Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách (BAT) ve
sklářském průmyslu Směrnice o průmyslových emisích 2010/75/EU (Integrovaná prevence a kontrola znečištění)
SPOLEČNÉ VÝZKUMNÉ CENTRUM Institut pro perspektivní technologické studie Jednotka udržitelné výroby a spotřeby evropské kanceláře IPPC
Posláním JRC-IPTS je poskytovat podporu evropskému procesu politického rozhodování ze strany zákazníků vytvářením vědeckých reakcí na politické výzvy, které mají jak socioekonomickou, tak i vědeckou/technologickou dimenzi.
Poděkování Tato zpráva byla vypracována Evropským úřadem pro Integrovanou prevenci a kontrolu znečištění (EIPPCB) při Společném výzkumném centru Evropské komise – Institut pro perspektivní technologické studie (IPTS) pod dohledem Serge Roudiera (ředitele EIPPCB) a Luise Delgada (vedoucího Jednotky pro udržitelnou výrobu a spotřebu). Hlavní autorkou ze strany EIPPCB byla slečna Bianca Maria Scalet. Práci na tomto dokumentu zahájili pan Marcos García Muñoz a slečna Aivi Sissa Queirolo z EIPPCB. Projektová zpráva byla vypracována v rámci implementace směrnice o průmyslových emisích (2010/75/EU) a je výsledkem výměny informací podle článku 13 Směrnice pro výrobu skla. Na výměně informací se podílely členské státy EU (Belgie, Bulharsko, Dánsko, Německo, Irsko, Španělsko, Francie, Itálie, Lucembursko, Maďarsko, Nizozemsko, Rakousko, Polsko, Portugalsko, Rumunsko, Finsko, Švédsko a Velká Británie), průmyslové asociace zastupující evropské výrobce skla (CPIV, FEVE, Glass for Europe, APFE, European Domestic Glass, ESGA, EURIMA, ECFIA, ANFFECC) a institut Ökopol zastupující Evropskou environmentální kancelář. Na přípravě tohoto dokumentu a jeho recenzi v rámci týmu se podíleli všichni členové EIPPCB.
Tento dokument je jedním z řady předběžně uvažovaných dokumentů (v době psaní tohoto dokumentu nebyly všechny z níže uvedených dokumentů vypracovány):
Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách
Kód
BREF pro keramický průmysl BREF pro běžné čištění odpadních vod a odpadních plynů; Systémy managementu v chemickém průmyslu
CER CWW
BREF pro emise ze skladování
EFS
BREF pro energetickou účinnost
ENE
BREF pro hutnictví železných kovů
FMP
BREF pro mlékárenský a potravinářský průmysl
FDM
BREF pro průmyslové chladicí systémy
ICS
BREF pro intenzivní chovy drůbeže a prasat
ILF
BREF pro výrobu železa a oceli
I&S
BREF pro velká spalovací zařízení
LCP
BREF pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií (čpavek, kyseliny a hnojiva) LVIC-AAF BREF pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií (pevných látek a ostatních)
LVIC-S
BREF pro výrobu velkoobjemových organických chemikálií
LVOC
BREF pro nakládání s hlušinou z úpravy a těžby při hornické činnosti
MTWR
BREF pro výrobu skla
GLS
BREF pro výrobu speciálních organických chemikálií
OFC
BREF pro zpracování neželezných kovů
NFM
BREF pro výrobu cementu, vápna a oxidu hořečnatého
CLM
BREF pro výrobu chloru a louhu
CLA
BREF pro výrobu polymerů
POL
BREF pro výrobu speciálních anorganických chemikálií
SIC
BREF pro průmysl papíru a celulózy
PP
BREF pro rafinérie ropy a zemního plynu
REF
BREF pro jatka a průmysl zpracovávající jejich vedlejší produkty
SA
BREF pro kovárny a slévárny
SF
BREF pro povrchové úpravy kovů a plastů
STM
BREF pro povrchové úpravy používající organická rozpouštěla
STS
BREF pro koželužský průmysl
TAN
BREF pro textilní průmysl
TXT
BREF pro spalování odpadů
WI
BREF pro zpracování odpadů
WT
BREF pro konzervaci dřeva a výrobků z něj chemickými látkami
WPC
BREF pro výrobu desek na bázi dřeva
WBP
Referenční dokument. . . BREF pro ekonomii a mezisložkové vlivy
ECM
BREF pro obecné principy monitoringu
MON
Elektronická verze návrhů a konečných dokumentů je veřejně přístupná a lze ji stáhnout z http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/.
