Vai elektriskās krāsnis ir stikla ražošanas nākotne?
Pārskats par stikla ražošanu
Stikla ražošana parasti ir energoietilpīga. Stikla krāsnis izejvielu kausēšanai un attīrīšanai var sasniegt 1300-1550 ºC atkarībā no vajadzīgā sastāva.
Dabasgāze un elektrība ir galvenie enerģijas avoti, tomēr vēsturiski stikla rūpniecība ir devusi priekšroku gāzei, jo tā ir iedibināta tehnoloģija, ar zemu cenu, augstu tīrības pakāpi, vieglu vadāmību un to, ka nav nepieciešamas uzglabāšanas telpas. Gāzes krāsnīm ir ilgs kalpošanas laiks, vidēji virs 12 gadiem un dažreiz līdz 20 gadiem.
Vēl nesen elektriskās stikla kausēšanas krāsnis tika izmantotas īpašiem stikliem, jo īpaši stikliem ar ievērojamām gaistošām sastāvdaļām, piemēram, fluorīda opāla stikliem, borsilikātiem un svina kristāliem. Pieaug interese par tā izmantošanas paplašināšanu visā nozarē.
Elektrisko stikla krāšņu ražošana
Visefektīvākā elektriskā stikla ražošanas metode ir izmantot stiklā iegremdētus elektrodus vai nu kā elektrisko pastiprināšanu (nodrošinot 5-20% no kopējās enerģijas ievadīšanas), vai pilnībā elektrisku kausēšanu. Iegremdētie elektrodi ir savienoti ar barošanas avotu un transformatoru, lai caur stiklu izvadītu elektrisko strāvu.
Pilnībā elektriskajās krāsnīs kušanas enerģija nāk no elektrodiem (džoulu siltums), sākotnējai palaišanai izmantojot gāzes degli vai kā avārijas siltuma avotu. Šīs krāsnis galvenokārt darbojas “aukstā virsmā”, kur izejmateriāls tiek vienmērīgi sadalīts pa stikla kušanas virsmu, veidojot izolējošu “partijas segu”. Kausēšana un attīrīšana notiek vienā vertikālā procesā, stiklu izvelkot caur rīkli dziļas kausēšanas tvertnes apakšā.
Elektriskā kausēšanas priekšrocības
Elektriskās krāsnis piedāvā vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar gāzes krāsnīm. Piemēram, tiem ir ļoti zemas tiešās CO2, termiskās NOx vai SOx emisijas. Ņemot vērā spiedienu samazināt emisijas gan no klientiem, gan tiesību aktiem, tas ir būtisks ieguvums. Lai gan ir iespējams uzlabot parastās gāzes krāsnis, lai samazinātu emisijas, tas var radīt sarežģītāku tehnoloģiju, kā rezultātā tiek veikta papildu apkope, tiek izmantotas videi nedraudzīgas ķīmiskas vielas un tiek ierobežots aprīkojuma kalpošanas laiks.
Vēl viens ieguvums ir tas, ka siltuma zudumi no elektriskajām krāsnīm ir daudz mazāki. Gāzes krāšņu termiskā efektivitāte ir aptuveni 45%. Tas nozīmē, ka siltuma veidā tiek zaudēts vairāk enerģijas, nekā tiek izmantots izejvielu pārvēršanai kausētā stiklā. Siltuma zudumi rodas no krāsns virsbūves un atlikušajās izplūdes gāzēs, pat ja tiek izmantotas siltuma atgūšanas sistēmas. Turpretim elektriskā pieeja nozīmē, ka kušanas enerģija tiek pārnesta tieši uz stiklu. Siltuma efektivitāte var būt virs 70% pat nelielā elektriskā krāsnī un var sasniegt 85% lielā elektriskā krāsnī.
Pilnībā elektriskās krāsnis ir arī energoefektīvākas nekā gāzes kurināmās krāsnis; tie patērē par aptuveni 35% mazāk enerģijas. Energoefektivitātes atšķirība ir īpaši svarīga mazām krāsnīm. Samazinoties krāsns izmēram, elektrisko krāšņu energoefektivitāte saglabājas ļoti augsta, savukārt gāzes krāšņu efektivitāte krasi samazinās un var būt mazāka par 20%.
Elektriskā pastiprināšana var būt ļoti efektīvs veids, kā samazināt kopējo enerģijas patēriņu. Tas arī nozīmē, ka enerģijas izdalīšana var būt ļoti fokusēta, palīdzot noteikt apstākļus stikla vannā. Dažos gadījumos labi izstrādāta pastiprināšanas sistēma var uzlabot stikla kvalitātes viendabīgumu, sēklu un akmeņu zudumus. Savukārt gāzes krāsnīs, kur nav iespējama fokusēta enerģijas izdalīšana, stiklā var izveidoties neprecīzi temperatūras profili.
Galvenā aukstās augšējās elektriskās krāsns priekšrocība ir tā, ka viss, kas nonāk partijā, paliek stiklā, izņemot kausēšanas procesā izdalītās gāzes, kas izplūst caur partijas segu. Partijas sastāvdaļu, piemēram, fluora, bora, svina, dažādu gaistošu rafinēšanas līdzekļu un citu sastāvdaļu zudumi ir gandrīz novērsti.
Pilnīgi elektriskās kausēšanas trūkumi
Lai gan elektriskajām krāsnīm ir zemākas kapitāla izmaksas, tām ir īsāks kalpošanas laiks (2–7 gadi salīdzinājumā ar 10–20 gadiem tradicionālajām krāsnīm) un augstākas enerģijas izmaksas. Elektrisko krāšņu ekonomiskā dzīvotspēja ir cieši saistīta ar elektroenerģijas izmaksām salīdzinājumā ar gāzi. Lielāka siltuma un energoefektivitāte var kompensēt šīs izmaksas mazākām krāsnīm, taču lielākām krāsnīm tas var nebūt.
Zema ietekme uz vidi tiek saglabāta tikai tad, ja krāsns var saņemt enerģiju no atjaunojamiem enerģijas avotiem un tai ir nepieciešams uzticams un stabils elektrotīkls.
Ir arī darbības apsvērumi. Piemēram, elektrodu apkope, lai ierobežotu lielāku pretestību, ko izraisa nodilums. Nav iespējams izkausēt augstākas temperatūras stiklus (>1500C), un pastāv bažas par elektrodu materiāla koroziju/eroziju no noteiktiem stikla sastāviem. Turklāt otrreizēji pārstrādāts stikls var būt problēma, kurai nepieciešamas jaunas apstrādes metodes.
Secinājums
Lielākajā daļā vietu joprojām videi tīrāk ir fosilo kurināmo sadedzināt krāsnī, nevis izmantot to elektroenerģijas ražošanai elektriskai kausēšanai. Taču, palielinoties atjaunojamo energoresursu devumam elektroenerģijas ražošanā, šī situācija mainīsies. Šķiet arī, ka fosilā kurināmā sadedzināšanas tehnoloģiju energoefektivitātes uzlabojumi ir izlīdzinājušies. Tā kā tiek ieviesti tiesību akti par emisijām un patērētāji arvien vairāk pieprasa videi draudzīgus materiālus un tehnoloģijas, stikla ražošanā var būt ievērojamas pārmaiņas no gāzes uz elektroenerģiju. Arī citas elektriskās kausēšanas priekšrocības, piemēram, labāka siltuma efektivitāte un enerģijas patēriņš, tiks uzskatītas par labu.
