Os fornos elétricos são o futuro da fabricação de vidro?
Visão geral da produção de vidro
A produção de vidro normalmente consome muita energia. Os fornos de vidro podem atingir 1300-1550 ºC para a fusão e refinamento das matérias-primas, dependendo da formulação necessária.
O gás natural e a eletricidade são as principais fontes de energia, porém historicamente a indústria do vidro tem privilegiado o gás por se tratar de uma tecnologia consagrada, com baixo preço, alta pureza, facilidade de controle e por não haver necessidade de instalações de armazenamento. Os fornos a gás têm longa vida útil, em média mais de 12 anos e às vezes até 20 anos.
Até recentemente, fornos elétricos de fusão de vidro têm sido usados para vidros especiais, e particularmente vidros com componentes voláteis significativos, como vidros opala de flúor, borossilicatos e cristal de chumbo. O interesse está crescendo em estender seu uso pela indústria.
Produção de fornos elétricos de vidro
O método mais eficaz de produção de vidro elétrico é usar eletrodos imersos no vidro como reforço elétrico (fornecendo 5-20% da entrada total de energia) ou fusão totalmente elétrica. Os eletrodos imersos são conectados a uma fonte de alimentação e a um transformador, para fazer passar uma corrente elétrica pelo vidro.
Em fornos totalmente elétricos, a energia de fusão vem dos eletrodos (calor joule), com um queimador a gás sendo usado para a partida inicial ou como uma fonte de calor de emergência. Esses fornos operam principalmente com 'cold top', onde a matéria-prima é distribuída uniformemente sobre a superfície de fusão do vidro, formando uma 'manta de lote' isolante. A fusão e o refino ocorrem em um processo vertical, com o vidro sendo puxado por uma garganta no fundo de um tanque de fusão profundo.
Vantagens do derretimento elétrico
Os fornos elétricos oferecem várias vantagens sobre os fornos a gás. Por exemplo, eles têm emissões diretas muito baixas de CO2, emissões térmicas de NOx ou SOx. Com a pressão para reduzir as emissões proveniente de clientes e da legislação, este é um benefício significativo. Embora seja possível melhorar os fornos a gás convencionais para reduzir as emissões, isso pode resultar em uma tecnologia mais complexa que resulta em manutenção adicional, o uso de produtos químicos não ecológicos e limitações à vida útil do equipamento.
Outro benefício é que as perdas de calor dos fornos elétricos são muito menores. A eficiência térmica dos fornos a gás atinge um pico em torno de 45%. Isso significa que mais energia é perdida na forma de calor do que a usada para converter as matérias-primas em vidro fundido. As perdas de calor ocorrem na superestrutura do forno e nos gases residuais residuais, mesmo se forem usados sistemas de recuperação de calor. Em contraste, a abordagem elétrica significa que a energia de fusão é transferida diretamente para o vidro. A eficiência térmica pode ser superior a 70%, mesmo em um forno elétrico pequeno, e pode chegar a 85% em um forno elétrico grande.
Os fornos totalmente elétricos também são mais eficientes em termos de energia do que os fornos a gás; eles usam cerca de 35% menos energia. A diferença na eficiência energética é particularmente importante para pequenos fornos. À medida que o tamanho do forno diminui, a eficiência energética dos fornos elétricos permanece muito alta, enquanto a eficiência dos fornos a gás cai drasticamente e pode ser inferior a 20%.
O aumento elétrico pode ser uma forma altamente eficaz de reduzir o consumo geral de energia. Isso também significa que a liberação de energia pode ser altamente concentrada, ajudando a determinar as condições no banho de vidro. Em alguns casos, um sistema de reforço bem projetado pode melhorar a homogeneidade da qualidade do vidro e as perdas de sementes e pedras. Em contraste, em fornos a gás, onde a liberação de energia concentrada não é possível, perfis de temperatura imprecisos podem ser criados no vidro.
Uma das principais vantagens do forno elétrico de topo frio é que tudo o que entra no lote permanece no vidro, exceto os gases liberados no processo de fusão, que permeiam a manta do lote. As perdas de constituintes do lote, como flúor, boro, chumbo, vários agentes de refino voláteis e outros constituintes, são quase eliminadas.
Desvantagens do derretimento totalmente elétrico
Embora os fornos elétricos tenham custos de capital mais baixos, eles têm tempos de vida mais curtos (2-7 anos em comparação com 10-20 anos para os fornos convencionais) e custos de energia mais elevados. A viabilidade econômica dos fornos elétricos está intimamente relacionada ao custo da eletricidade em comparação com o gás. As eficiências térmicas e de energia mais altas podem compensar esse custo para fornos menores, mas pode não ser o caso para fornos maiores.
O baixo impacto ambiental só é mantido se o forno puder receber energia de fontes renováveis de energia e exigir uma rede elétrica confiável e estável.
Existem também considerações operacionais. Por exemplo, a manutenção de eletrodos para limitar maior resistência causada pelo desgaste. Não é possível derreter vidros de alta temperatura (& gt; 1500C) e existe a preocupação de corrosão / erosão do material do eletrodo de certas composições de vidro. Além disso, o vidro reciclado pode ser um problema que requer novos métodos de manuseio.
Conclusão
Na maioria dos lugares, ainda é ambientalmente mais limpo queimar combustíveis fósseis em uma fornalha do que usá-los para gerar eletricidade para fusão elétrica. No entanto, à medida que as energias renováveis aumentam sua contribuição para a produção de eletricidade, essa situação vai mudar. Também parece que as melhorias na eficiência energética das tecnologias de combustão de combustíveis fósseis se estabilizaram. À medida que a legislação de emissões entra em ação e os consumidores exigem cada vez mais materiais e tecnologias que não agridem o meio ambiente, pode haver uma mudança na fabricação de vidro de gás para energia elétrica. As outras vantagens do derretimento elétrico, como melhor eficiência térmica e consumo de energia, também contarão a seu favor.