Předmluva
PŘEDMLUVA 1. Status tohoto dokumentu Není-li uvedeno něco jiného, odkaz na „směrnici“ v tomto dokumentu bude znamenat odkaz na Směrnici 2010/75/EU Evropského parlamentu a Rady o průmyslových emisích (integrované prevenci a omezování znečištění) (nové vydání). Původní referenční dokument nejlepších dostupných technik (BAT) pro výrobu skla byl Evropskou komisí přijat v roce 2001. Tento dokument je výsledkem jeho přezkoumání, které bylo zahájeno v březnu 2006. Tento referenční dokument o BAT pro sklářský průmysl tvoří část řady představující výsledky výměny informací mezi členskými státy EU, dotyčnými průmyslovými odvětvími, nevládními organizacemi zaměřenými na ochranu životního prostředí a Komisí s cílem vypracovat, přehodnotit a případně aktualizovat referenční dokumenty BAT v souladu s požadavkem článku 13(1) Směrnice. Tento dokument byl publikován Evropskou komisí v souladu s článkem 13(6) Směrnice. Jak je uvedeno v článku 13(5) Směrnice, Prováděcí rozhodnutí Komise (2012/134/EU), kterým se stanoví závěry o nejlepších dostupných technikách uvedené v Kapitole 5, bylo přijato 28. února 2012 a publikováno 8. března 2012 (1). 2. Strany zapojené do výměny informací V souladu s požadavky článku 13(3) Směrnice ustanovila Komise fórum s cílem podpořit výměnu informací, přičemž členy tohoto fóra jsou zástupci členských států, dotyčných průmyslových odvětví a nevládní organizace zaměřené na ochranu životního prostředí (rozhodnutí Komise z 16. května 2011 o ustanovení fóra pro výměnu informací podle článku 13 Směrnice 2010/75/EU o průmyslových emisích (2011/C 146/03), OJ C 146, 17.05.2011, str. 3). Členové fóra jmenovali technické experty, kteří tvoří technickou pracovní skupinu (TWG), jež byla hlavním zdrojem informací při tvorbě tohoto dokumentu. Činnost TWG podléhala vedení Evropské kanceláře IIPC (Společného výzkumného centra Komise). 3. Struktura a obsah tohoto dokumentu Kapitoly 1 a 2 uvádějí obecné informace o daném průmyslovém odvětví a o průmyslových postupech a technikách používaných v tomto odvětví. Kapitola 3 poskytuje údaje a informace o environmentálním profilu zařízení, která jsou součástí daného odvětví a která byla v době sepsání tohoto dokumentu v provozu, z hlediska aktuálních emisí, spotřeby a povahy surovin, spotřeby vody, energií a tvorby odpadů. Kapitola 4 detailněji popisuje techniky prevence, nebo (v případech, kdy to není proveditelné) snížení environmentálních dopadů zařízení v daném odvětví, které byly zvažovány při určování nejlepších dostupných technik. Tyto informace zahrnují úrovně vlivu na životní prostředí (např. úrovně emisí a spotřeby), kterých lze dosáhnout s použitím daných technik, související monitoring a náklady a mezisložkové problémy spojené s těmito technikami.
(1) Úř. věst. L 70, 08.03.2012, str. 1
Sklářský průmysl
i
Předmluva
Kapitola 5 představuje závěry o BAT definované v Článku 3 odst. 12 Směrnice. Kapitola 6 uvádí informace o „nových technikách“ definovaných v Článku 3 odst. 14 Směrnice. Závěrečné poznámky a doporučení pro budoucí činnost jsou uvedeny v kapitole 7. 4. Informační zdroje a odvozování BAT Tento dokument byl vypracován na základě informací shromážděných z několika různých zdrojů, především prostřednictvím TWG, jež byla ustanovena výhradně pro výměnu informací v souladu s článkem 13 Směrnice. Informace byly ověřovány a posuzovány Evropskou kanceláří IPPC (Společného výzkumného centra Komise), která vedla činnosti zaměřené na určování BAT s využitím zásad technické odbornosti, transparentnosti a neutrality. Uznání a poděkování za práci tak patří TWG a všem ostatním přispěvatelům. Závěry o BAT byly vypracovány s využitím iteračního postupu, jenž zahrnoval níže uvedené kroky:
• • • •
•
identifikace klíčových ekologických otázek v daném sektoru; zkoumání technik, které jsou maximálně relevantní při řešení těchto klíčových otázek; identifikace nejlepších úrovní vlivu na životní prostředí na základě dat dostupných v Evropské unii a ve světě; zkoumání podmínek, za kterých bylo těchto úrovní vlivu na životní prostředí dosaženo, jako například náklady, mezisložkové vlivy a hlavní hybné síly zapojené do implementace těchto technik; výběr nejlepších dostupných technik (BAT), s nimi související úrovně emisí (a dalších úrovní vlivu na životní prostředí) a související monitorování tohoto sektoru podle článku 3(10) Směrnice a přílohy III Směrnice.
Odborný posudek Evropské kanceláře IPPC a TWG hrál klíčovou úlohu v těchto jednotlivých krocích a ve způsobu, jakým jsou informace zde prezentované. Tam, kde jsou k dispozici, byly ekonomické údaje uvedeny společně s popisy technik představených v kapitole 4. Tyto údaje poskytují hrubou představu o rozsahu nákladů a přínosů. Skutečné náklady a přínosy související s aplikací techniky mohou ale výrazně záviset na konkrétní situaci dotyčného zařízení, kterou není možné v tomto dokumentu zcela vyhodnotit. V případě nedostupnosti údajů o nákladech byly závěry o ekonomické životaschopnosti technik učiněny na základě pozorování stávajících zařízení. 5. Přezkoumání referenčních dokumentů o BAT (BREF) BAT je dynamický koncept, a proto je přezkoumání BREF kontinuálním procesem. Například mohou vzniknout nová opatření a nové techniky, věda a technologie se neustále vyvíjejí nebo jsou do praxe úspěšně zaváděny nové nebo nově vznikající procesy. V rámci reakce na tyto změny a jejich dopady na BAT bude tento dokument pravidelně přezkoumáván a v případě potřeby vhodně aktualizován.
