Екологічні проблеми при виробництві скла

    При биохимическом окислении органических веществ требуется меньше кислорода, чем при химическом окислении с той же эффективностью очистки.

    В биологических фильтрах сточные  воды очищаются микроорганизмами активного ила или биопленки, образующими биологически активную массу.

6. Вторичное использование твердых отходов

    На  Украине и за рубежом ведутся работы по использованию шламов цехов химического полирования стекла. Частично обезвоженный в процессе осаждения шлам представляет собой водную суспензию CaSО₄∙Н₂О в сочетании с небольшим количеством CaF₂. Суспензия содержит 45-50% сухого вещества. В твердом веществе шламов, имеющем вид мелкодисперсного порошка, 65% составляют частицы размером менее 1мкм.. В ходе эксперимента было определено оптимальное количество воды, подобраны неорганическое вяжущее и микроармирующий компонент, обеспечивающие необходимую скорость твердения. Из полученной суспензии на основе смеси шлам: цемент = 1,42 : 1 (в пересчете на сухое вещество) на листоформовочной машине можно получать крупногабаритные листы толщиной 4-10 мм для дальнейшего использования в строительстве, например как основу для керамической облицовки.

    Известен  способ получения стекломассы, в  котором щелочноземельным компонентом шихты являются отходы химического полирования хрусталя. Отходы (обезвоженный до 10-15% шлам) вводят в количестве 15-75% на 100% сырьевой смеси в пересчете на сухое вещество. В результате снижается температура и увеличивается скорость процессов стекловарения.

    Одним из возможных путей снижения образования  вредных отходов от химического полирования хрусталя, особенно прессованного, является огневой способ полирования стеклоизделий, который снижает иx себестоимость. Однако используемые для этого газогорелочные устройства не исключают наличия в газовой струе продуктов неполного сгорания топлива, что приводит к восстановлению свинца на поверхности и к потере товарного вида изделия.

    Рекуперация стекольного боя. Стекольный бой традиционно используют как добавку к шихте и применяют в виде обратного стеклобоя и отходов потребления (покyпной стеклобой).

    Обратный стеклобой образуется на предприятиях отрасли в количестве 2 млн т в год и полностью расходуется как необходимая технологическая добавка. Из собираемых централизованно 650 тыс. т в год боя стекла более 90% используют в производстве бутылок из окрашенного стекла. Тонна покупного стеклобоя в зависимости от его чистоты позволяет экономить 0,5-1,15т минерального сырья, в том числе 150кг 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 сварной стекломассы. Стеклобой является резервом экономии сырьевых и топливно-энергетических ресурсов (1 т стеклобоя экономит138 л нефти) и уменьшает количество токсичных компонентов, выделяемых как на стадии загрузки шихты, так и ее варки.

    Перспективная схема размещения централизованных баз и механизированная линия ЛАС-1 по сортировке стеклобоя и очистке от примесей и загрязнений производительностью 25 тыс. т стеклобоя в год при односменной работе разработаны ВНИИхрусталь. Разработана и внедрена технология варки тарных стекол с повышенным содержанием стеклобоя (до 50%).

    В настоящее время на многих заводах по производству стекла и стеклянного волокна при останове стекловаренных печей на холодный ремонт, стекломассу из них выпускают в течение нескольких часов по лотку в приемную яму. Для облегчения операции извлечения стекломассы, особенно из печей большой производительности, применяют ленточные и водоструйные грануляторы стекла.

    Специалисты Паневежского стекольного завода для  вывода из печи стекломассы с достаточно высокой температурой (свыше 1200° С) предложили сверлить отверстия диаметром 80 мм непосредственно в брусьях нижнего ряда стены бассейна в одном из гальмовочных карчанов варочной части печи (вместимость бассейнов печей 180-1400т).

7. Вторичное использование теплоты

    Наибольшее количество тепловой энергии (60-80%) процессе варки стекла и до 90% - с учетом отжига стеклоизделий .

    Расход  условного топлива на 1 т готовой  продукции стеклотары составляет 0,4-0,6т, а сортовой посуды - 3-16 т. Ниже приведены данные "Южгипростекло" по расходу топлива, %, в производстве стеклотары и сортовой посуды.

    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.

    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, кальция, магния, алюминия, соединения ванадия, мышьяка, а также продукты процессов сгорания топлива.

8. Новые технические решения, отвечающие требованиям промышленной экологии

    В последние годы в стекольной промьшленности получают распространение новые современные агрегаты и технологические линии, в которых решаются также задачи промышленной экологии.

    Технологические линии и отдельные агрегаты должны надежно функционировать в оптимальных режимах по экологическим, экономическим, энерготехнологическим параметрам.

    Переход к агрегатам большой единичной  мощности с увеличенной удельной производительностью оборудования позволит сократить расход сырья и топлива и уменьшить загрязнение воздушного и водного бассейнов.

    Как было показано во втором разделе, технологическую линию по производству стекло изделий можно представить в виде взаимодействующих и взаимосвязанных подсистем. В общем виде операторная модель технологической системы производства изделий из стекла может иметь следующие подсистемы:

    А, В. Подсистемы выработки стеклоизделий с показателями качества, соответствующими стандарту. Такими стекло изделиями являются сортовая посуда, стекловолокно, тарное и листовое стекло, техническое стекло и т.д.

