هل الأفران الكهربائية هي مستقبل صناعة الزجاج؟
نظرة عامة على إنتاج الزجاج
عادةً ما يكون إنتاج الزجاج كثيفًا للطاقة. قد تصل أفران الزجاج إلى 1300-1550 درجة مئوية لصهر وصقل المواد الخام ، اعتمادًا على الصيغة المطلوبة.
يعتبر الغاز الطبيعي والكهرباء مصدري الطاقة الرئيسيين ، ولكن تاريخيًا ، فضلت صناعة الزجاج الغاز لأنه تقنية راسخة ، ذات سعر منخفض ، ونقاوة عالية ، وسهولة التحكم ، وحقيقة عدم وجود متطلبات لمنشآت التخزين. تتمتع أفران الغاز بعمر افتراضي طويل ، في المتوسط يزيد عن 12 عامًا وأحيانًا يصل إلى 20 عامًا.
حتى وقت قريب ، تم استخدام أفران صهر الزجاج الكهربائية في صناعة الزجاجات المتخصصة ، وخاصة الزجاجات ذات المكونات المتطايرة الهامة مثل زجاج أوبال الفلوريد والبوروسيليكات وكريستال الرصاص ، وتتزايد الفائدة في توسيع نطاق استخدامها في الصناعة.
إنتاج أفران الزجاج الكهربائية
الطريقة الأكثر فاعلية لإنتاج الزجاج الكهربائي هي استخدام أقطاب كهربائية مغمورة في الزجاج إما كتعزيز كهربائي (يوفر 5-20٪ من إجمالي مدخلات الطاقة) أو صهر كهربائي بالكامل. يتم توصيل الأقطاب الكهربائية المغمورة بمصدر طاقة ومحول لتمرير تيار كهربائي عبر الزجاج.
في الأفران التي تعمل بالكهرباء بالكامل ، تأتي طاقة الصهر من الأقطاب الكهربائية (حرارة جول) ، مع استخدام موقد غاز لبدء التشغيل الأولي ، أو كمصدر حرارة طارئ. تعمل هذه الأفران بشكل أساسي على "السطح البارد" ، حيث يتم توزيع المواد الخام بالتساوي على سطح انصهار الزجاج ، وتشكل "بطانية دفعة" عازلة. يتم الصهر والتنقية في عملية رأسية واحدة ، حيث يتم سحب الزجاج من خلال حلق في قاع خزان ذوبان عميق.
مزايا الصهر الكهربائي
تقدم الأفران الكهربائية مزايا عديدة على أفران الغاز. على سبيل المثال ، لديهم انبعاثات مباشرة منخفضة جدًا من ثاني أكسيد الكربون أو انبعاثات أكاسيد النيتروجين أو أكاسيد الكبريت. مع الضغط لتقليل الانبعاثات الصادرة من العملاء والتشريعات على حد سواء ، فهذه فائدة كبيرة. في حين أنه من الممكن تحسين أفران الغاز التقليدية لتقليل الانبعاثات ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تكنولوجيا أكثر تعقيدًا تؤدي إلى صيانة إضافية ، واستخدام مواد كيميائية غير صديقة للبيئة ، وقيود على عمر المعدات.
فائدة أخرى هي أن فقدان الحرارة من الأفران الكهربائية أقل بكثير. تبلغ الكفاءة الحرارية لأفران الغاز ذروتها عند حوالي 45٪. وهذا يعني فقدان قدر أكبر من الطاقة كحرارة مما يستخدم في تحويل المواد الخام إلى زجاج مصهور. تحدث فقد الحرارة من البنية الفوقية للفرن وفي الغازات العادمة المتبقية ، حتى لو تم استخدام أنظمة استرداد الحرارة. في المقابل ، يعني الأسلوب الكهربائي أن طاقة الانصهار تنتقل مباشرة إلى الزجاج. يمكن أن تزيد الكفاءة الحرارية عن 70٪ حتى في الفرن الكهربائي الصغير ويمكن أن تصل إلى 85٪ في الفرن الكهربائي الكبير.