ii
Sklářský průmysl
Předmluva
6. Kontaktní informace Veškeré připomínky a návrhy směřujte Evropské kanceláři IPPC při Institutu pro perspektivní technologické studie na následující adresu: Evropská komise Institute for Prospective Technological Studies European IPPC Bureau Edificio Expo c/ Inca Garcilaso, 3 E-41092 Seville, Španělsko Telephone: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 E-mail:
[email protected] Internet: http: //eippcb.jrc.ec.europa.eu
Sklářský průmysl
iii
iv
Sklářský průmysl
Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách (BAT) ve sklářském průmyslu Poděkování...................................................................................................................................................................... II PŘEDMLUVA.................................................................................................................................................................. I ROZSAH PŮSOBNOSTI ......................................................................................................................................... XVII 1 OBECNÉ INFORMACE ................................................................................................................................... 1 1.1 Struktura odvětví ............................................................................................................................................ 1 1.2 Úvod ............................................................................................................................................................... 2 1.2.1 Charakteristika skla .................................................................................................................................. 5 1.2.2 Širší klasifikace typů skel ......................................................................................................................... 6 1.2.3 Historické počátky ................................................................................................................................... 7 1.3 Obalové sklo................................................................................................................................................... 9 1.3.1 Přehled odvětví ........................................................................................................................................ 9 1.3.2 Výrobky a trhy ....................................................................................................................................... 11 1.3.3 Obchodní a finanční úvahy..................................................................................................................... 12 1.3.4 Hlavní ekologické problémy .................................................................................................................. 13 1.4 Ploché sklo ................................................................................................................................................... 13 1.4.1 Přehled odvětví ...................................................................................................................................... 13 1.4.2 Výrobky a trhy ....................................................................................................................................... 15 1.4.3 Obchodní a finanční úvahy..................................................................................................................... 16 1.4.4 Hlavní ekologické problémy .................................................................................................................. 17 1.5 Nekonečná skleněná vlákna.......................................................................................................................... 18 1.5.1 Přehled odvětví ...................................................................................................................................... 18 1.5.2 Výrobky a trhy ....................................................................................................................................... 19 1.5.3 Obchodní a finanční úvahy..................................................................................................................... 20 1.5.4 Hlavní ekologické problémy .................................................................................................................. 20 1.6 Užitkové sklo................................................................................................................................................ 21 1.6.1 Přehled odvětví ...................................................................................................................................... 21 1.6.2 Výrobky a trhy ....................................................................................................................................... 22 1.6.3 Obchodní a finanční úvahy ................................................................................................................... 23 1.6.4 Hlavní ekologické problémy .................................................................................................................. 24 1.7 Speciální sklo ............................................................................................................................................... 25 1.7.1 Přehled odvětví ...................................................................................................................................... 25 1.7.2 Výrobky a trhy ....................................................................................................................................... 26 1.7.3 Obchodní a finanční úvahy ................................................................................................................... 28 1.7.4 Hlavní ekologické problémy .................................................................................................................. 29 1.8 Minerální vlna ............................................................................................................................................. 29 1.8.1 Přehled odvětví ..................................................................................................................................... 29 1.8.2 Products and markets ............................................................................................................................ 31 1.8.3 Obchodní a finanční úvahy ................................................................................................................... 31 1.8.4 Hlavní ekologické problémy ................................................................................................................. 32 1.9 Vysokoteplotní izolační vata ....................................................................................................................... 33 1.9.1 Přehled odvětví ..................................................................................................................................... 33 1.9.2 Výrobky a trhy ...................................................................................................................................... 33 1.9.3 Obchodní úvahy .................................................................................................................................... 35 1.9.4 Hlavní ekologické problémy ................................................................................................................. 35 1.10 Frity .............................................................................................................................................................. 36 1.10.1 Přehled odvětví ...................................................................................................................................... 36 1.10.2 Výrobky a trhy ....................................................................................................................................... 37 1.10.3 Obchodní úvahy .................................................................................................................................... 37 1.10.4 Hlavní ekologické problémy .................................................................................................................. 38 2 POUŽITÉ POSTUPY A TECHNIKY ............................................................................................................ 39 2.1 Manipulace s materiály................................................................................................................................. 39 2.2 Tavení skla ................................................................................................................................................... 40 2.2.1 Suroviny na výrobu skla ......................................................................................................................... 40 2.2.2 Proces tavení .......................................................................................................................................... 42 2.3 Techniky tavení ............................................................................................................................................ 45 2.3.1 Regenerativní pece ................................................................................................................................. 47 2.3.2 Konvenční rekuperativní pec.................................................................................................................. 49 Sklářský průmysl
v
3
vi
