2.5 Сбережение энергетических и материальных ресурсов при использовании отходов стекла

Стеклобой применяют в виде обратного стеклобоя и отходов потребления (покупной стеклобой). Обратный стеклобой образуется на предприятиях отрасли в Российской Федерации в количестве 2 млн т в год и полностью расходуется как необходимая технологическая добавка. Из собираемых централизованно 650 тыс. тонн в год боя стекла более 90% используют в производстве бутылок из окрашенного стекла. Тонна покупного стеклобоя в зависимости от его чистоты позволяет экономить (0,5÷1,15)т минерального сырья, в том числе 150 кг карбоната натрия и (40÷50)кг сульфата натрия. В среднем на стеклотарных заводах использование боя составляет 35% от общего количества шихты, из них отходы собственного производства 21% от сваренной стекломассы. Стеклобой является резервом экономии сырьевых и топливно-энергетических ресурсов (1 тонна стеклобоя экономит 138 л нефти) и уменьшает количество токсичных компонентов, выделяемых как на стадии загрузки шихты, так и ее варки [32].

Известно, что наибольшее количество тепловой энергии (60÷80)% расходуется в процессе варки стекла и до 90% – с учетом отжига стеклоизделий.

Расход условного топлива на 1 тонну готовой продукции стеклотары составляет (0,4÷0,6) тонн, а сортовой посуды – (3÷16) тонн. В табл. 2.2 приведены данные «Южгипростекло" по расходу топлива, %, в производстве стеклотары и сортовой посуды. Таблица 2.2 Расход топлива, %, в производстве стеклотары и сортовой посуды [32].

Процесс	Стеклотара	Сортовая посуда
Варка стекломассы	72÷75	50÷52
Отжиг и обработка изделий	15÷19	15÷16
Обработка сырья	3	11
Теплоснабжение технологическое и санитарно-техническое	6÷10	20÷22

Значительный объем потребления топлива и несовершенство его использования в стекловаренных печах (на стекловарение расходуется до 67% всего топлива) требуют снижения расхода топлива на единицу вырабатываемой продукции, что неразрывно связано с вопросами промышленной экологии на предприятиях по выпуску стеклоизделий.

С целью повышения теплофизических характеристик стекловаренных печей (как ванных, так и Горшковых) вследствие подогрева воздуха и топочного газа перед их сжиганием, а также вторичного использования теплоты отходящих из рабочей камеры газов используют два вида теплообменных устройств: рекуператоры и регенераторы. В этих теплообменных устройствах рекуперируется до (45÷60)% теплоты, поступающей с отходящими газами [32].

При разработке новых конструкций теплоиспользующих устройств стекловаренных печей (регенераторы, рекуператоры и т. п.) необходимо учитывать выброс компонентов шихты и стекла. Поэтому при кон­струировании и эксплуатации таких устройств надо учитывать объем и состав отходящих газов, вызывающих коррозию огнеупоров и сокращающих межремонтный срок службы печи. Основными компонентами выброса, приводящими к коррозии и забивке регенераторов, являются пары щелочей, сульфат натрия, оксиды кварца, магния, алюминия, соединения ванадия, мышьяка, а также продукты процессов сгорания топлива.

НПО «Техэнергохимпром» (г. Москва) разрабатывает системы глубокой регенерации теплоты отходящих газов стекловаренных печей, основанной на высокотемпературном подогреве воздушного дутья и химической регенерации теплоты в результате проведения паровой каталитической конверсии природного газа. Разрабатывается высокотемпературный подогрев воздушного дутья в металлических трубчатых радиационных рекуператорах корзиночного типа.

Находят применение также и керамические рекуператоры, имеющие хорошую теплоизоляцию.

Регенераторы в зависимости от направления движения газов и местных условий бывают горизонтальными и вертикальными. Целью разработок новых конструкций регенераторов является создание на­садок, обеспечивающих повышение их напряженности и удельной поверхности в единице объема насадки.

Одним из решений является использование вторичных энергоресурсов стекольных производств, в которых на тепловых агрегатах стекольных заводов теплота рекуперируется далеко не полностью.

В утилизаторе или водогревателе может быть получено до 1,2 кг пара на 1 кг сваренной стекломассы. В печах прямого нагрева можно использовать 85% теплоты или дополнительно получить 2,5 кг. пара на 1 кг. стекломассы. При темпера­туре отходящих газов (250÷300)^оС для получения горячей воды используют газо - и водотрубные котлы.

Установка котлов-утилизаторов на стекловаренных печах, по данным фирмы «Оуэне Иллинойс» (США), позволит заводу снизить расход энергии на 10%, используя получаемый пар для собственных нужд.

Рекомендуемым решением является установка водогрейного котла-утилизатора (экономайзера) на обводном дымовом канале за регенераторами стекловаренной печи, который работает при температуре газов перед экономайзером (400÷ 500)°С и после него 150°С. Снижение этих температур приводит к росту поверхности нагрева, а следователь­но, металлоемкости, возможно также образование конденсата в дымовой трубе и разрушение ее кладки [32].

При повышенной температуре отходящих газов (выше 500°С) применяют комбинированные установки из двух ступеней: стальной и чугунной. Для печей небольшой мощности можно использо­вать экономайзер с одновременной очисткой газов и подогревом воды до температуры (60÷65)^оС, разработанной Институтом технической теплофизики АН УССР. В таких агрегатах осуществляется очистка газов от пыли на (90÷95)%, а также от оксидов азота и серы.

Институтами газа и технической теплофизики АН УССР разработан модульный термосифонный котел-утилизатор, в котором теплопередающими элементами служат взрывобезопасные термосифоны. Он предназначен для нагрева воды, поступающей на отопительные и бытовые нужды.

Перспективным является выработка на заводе собственной электроэнергии с помощью турбогенератора, работающего на паре, подаваемом котлом-утилизатором. Вырабатываемая электроэнергия может быть использована, например, для дополнительного подогрева стекломассы.

Фирма «Пилкинтон» (Англия) использует отходящую теплоту от печей отжига флоат-стекла. Отходящую теплоту используют через теплообменники, расположенные под и над отжигаемой лентой стекла. Нагретый воздух подают вентилятором на обогрев склада, имеющего размеры 225·150·12 м. Экономия составляет 230 тонн условного топлива в год.

Использованием теплоты выработочного бассейна стекловаренной печи и собственно стеклотары на участке между стеклоформующей машиной и печью отжига занимается фирма «Рокуэ Глас» (Англия). Нагретый в теплообменниках воздух идет на отопление участка упаковки готовой продукции. При этом экономится ежегодно 152 тонн условного топлива.

Фирма «Сэрик» (Франция) для сушки материалов использует тепловой насос, принцип действия которого основан на переносе теплоты от среды с низкой температурой к среде с более высокой температурой (принцип холодильной машины). При обычной сушке для испарения 1 кг воды требуется 1,8 кВт энергии, а тепловой насос потребляет 0,61 кВт на 1 кг испаренной влаги. Итальянская фирма «Орго Спа» разработала установку, сочетающую тепловой насос и генератор с электроприводом, способную создавать только тепловую энергию (максимальная мощность (500÷1500)кВт) или электро- и тепловую энергию (максимальная мощность (100÷350) и (150÷500)кВт соответственно). Температура нагреваемой воды составляет 80^оС.

Известно, что до (40÷50)% энергии теряется в печах с тепловыми потерями в окружающую среду. Применение теплоизоляции не исклю­чает полностью эти потери. С целью уменьшения тепловых потерь предложено возвращать теплоту кладки печей при помощи установок испарительного охлаждения.