جميع الأفران الكهربائية هي أيضًا أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الأفران التي تعمل بالغاز ؛ يستخدمون حوالي 35٪ طاقة أقل. الاختلاف في كفاءة الطاقة مهم بشكل خاص للأفران الصغيرة. مع انخفاض حجم الفرن ، تظل كفاءة الطاقة للأفران الكهربائية عالية جدًا ، بينما تنخفض كفاءة أفران الغاز بشكل كبير ويمكن أن تكون أقل من 20٪.
يمكن أن يكون التعزيز الكهربائي طريقة فعالة للغاية لتقليل الاستهلاك الكلي للطاقة. وهذا يعني أيضًا أن إطلاق الطاقة يمكن أن يكون شديد التركيز ، مما يساعد على تحديد الظروف في الحمام الزجاجي. في بعض الحالات ، يمكن لنظام التعزيز المصمم جيدًا تحسين تجانس جودة الزجاج ، وخسارة البذور والحجر. في المقابل ، في أفران الغاز ، حيث لا يمكن إطلاق الطاقة المركزة ، يمكن إنشاء ملفات تعريف درجة حرارة غير دقيقة في الزجاج.
الميزة الرئيسية للفرن الكهربائي على البارد هي أن كل ما يدخل في الدُفعة يبقى في الزجاج ، بصرف النظر عن الغازات المنبعثة من عملية الصهر ، والتي تتخلل من خلال بطانية الدُفعة. يتم تقريبًا التخلص من خسائر مكونات الدُفعات مثل الفلور والبورون والرصاص والعديد من عوامل التكرير المتطايرة والمكونات الأخرى.
مساوئ الصهر الكهربائي بالكامل
في حين أن الأفران الكهربائية لها تكاليف رأسمالية منخفضة ، إلا أن عمرها الافتراضي أقصر (2-7 سنوات مقارنة بـ 10-20 سنة للأفران التقليدية) وتكاليف طاقة أعلى. ترتبط الجدوى الاقتصادية للأفران الكهربائية ارتباطًا وثيقًا بتكلفة الكهرباء مقارنة بالغاز. يمكن للكفاءات الحرارية والطاقة العالية أن تعوض هذه التكلفة بالنسبة للأفران الأصغر ، ولكن قد لا يكون هذا هو الحال بالنسبة للأفران الكبيرة.
يتم الحفاظ على التأثير البيئي المنخفض فقط إذا كان الفرن يمكنه تلقي الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة ويتطلب شبكة طاقة موثوقة ومستقرة.
هناك أيضا اعتبارات تشغيلية. على سبيل المثال ، صيانة الأقطاب الكهربائية للحد من المقاومة العالية الناتجة عن التآكل. ليس من الممكن صهر الزجاج ذي درجة الحرارة العالية (& gt ؛ 1500 درجة مئوية) وهناك مخاوف من تآكل / تآكل مادة الإلكترود من بعض تركيبات الزجاج. علاوة على ذلك ، قد يمثل الزجاج المعاد تدويره مشكلة تتطلب طرق معالجة جديدة.
استنتاج
في معظم الأماكن ، لا يزال حرق الوقود الأحفوري في الفرن أكثر نظافة من استخدامه لتوليد الكهرباء لصهر الكهرباء. ومع ذلك ، مع زيادة مساهمة مصادر الطاقة المتجددة في إنتاج الكهرباء ، فإن هذا الوضع سوف يتغير. يبدو أيضًا أن التحسينات في كفاءة الطاقة لتقنيات احتراق الوقود الأحفوري قد توقفت. مع بدء تشريعات الانبعاثات وطلب المستهلكون بشكل متزايد مواد وتقنيات صديقة للبيئة ، قد يكون هناك تأرجح جيد في تصنيع الزجاج من الغاز إلى الطاقة الكهربائية. المزايا الأخرى للذوبان الكهربائي ، مثل الكفاءة الحرارية الأفضل واستهلاك الطاقة ، ستحسب أيضًا في صالحها.