2.3.3 Kyslíko-palivové tavení .......................................................................................................................... 50 2.3.4 Elektrické tavení ..................................................................................................................................... 50 2.3.5 Kombinované tavení fosilním palivem a elektřinou ............................................................................... 51 2.3.6 Diskontinuální tavení kmene .................................................................................................................. 52 2.3.7 Speciální konstrukce pecí ....................................................................................................................... 52 2.4 Obalové sklo ................................................................................................................................................ 53 2.5 Ploché sklo .................................................................................................................................................... 57 2.5.1 Plavení skla............................................................................................................................................. 57 2.5.2 Válcování (vzorované sklo a sklo s drátěnou vložkou)........................................................................... 59 2.6 Nekonečná skleněná vlákna .......................................................................................................................... 60 2.7 Užitkové sklo ................................................................................................................................................ 62 2.8 Speciální (technické) sklo ............................................................................................................................. 64 2.9 Minerální vlna............................................................................................................................................... 68 2.9.1 Skleněná vata .......................................................................................................................................... 68 2.9.2 Kamenná vata ......................................................................................................................................... 71 2.10 Vysokoteplotní izolační vata (ASW/RCF a AES) ........................................................................................ 74 2.11 Frity .............................................................................................................................................................. 77 2.11.1 Výroba frit .............................................................................................................................................. 77 2.11.2 Tavící pece používané při výrobě frit ..................................................................................................... 78 2.11.3 Frity jako surovina při výrobě glazur a smaltů ....................................................................................... 80 SOUČASNÉ ÚROVNĚ SPOTŘEBY A EMISÍ ............................................................................................. 81 3.1 Úvod ............................................................................................................................................................. 81 3.2 Obecný přehled sklářského průmyslu ........................................................................................................... 82 3.2.1 Provozní vstupy ...................................................................................................................................... 82 3.2.2 Provozní výstupy .................................................................................................................................... 85 3.2.2.1 Emise do ovzduší .................................................................................................................................... 85 3.2.2.2 Emise do vody ........................................................................................................................................ 89 3.2.2.3 Emise jiných odpadů .............................................................................................................................. 90 3.2.3 Energie.................................................................................................................................................... 90 3.2.4 Hluk ........................................................................................................................................................ 96 3.3 Obalové sklo ................................................................................................................................................ 96 3.3.1 Provozní vstupy ...................................................................................................................................... 98 3.3.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................... 99 3.3.2.1 Suroviny ................................................................................................................................................. 99 3.3.2.2 Tavení ..................................................................................................................................................... 99 3.3.2.3 Navazující procesy .............................................................................................................................. 111 3.3.2.4 Fugitivní/difúzní emise ......................................................................................................................... 112 3.3.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 112 3.3.4 Jiné odpady ........................................................................................................................................... 113 3.3.5 Energie.................................................................................................................................................. 113 3.4 Ploché sklo .................................................................................................................................................. 116 3.4.1 Provozní vstupy .................................................................................................................................... 116 3.4.2 Emise do ovzduší .................................................................................................................................. 117 3.4.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................... 117 3.4.2.2 Tavení ................................................................................................................................................... 117 3.4.2.3 Navazující procesy ............................................................................................................................... 119 3.4.2.4 Fugitivní/difúzní emise ......................................................................................................................... 120 3.4.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 120 3.4.4 Jiné odpady ........................................................................................................................................... 120 3.4.5 Energie.................................................................................................................................................. 121 3.5 Nekonečná skleněná vlákna ........................................................................................................................ 122 3.5.1 Provozní vstupy .................................................................................................................................... 123 3.5.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................. 124 3.5.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................... 124 3.5.2.2 Tavení ................................................................................................................................................... 124 3.5.2.3 Navazující procesy .............................................................................................................................. 126 3.5.2.4 Fugitivní/difúzní emise ......................................................................................................................... 126 3.5.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 127 3.5.4 Jiné odpady ........................................................................................................................................... 128 3.5.5 Energie ................................................................................................................................................. 129 3.6 Užitkové sklo .............................................................................................................................................. 130 3.6.1 Provozní vstupy .................................................................................................................................... 132 Sklářský průmysl
4
3.6.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................. 133 3.6.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................... 133 3.6.2.2 Tavení .................................................................................................................................................. 133 3.6.2.3 Navazující procesy ............................................................................................................................... 134 3.6.2.4 Fugitivní/difúzní emise ........................................................................................................................ 135 3.6.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 135 3.6.4 Jiné odpady .......................................................................................................................................... 136 3.6.5 Energie ................................................................................................................................................. 136 3.7 Speciální (technické) sklo........................................................................................................................... 137 3.7.1 Provozní vstupy.................................................................................................................................... 138 3.7.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................ 139 3.7.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................... 139 3.7.2.2 Tavení .................................................................................................................................................. 140 3.7.2.3 Navazující činnosti ............................................................................................................................... 140 3.7.2.4 Fugitivní/difúzní emise ........................................................................................................................ 140 3.7.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 141 3.7.4 Jiné odpady .......................................................................................................................................... 141 3.7.5 Energie ................................................................................................................................................. 142 3.8 Minerální vlna ............................................................................................................................................ 