Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 40 )

3.2  Определения

Боросиликатное стекло: Силикатное стекло, состоящее, как минимум, из 5% оксида бора и применяемое специально в производстве термостойкого стекла.

«Лунное» стекло: Щелочно-известковое силикатное оптическое стекло, имеющее относительно низкий коэффициент преломления и низкое значение дисперсии.

Стекловолокно: Стекло в волоконной форме, применяемое в изготовлении различной продукции (например, стекловата для изоляции).

Флинт-глас: Тяжелое блестящее стекло, содержащее оксид свинца, имеет относительно высокий коэффициент преломления и применяется для линз и призм.

Полированное листовое стекло: Листовое стекло, его изготовление заключается в застывании расплавленного стекла на поверхности ванны расплавленного олова.

Стекловата: Существует два типа стекловолоконной продукции, текстиль и вата, со схожим процессом изготовления. В данном документе рассматривается только стекловата: стекловолокна, в массе напоминающие вату, и используемые специально для теплоизоляции и воздушных фильтров.

Свинцовое стекло: Стекло, содержащее высокий процент оксида свинца и обладающее свойствами чрезвычайной чистоты и блеска.

Оптическое стекло: Флинт или крон («лунное» стекло) определенных характеристик, используемое специально для изготовления линз.

3.3 Технологии

В производстве тарного стекла этапу варки может предшествовать предварительный подогрев смешанной шихты /11/; однако это не является общепринятым правилом: в настоящее время в мире эксплуатируется около 10 подогревателей шихты /14/.

Процесс варки – это самый важный этап в части качества и количества стекла, которые зависят от конструкции печи /12/. В плавильных печах стекло плавится при температуре от 1500 °C до 1600 °C (при этом температура пламени достигает более 2000 °C) и преобразуется через ряд химических реакций в стекломассу. Несмотря на множество конструкций печей, печи, как правило, представляют собой большие, пологие и хорошо изолированные сосуды, нагреваемые сверху. При производстве сырье непрерывно подается в верхнюю часть слоя стекломассы, где медленно смешивается и растворяется. На смешивание влияет природная конвекция, газы, появляющиеся вследствие химических реакций и, в некоторых процессах посредством нагнетания воздуха в нижнюю часть слоя. /6/ В производстве стекла применяются плавильные печи как непрерывного, так и периодического действия. В крупных установках по изготовлению стекла, таких как для изготовления листового и тарного стекла, и при полной автоматизации процессов формования, ванные печи с огнеупорной футеровкой эксплуатируются в непрерывном режиме. Для производства малых объемов стекла, особенно для стеклоизделий с ручным формованием, предпочтителен периодический режим работы, так как стекломассу необходимо извлекать из ванной печи вручную. /12, 15/

Некоторые характеристики вышеперечисленных печей приведены в таблице ниже.

Таблица 4: Некоторые характеристики печей, используемых в производстве стекла /15, 34/

Тип печи	Тип топки	Источник энергии	Режим эксплуатации	Мощность (т/д)зще
Один или несколько стекловаренных горшков	пламенная или электрическая	газ, нефть, электричество	периодический	0,1-35
Ванная печь периодического действия	пламенная или электрическая	газ, нефть, электричество	периодический	0,1-3
Ванная печь	пламенная или электрическая	газ, нефть, электричество	непрерывный	2-900

Для увеличения энергетического КПД и температуры пламени воздух для горения предварительно подогревается. Используемые воздухоподогреватели бывают рекуперативного или регенеративного типа. /11, 16, 17/ Стеклоплавильные печи используют природный газ и/или нефть в качестве топлива, так как применение антрацита или лигнита повлечет внос жидкой золы в стеклофазу, как следствие, приведет к более низкому качеству продукта и забьет огнеупорную решетку регенераторов или рекуператоров /11, 14/. Для производства тарного стекла приблизительно 70% печей работает на нефти, а 30%-на природном газе. Бытовой газ или сжиженный газ используются в изолированных сосудах. /7/

Печь, применяемая в производстве листового стекла,-это печь с поперечным направлением пламени с регенеративным предварительным подогревом, работающая в непрерывном режиме; существует очень мало исключений – печей с подковообразным пламенем – в производстве печатного стекла /14/. В производстве тарного стекла, в основном, используются печи с регенеративным подогревом /14/.

Часто применяется дополнительный электрический подогрев для увеличения выхода и соответствия потребностям пиковой нагрузки. От 5 до 30% суммарной энергии проходит в форме электрической энергии напрямую в стекольную шихту через электроды. /7/

Таблица 5: Удельная потребность в энергии для производства стекла

Тип стекла	Удельная потребность в энергии [ГДж/т стекла]
Листовое стекло	7
Тарное стекло	6
Стекловата	12
Спец. стекло	25

Тем не менее, существуют современные стеклоплавильные печи с более низкими удельными потребностями в энергии (например, около 4 ГДж/т /7/ в производстве листового стекла).

