電気炉はガラス製造の未来ですか？
ガラス製造の概要
ガラスの生産は通常、エネルギーを大量に消費します。 ガラス炉は、必要な配合に応じて、原材料の溶解と精製のために1300〜1550℃に達する場合があります。
天然ガスと電気が主なエネルギー源ですが、歴史的にガラス産業は、低価格、高純度、管理のしやすさ、貯蔵設備の必要がないという確立された技術であるため、ガスを支持してきました。 ガス炉の寿命は平均12年以上、場合によっては最大20年と長い。
最近まで、電気ガラス溶解炉は特殊ガラス、特にフッ化物オパールガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛結晶などの揮発性成分が多いガラスに使用されてきました。業界全体での使用拡大への関心が高まっています。
電気ガラス炉の製造
電気ガラス製造の最も効果的な方法は、電気ブースト（総エネルギー入力の5〜20％を提供）または全電気溶融のいずれかとしてガラスに浸漬された電極を使用することです。 浸漬電極は電源と変圧器に接続され、ガラスに電流を流します。
全電気炉では、溶融エネルギーは電極（ジュール熱）から発生し、ガスバーナーが初期起動または緊急熱源として使用されます。 これらの炉は主に「コールドトップ」で動作し、原料がガラスの溶融面全体に均一に分散され、絶縁性の「バッチブランケット」を形成します。 溶融と精製は1つの垂直プロセスで行われ、ガラスは深部溶融タンクの底にあるスロートから引き出されます。
電気溶解の利点
電気炉には、ガス炉に比べていくつかの利点があります。 たとえば、CO2の直接排出量、熱NOxまたはSOx排出量が非常に少なくなっています。 顧客と法律の両方からの排出量を削減するというプレッシャーがあるため、これは大きなメリットです。 従来のガス炉を改善して排出量を削減することは可能ですが、これにより、より複雑な技術が発生し、追加のメンテナンス、環境に優しい化学物質の使用、および機器の寿命の制限が発生する可能性があります。
もう1つの利点は、電気炉からの熱損失がはるかに少ないことです。 ガス炉の熱効率は約45％でピークに達します。 これは、原材料を溶融ガラスに変換するために使用されるよりも多くのエネルギーが熱として失われることを意味します。 熱損失は、熱回収システムが使用されている場合でも、炉の上部構造と残留排ガスで発生します。 対照的に、電気的アプローチは、溶融エネルギーがガラスに直接伝達されることを意味します。 熱効率は、小さな電気炉でも70％を超え、大きな電気炉では85％に達する可能性があります。
全電気炉はまた、ガス焚き炉よりもエネルギー効率が高い。 彼らは約35％少ないエネルギーを使用します。 エネルギー効率の違いは、小型炉では特に重要です。 炉のサイズが小さくなると、電気炉のエネルギー効率は非常に高いままですが、ガス炉の効率は劇的に低下し、20％未満になる可能性があります。
電気ブーストは、全体的なエネルギー消費を削減するための非常に効果的な方法です。 それはまた、エネルギー放出が非常に集中できることを意味し、ガラス浴の状態を決定するのに役立ちます。 場合によっては、適切に設計されたブーストシステムにより、ガラス品質の均一性、シードおよび石の損失を改善できます。 対照的に、集中的なエネルギー放出が不可能なガス炉では、ガラス内に不正確な温度プロファイルが作成される可能性があります。
コールドトップ電気炉の主な利点は、バッチブランケットから浸透する溶融プロセスから放出されるガスを除いて、バッチに入るすべてのものがガラス内にとどまるということです。 フッ素、ホウ素、鉛、さまざまな揮発性精製剤、その他の成分などのバッチ成分の損失はほとんどなくなります。
全電気溶融のデメリット
電気炉は資本コストが低くなりますが、寿命が短く（従来の炉の10〜20年と比較して2〜7年）、エネルギーコストが高くなります。 電気炉の経済的実行可能性は、ガスと比較して電気のコストと密接に関連しています。 より高い熱効率とエネルギー効率は、より小さな炉のこのコストを相殺することができますが、より大きな炉の場合はそうではないかもしれません。
環境への影響が少ないのは、炉が再生可能エネルギー源から電力を受け取ることができ、信頼性が高く安定した電力網が必要な場合のみです。
運用上の考慮事項もあります。 たとえば、摩耗によって引き起こされるより高い抵抗を制限するための電極のメンテナンス。 高温のガラス（& gt; 1500C）を溶かすことはできず、特定のガラス組成からの電極材料の腐食/侵食の懸念があります。 さらに、再生ガラスは新しい取り扱い方法を必要とする問題かもしれません。
結論
ほとんどの場所で、化石燃料を電気溶融用の発電に使用するよりも、炉で燃焼させる方が環境的にクリーンです。 しかし、再生可能エネルギーが発電への貢献度を高めるにつれて、この状況は変化します。 また、化石燃料の燃焼技術のエネルギー効率の改善は横ばいになっているようです。 排出ガス法が施行され、消費者が環境にやさしい材料や技術をますます要求するようになると、ガスから電気エネルギーへのガラス製造に大きな変化が生じる可能性があります。 熱効率やエネルギー消費量の向上など、電気溶融の他の利点も有利になります。