142 3.8.1 Provozní vstupy.................................................................................................................................... 142 3.8.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................. 144 3.8.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................... 144 3.8.2.2 Tavení .................................................................................................................................................. 145 3.8.2.3 Navazující procesy ............................................................................................................................... 152 3.8.2.4 Fugitivní/difúzní emise ........................................................................................................................ 154 3.8.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 154 3.8.4 Jiné odpady .......................................................................................................................................... 155 3.8.5 Energie ................................................................................................................................................. 156 3.9 Vysokoteplotní izolační vata ...................................................................................................................... 157 3.9.1 Provozní vstupy.................................................................................................................................... 157 3.9.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................ 158 3.9.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................... 158 3.9.2.2 Tavení .................................................................................................................................................. 158 3.9.2.3 Navazující procesy ............................................................................................................................... 158 3.9.2.4 Fugitivní/difúzní emise ........................................................................................................................ 158 3.9.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 159 3.9.4 Jiné odpady .......................................................................................................................................... 159 3.9.5 Energie ................................................................................................................................................. 159 3.10 Frity ............................................................................................................................................................ 160 3.10.1 Provozní vstupy.................................................................................................................................... 160 3.10.2 Emise do ovzduší ................................................................................................................................. 161 3.10.2.1 Suroviny ............................................................................................................................................ 161 3.10.2.2 Tavení ............................................................................................................................................... 161 3.10.2.3 Navazující procesy ............................................................................................................................ 163 3.10.2.4 Fugitivní/difúzní emise ..................................................................................................................... 163 3.10.3 Emise do vody ...................................................................................................................................... 163 3.10.4 Jiné odpady .......................................................................................................................................... 163 3.10.5 Energie ................................................................................................................................................. 164 TECHNIKY UVAŽOVANÉ PRO STANOVENÍ BAT ............................................................................... 165 4.1 Úvod ........................................................................................................................................................... 165 4.2 Výběr techniky tavení................................................................................................................................. 169 4.2.1 Elektrické tavení................................................................................................................................... 171 4.2.2 Provoz a údržba pecí ............................................................................................................................ 177 4.3 Techniky pro skladování surovin a manipulaci s nimi................................................................................ 179 4.3.1 Techniky skladování surovin................................................................................................................ 179 4.3.2 Techniky manipulace se surovinami .................................................................................................... 180 4.4 Techniky řízení emisí z tavení do ovzduší.................................................................................................. 181 4.4.1 Pevné částice............................................................................................................................................ 181 4.4.1.1 Primární techniky ................................................................................................................................. 185 4.4.1.2 Elektrostatické odlučovače ................................................................................................................... 190 4.4.1.3 Tkaninové filtry.................................................................................................................................... 201 4.4.1.4 Mechanické sběrače ............................................................................................................................. 210
Sklářský průmysl
vii
5
viii
4.4.1.5 Vysokoteplotní filtrační média ............................................................................................................. 211 4.4.1.6 Pračky plynů ......................................................................................................................................... 212 4.4.2 Oxidy dusíku (NOX) ............................................................................................................................. 213 4.4.2.1 Úprava spalování .................................................................................................................................. 214 4.4.2.2 Složení kmene ...................................................................................................................................... 221 4.4.2.3 Speciální konstrukce pecí ..................................................................................................................... 222 4.4.2.4 Souhrn opatření FENIX ........................................................................................................................ 224 4.4.2.5 Kyslíko-palivové tavení ........................................................................................................................ 226 4.4.2.6 Chemická redukce s použitím paliva (CRF) ......................................................................................... 240 4.4.2.7 Selektivní katalytická redukce (SCR) ................................................................................................... 245 4.4.2.8 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) ............................................................................................ 254 4.4.3 Oxidy síry (SOX) .................................................................................................................................. 258 4.4.3.1 Výběr paliva ......................................................................................................................................... 258 4.4.3.2 Složení kmene ...................................................................................................................................... 260 4.4.3.3 Suché nebo polosuché čištění ............................................................................................................... 262 4.4.3.4 Pračky plynů ......................................................................................................................................... 273 4.4.4 Fluoridy (HF) a chloridy (HCl) ............................................................................................................ 276 4.4.4.1 Snížení u zdroje .................................................................................................................................... 276 4.4.4.2 Techniky čištění.................................................................................................................................... 278 4.4.5 Oxidy uhlíku ......................................................................................................................................... 279 4.5 Techniky řízení emisí do ovzduší z jiných činností než je tavení ............................................................... 279 4.5.1 Obalové sklo ......................................................................................................................................... 280 4.5.2 Ploché sklo ........................................................................................................................................... 281 4.5.3 Nekonečná skleněná vlákna .................................................................................................................. 282 4.5.4 Užitkové sklo ........................................................................................................................................ 282 4.5.5 Speciální sklo........................................................................................................................................ 283 4.5.6 Minerální vlna ...................................................................................................................................... 