da li su električne peći budućnost proizvodnje stakla?
Pregled proizvodnje stakla
Proizvodnja stakla je tipično energetski intenzivna. Staklene peći mogu dostići 1300-1550 ºC za topljenje i prečišćavanje sirovina, u zavisnosti od zahtevane formulacije.
Prirodni plin i električna energija su glavni izvori energije, međutim historijski gledano, industrija stakla je favorizirala plin jer je to uspostavljena tehnologija, niske cijene, visoke čistoće, lakoće kontrole i činjenice da ne postoje zahtjevi za skladišnim objektima. Plinske peći imaju dug vijek trajanja, u prosjeku preko 12 godina, a ponekad i do 20 godina.
Do nedavno su se električne peći za topljenje stakla koristile za specijalna stakla, a posebno za stakla sa značajnim isparljivim sastojcima kao što su fluorid opal stakla, borosilikati i olovni kristal. Raste interes za proširenjem njegove upotrebe kroz industriju.
Proizvodnja električnih staklenih peći
Najefikasniji način proizvodnje električnog stakla je korištenje elektroda uronjenih u staklo ili za električno pojačavanje (obezbeđujući 5-20% ukupne uložene energije) ili potpuno električno topljenje. Uronjene elektrode su spojene na napajanje i transformator, da propuštaju električnu struju kroz staklo.
U potpuno električnim pećima, energija topljenja dolazi od elektroda (džula toplina), 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 za topljenje stakla, formirajući izolacijski 'serijski pokrivač'. Topljenje i rafiniranje se odvijaju u jednom vertikalnom procesu, pri čemu se staklo uvlači kroz grlo na dnu dubokog rezervoara za topljenje.
Prednosti električnog topljenja
Električne peći nude nekoliko prednosti u odnosu na plinske peći. Na primjer, imaju vrlo niske direktne emisije CO2, toplotnih emisija 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 hemikalija koje nisu ekološki prihvatljive i ograničenjima životnog vijeka opreme.
Još jedna prednost je što su gubici toplote iz električnih peći mnogo manji. Toplinska efikasnost plinskih peći dostiže vrhunac na oko 45%. To znači da se više energije gubi kao toplina nego što se koristi za pretvaranje sirovina u rastopljeno staklo. Toplotni gubici nastaju iz gornje strukture peći i u zaostalim otpadnim plinovima, čak i ako se koriste sistemi za povrat topline. Nasuprot tome, električni pristup znači da se energija topljenja prenosi direktno u staklo. Toplotna efikasnost može biti preko 70% čak iu maloj električnoj peći i može doseći 85% u velikoj električnoj peći.
Potpuno električne peći su također energetski efikasnije od peći na plin; troše oko 35% manje energije. Razlika u energetskoj efikasnosti posebno je važna za male peći. Kako se veličina peći smanjuje, energetska efikasnost električnih peći ostaje veoma visoka, dok efikasnost gasnih peći drastično opada i može biti manja od 20%.
Električno pojačavanje može biti vrlo efikasan način za smanjenje ukupne potrošnje energije. To također znači da oslobađanje energije može biti visoko fokusirano, pomažući u određivanju uslova u staklenoj kupki. U nekim slučajevima, dobro dizajniran sistem pojačanja može poboljšati homogenost kvaliteta 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 sa hladnim vrhom je da sve što ulazi u šaržu ostaje u staklu, osim gasova koji se oslobađaju tokom procesa topljenja, koji prodiru kroz sloj šarže. Gubici šaržnih sastojaka kao što su fluor, bor, olovo, različiti hlapljivi agensi za rafiniranje i drugi sastojci su gotovo eliminirani.
Nedostaci potpuno električnog topljenja
Dok električne peći imaju niže kapitalne troškove, imaju kraći vijek trajanja (2-7 godina u poređenju sa 10-20 godina za konvencionalne peći) i veće troškove energije. Ekonomska isplativost električnih peći usko je povezana sa cenom električne energije u poređenju sa gasom. Veća toplotna i energetska efikasnost 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 habanjem. Nije moguće topiti stakla na višim temperaturama (& gt;1500C) i postoji zabrinutost od korozije/erozije materijala elektrode iz određenih staklenih kompozicija. Nadalje, reciklirano staklo može biti problem koji zahtijeva nove metode rukovanja.
Zaključak
U većini mjesta je još uvijek ekološki čistije sagorijevati fosilna goriva u peći nego ih koristiti za proizvodnju električne energije za električno topljenje. Međutim, kako obnovljivi izvori energije povećavaju svoj doprinos proizvodnji električne energije, ova situacija će se promijeniti. Takođe se čini da su se poboljšanja energetske efikasnosti tehnologija sagorevanja fosilnih goriva izjednačila. Kako se zakonodavstvo o emisijama pokreće i potrošači sve više zahtijevaju materijale i tehnologije koje su ekološki prihvatljive, može doći do promjene u proizvodnji stakla s plinske na električnu energiju. Ostale prednosti električnog topljenja, kao što su bolja termička efikasnost i potrošnja energije, takođe će mu ići u prilog.
