Kas elektriahjud on klaasitootmise tulevik?
Ülevaade klaasitootmisest
Klaasitootmine on tavaliselt energiamahukas. Klaasahjud võivad toormaterjalide sulatamiseks ja rafineerimiseks ulatuda 1300–1550 ºC-ni, olenevalt nõutavast koostisest.
Peamised energiaallikad on maagaas ja elekter, kuid ajalooliselt on klaasitööstus eelistanud gaasi, kuna see on väljakujunenud tehnoloogia, madala hinnaga, kõrge puhtusastmega, lihtsa kontrolliga ja sellega, et puudub vajadus hoidlate järele. Gaasahjude eluiga on pikk, keskmiselt üle 12 aasta ja mõnikord kuni 20 aastat.
Kuni viimase ajani on elektrilisi klaasisulatusahjusid kasutatud eriklaaside ja eriti lenduvate koostisosadega klaaside jaoks, nagu fluoriid-opaalklaasid, boorsilikaadid ja pliikristall. Huvi selle kasutuse laiendamise vastu tööstuses kasvab.
Elektrilise klaasahju tootmine
Kõige tõhusam elektriklaasi tootmise meetod on kasutada klaasi sukeldatud elektroode kas elektrilise võimendusena (annab 5-20% kogu energiasisendist) või täiselektrilise sulatusena. Sukeldatud elektroodid on ühendatud toiteallika ja trafoga, et juhtida elektrivool läbi klaasi.
Täiselektrilistes ahjudes tuleb sulamisenergia elektroodidest (džauli soojus), mille esmaseks käivitamiseks kasutatakse gaasipõletit või avariisoojuse allikana. Need ahjud töötavad peamiselt "külmkattega", kus tooraine jaotatakse ühtlaselt üle klaasi sulamispinna, moodustades isoleeriva "partiiteki". Sulamine ja rafineerimine toimuvad ühes vertikaalses protsessis, kusjuures klaas tõmmatakse läbi sügava sulatuspaagi põhjas oleva kõri.
Elektrilise sulatamise eelised
Elektriahjudel on gaasiahjude ees mitmeid eeliseid. Näiteks on neil väga madal otsene CO2, termilise NOx või SOx heitkogus. Kuna heitkoguste vähendamise survet avaldavad nii kliendid kui ka seadusandlus, on see märkimisväärne kasu. Kuigi tavalisi gaasiahjusid on võimalik emissioonide vähendamiseks täiustada, võib see kaasa tuua keerukama tehnoloogia, mille tulemuseks on täiendav hooldus, keskkonnasõbralike kemikaalide kasutamine ja seadmete eluea piirangud.
Teine eelis on see, et elektriahjude soojuskaod on palju väiksemad. Gaasahjude soojustõhusus on tipptasemel umbes 45%. See tähendab, et soojusena läheb kaotsi rohkem energiat, kui kulub tooraine sulaklaasiks muundamiseks. Soojuskaod tekivad ahju pealisehitusest ja jääkgaasides, isegi kui kasutatakse soojustagastussüsteeme. Seevastu elektriline lähenemine tähendab, et sulamisenergia kantakse otse klaasi. Soojusefektiivsus võib isegi väikeses elektriahjus olla üle 70% ja suures elektriahjus ulatuda 85%-ni.
Täiselektrilised ahjud on ka energiasäästlikumad kui gaasiküttel töötavad ahjud; nad kasutavad umbes 35% vähem energiat. Energiatõhususe erinevus on eriti oluline väikeste ahjude puhul. Ahjude mõõtmete vähenedes jääb elektriahjude energiatõhusus väga kõrgeks, samas kui gaasiahjude efektiivsus langeb järsult ja võib jääda alla 20%.
Elektriline võimendus võib olla väga tõhus viis üldise energiatarbimise vähendamiseks. See tähendab ka seda, et energia vabanemine võib olla väga fokusseeritud, aidates määrata klaasvanni tingimusi. Mõnel juhul võib hästi läbimõeldud võimendussüsteem parandada klaasi kvaliteedi homogeensust, seemnete ja kivide kadusid. Seevastu gaasiahjudes, kus fokuseeritud energia vabanemine ei ole võimalik, võib klaasis tekkida ebatäpseid temperatuuriprofiile.
Külma pealispinnaga elektriahju peamine eelis on see, et kõik, mis partii läheb, jääb klaasi sisse, välja arvatud sulamisprotsessis eralduvad gaasid, mis imbuvad läbi partii teki. Partii koostisainete, nagu fluor, boor, plii, mitmesugused lenduvad rafineerimisained ja muud koostisained, kaod on peaaegu välistatud.
Täiselektrilise sulatamise miinused
Kui elektriahjude kapitalikulud on väiksemad, on nende eluiga lühem (2–7 aastat võrreldes tavaliste ahjude 10–20 aastaga) ja kõrgemad energiakulud. Elektriahjude majanduslik elujõulisus on tihedalt seotud elektrienergia maksumusega võrreldes gaasiga. Suurem soojus- ja energiatõhusus võib väiksemate ahjude puhul selle kulu kompenseerida, kuid suuremate ahjude puhul ei pruugi see nii olla.
Madal keskkonnamõju säilib vaid siis, kui ahi saab energiat taastuvatest energiaallikatest ning vajab töökindlat ja stabiilset elektrivõrku.
Samuti on operatiivsed kaalutlused. Näiteks elektroodide hooldus kulumisest põhjustatud suurema takistuse piiramiseks. Kõrgema temperatuuriga klaase (>1500C) ei ole võimalik sulatada ning teatud klaasikompositsioonide puhul on muret elektroodimaterjali korrosioon/erosioon. Lisaks võib ringlussevõetud klaas olla probleem, mis nõuab uusi käitlemismeetodeid.
Järeldus
Enamikus kohtades on ikkagi keskkonnasõbralikum põletada fossiilkütuseid ahjus kui kasutada neid elektrienergia tootmiseks elektrisulatamiseks. Kui aga taastuvad energiaallikad suurendavad oma panust elektritootmisse, siis see olukord muutub. Samuti näib, et fossiilkütuste põletamise tehnoloogiate energiatõhususe paranemine on ühtlustunud. Kuna heitealased õigusaktid hakkavad kehtima ja tarbijad nõuavad üha enam keskkonnasõbralikke materjale ja tehnoloogiaid, võib klaasitootmises toimuda suur pööre gaasilt elektrienergiale. Selle kasuks loevad ka muud elektrisulatamise eelised, nagu parem soojusefektiivsus ja energiatarbimine.