283 4.5.6.1 Tvarovací oblast ................................................................................................................................... 284 4.5.6.2 Vytvrzovací pec .................................................................................................................................... 295 4.5.6.3 Chlazení výrobků.................................................................................................................................. 300 4.5.6.4 Zpracování a balení výrobků ................................................................................................................ 300 4.5.6.5 Zápachy vznikající při výrobě minerální vlny ...................................................................................... 300 4.5.7 Vysokoteplotní izolační vata ................................................................................................................ 303 4.5.8 Frity ...................................................................................................................................................... 305 4.6 Techniky řízení emisí do vody .................................................................................................................... 305 4.7 Techniky k minimalizaci jiných odpadů ..................................................................................................... 308 4.8 Energie ........................................................................................................................................................ 310 4.8.1 Techniky tavení a konstrukce pece ....................................................................................................... 311 4.8.2 Řízení spalování a výběr paliva ............................................................................................................ 313 4.8.3 Používání střepů ................................................................................................................................... 314 4.8.4 Spalinové kotle ..................................................................................................................................... 316 4.8.5 Předehřívání kmene a střepů ................................................................................................................. 318 4.9 Systémy environmentálního řízení.............................................................................................................. 322 ZÁVĚRY O BAT PRO VÝROBU SKLA ..................................................................................................... 326 ROZSAH PŮSOBNOSTI ...................................................................................................................................... 326 DEFINICE ............................................................................................................................................................. 326 Obecné úvahy .......................................................................................................................................................... 327 Doby pro zprůměrování a referenční podmínky pro emise do ovzduší ............................................................. 327 Přepočet na referenční obsah kyslíku ................................................................................................................ 328 Přepočet z koncentrace na měrné hmotnostní emise ......................................................................................... 328 Definice některých látek znečišťujících ovzduší ............................................................................................... 329 Doby pro zprůměrování u vypouštění odpadních vod ....................................................................................... 329 5.1 Obecné závěry o BAT pro výrobu skla ....................................................................................................... 330 5.1.1 Systémy environmentálního řízení ....................................................................................................... 330 5.1.2 Energetická účinnost............................................................................................................................. 331 5.1.3 Skladování materiálu a manipulace s ním............................................................................................. 331 5.1.4 Obecné primární techniky..................................................................................................................... 333 5.1.5 Emise do vod ze sklářských výrobních procesů ................................................................................... 335 5.1.6 Odpad ze sklářských výrobních procesů............................................................................................... 337 5.1.7 Hluk ze sklářských výrobních procesů ................................................................................................. 337 5.2 Závěry o BAT pro výrobu obalového skla .................................................................................................. 338 5.2.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 338 Sklářský průmysl
5.2.2 Emise oxidů dusíku (NOX ) z tavicích pecí .......................................................................................... 338 5.2.3 Emise oxidů síry (SOX ) z tavicích pecí ............................................................................................... 341 5.2.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 341 5.2.5 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 342 5.2.6 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 343 5.3 Závěry o BAT pro výrobu plochého skla ................................................................................................... 345 5.3.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 345 5.3.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí ........................................................................................... 345 5.3.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí ................................................................................................ 347 5.3.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 348 5.3.5 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 348 5.3.6 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 350 5.4 Závěry o BAT pro výrobu nekonečných skleněných vláken ..................................................................... 351 5.4.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 351 5.4.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí ........................................................................................... 352 5.4.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí ................................................................................................ 353 5.4.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 354 5.4.5 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 354 5.4.6 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 355 5.5 Závěry o BAT pro výrobu užitkového skla ................................................................................................ 356 5.5.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 356 5.5.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí ........................................................................................... 357 5.5.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí ................................................................................................ 358 5.5.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 359 5.5.5 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 360 5.5.6 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 362 5.6 Závěry o BAT pro výrobu speciálního skla ................................................................................................ 363 5.6.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 363 5.6.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí ........................................................................................... 364 5.6.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí ................................................................................................ 366 5.6.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 366 5.6.5 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 367 5.6.6 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 367 5.7 Závěry o BAT pro výrobu minerální vlny .................................................................................................. 369 5.7.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 369 5.7.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí ........................................................................................... 369 5.7.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí ................................................................................................ 371 5.7.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 372 5.7.5 Emise sirovodíku (H2S) z tavicích pecí na výrobu kamenné vaty ........................................................ 372 5.7.6 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 373 5.7.7 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 373 5.8 Závěry o BAT pro výrobu vysokoteplotní izolační vaty ............................................................................ 375 5.8.1 Emise prachu z tavení a navazujících procesů ..................................................................................... 375 5.8.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavení a navazujících procesů................................................................. 376 5.8.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavení a navazujících procesů ...................................................................... 376 5.8.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 377 5.8.5 Emise kovů z tavicích pecí a navazujících procesů .............................................................................. 377 5.8.6 Emise těkavých organických sloučenin z navazujících procesů ........................................................... 378 5.9 Závěry o BAT pro výrobu frit .................................................................................................................... 379 5.9.1 Emise prachu z tavicích pecí ................................................................................................................ 379 5.9.2 Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí ........................................................................................... 