    Операторами, обеспечивающими получение изделий, можно считать используемое оборудование (например, стеклоформующие машины), а процессорами - протекающие при этом процессы вытягивания, прессования, проката, выдувания и их комбинации.

    С₁. Подсистема образования стекломассы из порошковой или уплотненной (гранулированной, компактированной, брикетированной) шихты с заданными показателями. Оператором образования стекломассы является стекловаренная печь, а технологическими процессорами - процессы, протекающие при варке стекла.

    С₂. Подсистема образования уплотненной шихты с заданными технологическими и структурно-деформационными свойствами. Оператором является уплотняющее оборудование (барабанный или тарельчатый гранулятор, валковый пресс, экструдер и т.д.), а процессорами - процессы уплотнения (компактирования).

    С₃. Подсистема приготовления и смешения порошкообразной шихты с получением однородной смеси. Операторами являются весовые дозаторы, транспортирующие устройства, сушильное оборудование и смесители. Процессорами являются процессы дробления, классификации, сушки, увлажнения и смешения.

    При создании более совершенных производcтв могут возникать новые подсистемы, такие, как подсистемы очистки газовых и жидких сред, подсистемы вторичного использования теплоты и отходов производства стекла.

9. Новые методы варки стекла и предпосылки создания новых конструкций стекловаренных печей

    Традиционные ванные печи имеют предел теоретически возможного удельного съема стекломассы, равный, по оценке некоторых авторов (А.В. Ралко и др.), приблизительно 5000 кг/ (м²∙сут).

    При разработке печей новых типов  проводят детальный анализ работы стекловаренных печей: теплообмена между пламенем и стекломассой, способов регенерации теплоты для повышения КПД печи, применения электронагревателя, комбинирования пламенного и электрического нагрева, средств приготовления и загрузки шихты, динамики процессов плавления шихты и циркуляции стекломассы и др. Печи новых типов предлагается в настоящее время классифицировать не по виду нагревателя, а по технико-экономическим и экономическим показателям, главным из которых является интенсификация варки в результате развития турбулентности и снижения вредных выбросов в атмосферу.

    Как уже говорилось ранее, термин "печь" архаичен и явно устарел по отношению к крайне сложному аппарату, где протекают высокотемпературные превращения: реакции в условиях сложной гидродинамики взаимодействия твердой, газообразной и жидкой фаз. Правильным было бы назвать этот аппарат высокотемпературным термическим реактором, к которому в полной мере применима теория химических peактoрoв.

    Создание печей новых конструкций и способов варки стекол по малоотходной или безотходной технологии должно базироваться на переходе к уплотненной и подогретой шихте экологически безвредного состава, установлении причин вылета (выбивания) газов из рабочих окон и установке местных oтcocов, снижении времени пребывания cтекломассы в печи, совершенствовании конструкции выработочной части печи с полной ее герметизацией, уменьшении свободной поверхности стекломассы, разделении бассейна печи на отдельные части и др.

    Предложена (Е.Плюмат, США) печь с пламенным обогревом, в конструкцию которой внесены значительные изменения (рис.4). Увеличение скорости варки  стекла и уменьшение вредных выбросов в атмосферу достигается улучшением теплообмена вследствие интенсивного перемешивания стекломассы газообразными продуктами горения и использованием гранулированной шихты.

    В последнее время большое внимание уделяется применению электроэнергии для варки стекла. КПД электрических печей (35-85%) значительно выше, чем КПД пламенных (2-25%), при снижении потерь оксидов металлов и щелочей, поскольку все летучие компоненты адсорбируются в слое загружаемой шихты и возвращаются повторно в стекломассу при плавлении. Электроварка стекол уменьшает инфракрасное излучение в рабочую зону, что значительно улучшает санитарно-гигиенические условия, повышает качество стекла и стеклоизделий.

Рис. 4. Пламенная инжекционная печь:

    1 - гранулированная шихта; 2 - иммерсионные горелки; 3 - камера осветления и гомогенизации малой глубины; 4 – горелки.

    Рис. 5. Печь с цилиндрическим бассейном для осветления и гомогенизации:

    1 - гранулированная шихта; 2 - иммерсионные  горелки; 3 - камера осветления и гомогенизации.

    Внедрение электроварки целесообразно также  при изготовлении фтористых стекол, так как потери фтора в газопламенных печах составляют 33-50% (иногда 100%) при одновременном поражении верхних дыхательных путей человека.

     ВЫВОДЫ

    Эффективное решение экологической проблемы возможно только при условии разумного сочетания научно-технического прогресса с многогранными аспектами защиты экосферы, что должно быть в основе развития действующих и создания новых производств и источников энергии. Наука о новых технологических процессах, машинах и аппаратах, позволяющих создать производства, гармонирующие с окружающей средой и обладающие минимальным отрицательным воздействием на экосферу, должна базироваться на последних достижениях технического прогресса. Это определило ее название - "промышленная экология".