Процесс обработки стекловаты

При технологии «непрямой» плавки стекломасса проходит в канал питателя, где она отводится, вырезается в капли и формируется в шарики посредством профилирования роликами. Напряжение шариков затем снимается в печах для отжига, они охлаждаются и транспортируются на склад либо для дальнейшей обработки в других установках. При «прямом» технологическом процессе стекловолокна стекломасса проходит от печи в осветлительную установку, где осаждаются пузырьки и частички, а стекломасса остывает до соответствующей степени вязкости для процесса формования волокна. /35/

Во время формования волокон в стекловолоконный мат (данный процесс называется в промышленности «формованием»), стекловолокна получены из стекломассы, химическое связующее вещество одновременно распыляется на волокна по мере возникновения. Несмотря на то, что состав связующего вещества изменяется по типу продукта, как правило, связующее вещество состоит из раствора фенолоформальдегидного полимера, воды, мочевины, лигнина, силана и аммиака. К связующему веществу могут добавляться красители. В промышленности применяется два метода формирования волокон. В процессе вращения центробежная сила ведет к протеканию стекломассы через небольшие отверстия в стенке быстро вращающегося цилиндра, для формирования волокон, разбивающихся на куски потоком воздуха. Этот процесс является более современным из двух и на сегодняшний день превалирует. В процессе затухания пламени стекломасса стекает самотеком из печи через многочисленные маленькие отверстия для формирования волокон, которые затем ослабевают (растянутые до точки разрыва) из-за высокой скорости, горячего воздуха и/или пламени. /35/

3.3.1 Стеклоплавильные печи на газе или жидком топливе с регенеративным подогревом воздуха

Общей характеристикой всех ванных печей является большой керамический сосуд, служащий плавильным резервуаром. Как правило, ванные печи подогреваются переменным пламенем на основе принципа регенерации. /7/

В регенеративных воздухоподогревателях используется решетка из кирпичной кладки для восстановления отработанного тепла из отходящих газов. Регенераторы состоят из двух камер, каждая из которых состоит из огнеупорной решетки. Стенки камеры и упомянутой решетки представляют собой теплоаккумулирующий материал, который передает тепло отходящих газов в воздух для горения. Отходящие газы поступают из печи в одну из этих камер, в то время как решетка нагревается. Воздух для горения поступает в печь через другую камеру. Затем поток воздуха для горения и отходящих газов возвращается: воздух для горения проходит через горячую камеру и в ней нагревается, в то время как отходящий газ проходит через вторую камеру, повторно нагревая огнеупорную решетку. Температура воздуха на входе достигает 1350 °C, а температура отходящих газов на выходе из регенеративных камер составляет около 500-550 °C. /11, 15, 18/

В зависимости от расположения горелок и положений факелов различаются ванные печи с поперечным направлением пламени и подковообразным пламенем. /7/ По причине большего числа горловин горелок и регенеративных камер удельный расход энергии печей с поперечным направлением пламени выше, чем у сопоставимых печей с подковообразным пламенем. /15/ Ванные печи малого и среднего размера производятся с подковообразным пламенем, а более крупные – с поперечным направлением пламени. В обоих случаях пламя течет над поверхностью стекломассы и передает ей тепло, в первую очередь, излучением. /7/

Печи с поперечным направлением пламени дают большую возможность регулирования температур плавильной камеры и состояния окисления и поэтому преобладают в печах более высокой производительности и печах «качественного стекла». Печи с поперечным направлением пламени используются исключительно в печах для получения флоат-стекла и тарного стекла, в то время как для поверхностей плавления до 120 м2 все чаще закладываются печи с подковообразным пламенем, так как они характеризуются упрощенной компоновкой, более низкой ценой и более высоким энергетическим КПД по сравнению с сопоставимыми печами с поперечным направлением пламени. /15/

3.3.2 Стеклоплавильные печи на газе или жидком топливе с рекуперативным подогревом воздуха

Другой конфигурацией ванной печи является рекуперативно подогреваемая стеклоплавильная печь-ванна. Рекуперативные воздухоподогреватели в большинстве используют стальной теплообменник, восстанавливающий тепло из отходящих газов посредством обмена с воздухом для горения; температура предварительного подогрева может достигать 800 °C /15/. Горячий отходящий газ и холодный воздух для горения проходят через два параллельных, но отдельных газохода, и теплообмен осуществляется через разделительную стенку. В отличие от регенеративных нагревательных печей сжигание не прерывается, и отходящие газы непрерывно рекуперируются через теплообменник. Чтобы добиться оптимального использования энергии рекуператоры часто присоединены к котлам сбросной теплоты для выработки пара или горячей воды. /11, 18/ Более низкие температуры пламени (по сравнению с регенеративными системами) не позволяют применять их для производства стекол более высокого качества (как, например, флоат-стекло) или высокого удельного съема стекломассы (многие тарные стекла). Конфигурация рекуперативно подогреваемых печей, как правило, с поперечным направлением пламени. /14/