379 5.9.3 Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí ................................................................................................ 380 5.9.4 Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí........................................................... 381 5.9.5 Emise kovů z tavicích pecí ................................................................................................................... 381 5.9.6 Emise z navazujících procesů............................................................................................................... 382 Slovník pojmů: ................................................................................................................................................. 383 5.10 Popis technik .............................................................................................................................................. 383 5.10.1 Emise prachu ........................................................................................................................................ 383 5.10.2 Emise NOX ........................................................................................................................................... 383 5.10.3 Emise SOX............................................................................................................................................ 385 5.10.4 Emise HCl a HF ................................................................................................................................... 385 5.10.5 Emise kovů........................................................................................................................................... 385 Sklářský průmysl
ix
6 6.1 6.2
6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 8 8.1
8.2 8.3
8.4
5.10.6 Kombinované plynné emise (např. SOX , HCl, HF, sloučeniny bóru) .................................................. 386 5.10.7 Kombinované emise (pevné + plynné) ................................................................................................. 386 5.10.8 Emise z řezání, broušení a leštění ......................................................................................................... 387 5.10.9 Emise H2S a těkavých organických sloučenin ..................................................................................... 387 5.10.10 Emise prachu ........................................................................................................................................ 387 5.10.11 Emise NOX ........................................................................................................................................... 388 5.10.12 Emise SOX ............................................................................................................................................ 389 5.10.13 Emise HCl a HF.................................................................................................................................... 389 5.10.14 Emise kovů ........................................................................................................................................... 389 5.10.15 Kombinované plynné emise (např. SOX , HCl, HF, sloučeniny bóru) .................................................. 390 5.10.16 Kombinované emise (pevné + plynné) ................................................................................................. 390 5.10.17 Emise z řezání, broušení a leštění ......................................................................................................... 391 5.10.18 Emise H2S a těkavých organických sloučenin ..................................................................................... 391 NOVĚ VZNIKAJÍCÍ TECHNIKY ................................................................................................................ 393 Systém Glas Flox® pro vysokoteplotní spalování ...................................................................................... 393 Zdokonalené předehřívače střepů a kmene ................................................................................................. 394 6.2.1 Projekt PRECIOUS .............................................................................................................................. 394 6.2.2 Projekt PRAXAIR-BCP ....................................................................................................................... 394 Nová složení výrobků ................................................................................................................................. 396 Injektáž odpadů do procesu výroby kamenné vaty ..................................................................................... 397 Technologie tavení s ponořeným spalováním ............................................................................................. 398 Čištění kouřových plynů s použitím suchého hydrogenuhličitanu sodného a chemické zhodnocení zbytků z čištění ........................................................................................................................................... 400 Používání keramických filtrů a keramických katalytických filtrů k odstraňování vícečetných znečišťujících látek z odpadních plynů z výrobního procesu .................................................. 401 Elektrostatický odlučovač NASU k odlučování nanočástic ........................................................................ 403 Mlžná komora ............................................................................................................................................. 405 ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKY A DOPORUČENÍ PRO DALŠÍ PRÁCI ..................................................... 407 PŘÍLOHY ........................................................................................................................................................ 413 Příloha I: Metody odhadování nákladů na kontrolu znečištění ovzduší a mezisložkových vlivů .............. 413 8.1.1 Náklady zahrnuté do ekonomického hodnocení ................................................................................... 413 8.1.2 Porovnání cen rozdílných technologií .................................................................................................. 415 8.1.3 Údaje o nákladech na kontrolu znečištění ovzduší ............................................................................... 416 8.1.4 Rozdělení nákladů na kontrolu znečištění ovzduší v kombinovaných systémech mezi více typů znečišťujících látek .............................................................................................................................. 416 8.1.5 Mezisložkové vlivy............................................................................................................................... 417 8.1.6 Příklad výpočtu nákladů ....................................................................................................................... 418 8.1.7 Údaje o nákladech na systémy na snižování znečištění ovzduší používané na sklářských pecích ........ 420 Příloha II: Příklady bilancí síry u průmyslových sklářských pecí ............................................................... 435 Příloha III: Monitorování emisí .................................................................................................................. 439 8.3.1 Hlavní znečišťující látky....................................................................................................................... 439 8.3.2 Monitorování emisí............................................................................................................................... 440 Příloha IV: Výpočet přepočítacích koeficientů pro stanovení měrných hmotnostních emisí z koncentrací .....447
SLOVNÍK POJMŮ ..................................................................................................................................................... 449 ODKAZY ..................................................................................................................................................................... 455
x
Sklářský průmysl
OBSAH Tabulka 1.1: Tabulka 1.2: Tabulka 1.3: Tabulka 1.4: Tabulka 1.5: Tabulka 1.6: Tabulka 1.7: Tabulka 1.8: Tabulka 1.9: Tabulka 1.10: Tabulka 1.11: Tabulka 1.12: Tabulka 1.13: Tabulka 1.14: Tabulka 1.15: Tabulka 1.16: Tabulka 1.17: Tabulka 1.18: Tabulka 1.19: Tabulka 1.20: Tabulka 2.1: Tabulka 2.2: Tabulka 2.3: Tabulka 2.4: Tabulka 2.5: Tabulka 2.6: Tabulka 2.7: Tabulka 2.8: Tabulka 2.9: Tabulka 2.10: Tabulka 3.1: Tabulka 3.2: Tabulka 3.3: Tabulka 3.4: Tabulka 3.5: Tabulka 3.6: Tabulka 3.7: Tabulka 3.8: Tabulka 3.9: Tabulka 3.10: Tabulka 3.11: Tabulka 3.12: Tabulka 3.13: Tabulka 3.14: Tabulka 3.15: Tabulka 3.16: Tabulka 3.17: Tabulka 3.18: Tabulka 3.19: Tabulka 3.20:
Přibližné rozdělení výroby skla v letech 1996 (EU-15) a 2005 (EU-25) podle odvětví .......................... 4 Rozdělení zařízení na obalové sklo a produkce v členských státech EU ................................................ 10 Počet zařízení na výrobu obalového skla ve specifikovaných rozsazích výroby .................................... 10 Majitelé a umístění plavicích van v EU-27 v roce 2007 ......................................................................... 14 Společné podniky provozující plavicí vany v EU-27 v roce 2007 ......................................................... 14 Počet plavicích van v členských státech EU-27 v roce 2007.................................................................. 14 Procentní podíl kapacity plavicích van v jednotlivých rozsazích ........................................................... 15 Odhadovaný vývoj využití kapacit a přebytky plovoucího skla v EU-27............................................... 16 Počet zařízení a pecí na výrobu nekonečného skleněného vlákna v členských státech .......................... 19 Počet pecí na výrobu nekonečného skleněného vlákna ve specifikovaných výrobních rozsazích .......... 19 Počet a rozmístění zařízení na výrobu užitkového skla vyhovujících kritériu IPPC v členských státech v roce 2006 ................................................................................................................................ 22 Počet zařízení na výrobu užitkového skla ve specifikovaných rozsazích výroby v roce 2006 (odhadem) ..... 22 Rozdělení odvětví speciálního skla za rok 2005..................................................................................... 26 Geografické rozdělení hlavní výroby speciálního skla v EU .................................................................. 