Технологическое повышение энергоэффективности в стекле

Дата: 21 февраля 2023 г.

Авторы: Алессандра Кантини, Леонардо Леони, Саверио Ферраро, Филиппо Де Карло, Кьяра Мартини, Фабрицио Мартини и Марчелло Сальвио

Источник:Процессы 2022, 10(12), 2653

ДОИ:https://doi.org/10.3390/pr10122653

(Эта статья относится к специальному выпуску «Технологии для климатически нейтральных энергетических систем»).

Стекольная промышленность очень энергоемка: ежегодно она потребляет около 500–700 миллионов ГДж. Замена неэффективного оборудования более производительным является хорошей стратегией снижения энергопотребления стекольного завода. Поскольку существует множество альтернативных решений, выбор того, какое технологическое усовершенствование реализовать, обычно затруднен. Поэтому обзор решений по снижению энергопотребления на стекольном заводе имеет решающее значение. В литературе предлагаются аналогичные исследования, но они недостаточно актуальны и не отражают фактическое состояние дел, которое необходимо обновлять. Таким образом, цель данной статьи – предоставить обновленный список альтернативных решений, сгруппировав их по различным категориям (например, стадии процесса).

Кроме того, в этой статье исследуется текущая применимость энергосберегающих решений в Италии. В частности, рассматривается выборка из 103 итальянских компаний и анализируется тип мер, которые компании недавно внедрили или которые они собираются принять. Был проведен количественный статистический и экономический анализ, чтобы выделить наиболее популярные решения и определить их экономическую эффективность. Результаты показывают, что большинство вмешательств заключается в замене оборудования на более эффективное, в основном во вспомогательных системах (132 из 426). Результаты этой статьи могут служить руководством для выбора энергосберегающих решений.

Производственный процесс на заводах по производству стекла обычно энергозатратен и требует большого количества ресурсов. Было подсчитано, что процесс производства стекла потребляет около 5÷7 ГДж на тонну произведенного стекла [1], а мировое производство стекла составляет около 100 миллионов тонн/год [2]. Во всем мире стеклянную продукцию производят 1141 компания и группа в 91 стране с общей суточной мощностью более 500 тонн/день (https://plants.glassglobal.com/login/ (по состоянию на 27 мая 2021 г.)) [3 ]. В Италии производство стекла составляет около 6 миллионов тонн/год, при этом производится около 2,7 млн ​​тонн CO2 и расходуется 970 миллионов см3/год природного газа (приблизительно 1% национального потребления природного газа) [4].

Учитывая значительное влияние, которое обрабатывающая промышленность оказывает на глобальную экологическую устойчивость, а также учитывая растущее экономическое давление, создаваемое конкурентным рынком и сокращением доступных энергетических ресурсов, оптимизация энергоэффективности производственных систем стала первоочередной задачей [5,6]. ]. С этой точки зрения для снижения энергопотребления в стекольной отрасли можно действовать как на технологическом, так и на управленческом уровне. Сосредоточив внимание на технологических аспектах, одной из стратегий, которую следует реализовывать, является совершенствование производственных предприятий путем модификации или замены неэффективного оборудования более производительным и менее энергоемким [7]. Вмешательства могут учитывать как активы, составляющие производственный процесс производства стекла, так и вспомогательные системы (например, двигатели, компрессоры). Другие отрасли предлагают анализ технологических вмешательств для повышения энергоэффективности производственных процессов, например, цементная промышленность [8] и литейная промышленность [9].

Процесс производства стекла можно разбить на четыре макрофазы, такие как (i) подготовка к плавке, (ii) плавка и рафинирование, (iii) кондиционирование и формование и (iv) отделка (см. Рисунок 1).

Согласно рисунку 1, производственный процесс начинается с подготовки расплава, которая начинается после поставки сырья. Основным сырьем, используемым для производства стекла, является песок (70–72%), преимущественно в форме кремнезема, который в химическом процессе выступает в качестве стеклообразующего агента. В песок добавляют различные компоненты, в том числе плавитель (кальцинированная сода 14 %), стабилизатор (известняк 10 %), оксиды для определения химико-физических характеристик и часто стеклянный лом (стеклобой). Заготовив сырье, при приготовлении расплава его взвешивают, измельчают и смешивают в нужном количестве для получения свойств, необходимых конечному продукту. За этим следует этап плавления и рафинирования, на котором материалы постепенно нагреваются примерно до 1500 градусов по Цельсию. Первоначально часть воды удаляется и проводится фаза окисления, позволяющая диссоциировать карбонаты и сульфаты. Затем смесь нагревают в печи до плавления стекломассы, чему способствуют добавки плавящих веществ.