27 Investiční náklady na zařízení na výrobu speciálního skla ..................................................................... 28 Počet zařízení na výrobu minerální vlny v členských státech EU-27 ..................................................... 30 Počet zařízení na výrobu minerální vlny ve specifikovaných rozsazích výroby..................................... 30 Rozdělení zařízení na výrobu vysokoteplotní izolační vaty v členských státech EU ............................. 33 Rozdělení zařízení na výrobu frit s celkovou kapacitou >20 t/den (odhad pro rok 2008) ...................... 36 Počet zařízení na výrobu frit umístěných ve Španělsku ve specifikovaných výrobních rozsazích (odhad).... .36 Důležité suroviny na výrobu skla ........................................................................................................... 40 Prvky používané k ovlivnění barvy křemičitého skla ............................................................................. 41 Odhad typů pecí v EU v roce 2005 (pouze zařízení s výrobou více než 20 t/den) ................................. 46 Typické složení obalového skla.............................................................................................................. 53 Typické složení sodnovápenatokřemičitých plochých skel .................................................................... 57 Typické složení E-skla pro výrobky ze skleněných vláken pro všeobecné použití ................................ 60 Typické složení E-skla pro výrobky ze sklovláknité příze pro použití v tištěných spojích .................... 60 Chemické složení hlavních výrobků v odvětví speciálního skla ............................................................ 67 Typická složení minerální vlny .............................................................................................................. 68 Typické chemické složení ASW/RCF a AES vaty, v hmotnostních procentech... ................................. 74 Nejběžnější suroviny používané ve sklářství .......................................................................................... 83 Referenční podmínky pro údaje o emisích ............................................................................................. 86 Shrnutí emisí do ovzduší vznikajících při tavení .................................................................................... 87 Klasifikace kovů a jejich sloučenin ........................................................................................................ 87 Potenciální nekontrolované emise těžkých kovů ze sklářských procesů ................................................ 88 Teoretické energetické požadavky pro tavení nejčastěji se vyskytujících skel podle složení kmene bez recyklace střepů ............................................................................................................................... 92 Příklady rozdělení vynaložené energie při výrobě nejběžnějších průmyslových skel ............................ 93 Příklady měrné energetické spotřeby pro řadu sklářských pecí .............................................................. 95 Přehled hlavních vstupů a výstupů výroby obalového skla .................................................................... 97 Suroviny používané v odvětví obalového skla ....................................................................................... 98 Statistické údaje o velikostech a typech pecí ze šetření provedeného FEVE (hodnoty z r. 2005) ........ 100 Statistické údaje o celkových podílech střepů v pecích na obalové sklo v EU uváděné ve statistickém šetření FEVE pro různé barvy skla (hodnoty v r. 2005) .............................................. 101 Měrná spotřeba tavící energie v různých typech a velikostech pecí podle šetření provedeného FEVE (údaje za rok 2005) .................................................................................................................... 102 Prachové emise z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) ........................................................................................... 104 Emise SOX z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření prováděného FEVE (referenční rok 2005) ........................................................................................... 106 Emise NOX z pecí na obalové sklo u rozdílných typů paliva a pecí, podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) ................................................................................................................. 107 Emise HCl a HF z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) ................................................................................ 108 Emise kovů z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) ........................................................................................... 110 Typické úrovně nekontrolovaných emisí z povrchových úprav obalového skla s použitím chloridu cíničitého 111 Typické úrovně nekontrolovaných emisí z povrchové úpravy obalového skla s použitím SO3 ............111
Sklářský průmysl
xi
Tabulka 3.21: Celková přímá spotřeba energie (zařízení) na tunu výrobku netto podle šetření provedeného FEVE pro výrobu lahví/sklenic a flakónů............................................................................................. 114 Tabulka 3.22: Suroviny používané v odvětví plochého skla........................................................................................ 116 Tabulka 3.23: Přehled systémů na snižování znečištění ovzduší (APC) nainstalovaných v odvětví výroby obalového skla v Evropě ....................................................................................................................... 118 Tabulka 3.24: Úrovně emisí z pecí na výrobu plochého skla se systémy na snižování emisí a bez nich ..................... 118 Tabulka 3.25: Přehled vstupů a výstupů v odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna ...................................... 122 Tabulka 3.26: Suroviny používané v odvětví nekonečného skleněného vlákna .......................................................... 123 Tabulka 3.27: Rozložení sloučenin bóru při rozdílných teplotách a fázích čištění kouřových plynů .......................... 124 Tabulka 3.28: Úrovně emisí z pecí na výrobu nekonečného skleněného vlákna ......................................................... 125 Tabulka 3.29: Přehled vstupů a výstupů v odvětví užitkového skla ............................................................................ 131 Tabulka 3.30: Suroviny používané v odvětví užitkového skla .................................................................................... 132 Tabulka 3.31: Přehled emisí do ovzduší pocházejících z pecí na výrobu užitkového skla .......................................... 134 Tabulka 3.32: Typické koncentrace naměřené ve vodě u výpusti po vyčištění ........................................................... 136 Tabulka 3.33: Suroviny používané v odvětví speciálního skla .................................................................................... 138 Tabulka 3.34: Přehled vstupů a výstupů u výrobních procesů např. u sklokeramiky, trubic z boritokřemičitého skla a žárovek ze sodnovápenatého skla ............................................................... 139 Tabulka 3.35: Materiály používané v odvětví minerální vlny ..................................................................................... 143 Tabulka 3.36: Objemy odpadních plynů u hlavních částí výrobního procesu v odvětví minerální vlny ..................... 144 Tabulka 3.37: Úplný rozsah emisí z tavných pecí na výrobu minerální vlny v EU-27 v roce 2005 ............................ 146 Tabulka 3.38: Prachové emise z tavících pecí na výrobu skleněné vaty (2005) .......................................................... 147 Tabulka 3.39: Emise SOX z tavících pecí na výrobu skleněné vaty (2005) ................................................................. 148 Tabulka 3.40: Emise NOX z tavících pecí na výrobu skleněné vaty (2005)................................................................. 148 Tabulka 3.41: Emise HCl, HF a CO z tavících pecí na výrobu skleněné vaty (2005) ................................................. 149 Tabulka 3.42: Emise prachu, SOX, NOX, HCl a HF z tavících pecí na výrobu kamenné vaty (2005) ......................... 150 Tabulka 3.43: Emise H2S, CO, CO2 a kovů z tavících pecí na výrobu kamenné vaty (2005) ..................................... 151 Tabulka 3.44: Úplný rozsah emisí z navazujících činností v odvětví výroby skleněné vaty v roce 2005 .................... 153 Tabulka 3.45: Úplný rozsah emisí z navazujících činností v odvětví výroby kamenné vaty v roce 2005 ................... 153 Tabulka 3.46: Vznik a likvidace pevného odpadu v odvětví minerální vlny ............................................................... 156 Tabulka 3.47: Využití energie při výrobě minerální vlny ............................................................................................ 156 Tabulka 3.48: Suroviny používané v odvětví vysokoteplotní izolační vaty................................................................. 157 Tabulka 3.49: Hlavní suroviny používané k výrobě frit .............................................................................................. 160 Tabulka 3.50: Typické úrovně emisí z tavících pecí v odvětví výroby frit .................................................................. 161 Tabulka 3.51: Příklady úrovní emisí NOX ze zařízení na výrobu frit provozovaných s různými typy otopů a složení kmene .................................................................................................................................... 162 Tabulka 4.1: Informace o každé technice popsané v této kapitole ............................................................................. 166 Tabulka 4.2: Hlavní výhody a nevýhody elektrického tavení .................................................................................... 173 Tabulka 4.3: Vzorové zařízení na používání elektrického tavení v odvětví užitkového skla (křišťálové sklo a olovnatý křišťál) ...................................................................................................... 174 Tabulka 4.4: Příklad zařízení používajícího elektrické tavení v odvětví speciálního skla ......................................... 176 Tabulka 4.5: Hlavní výhody a nevýhody primárních technik snižování emisí .......................................................... 189 Tabulka 4.6: Hlavní výhody a nevýhody elektrostatických odlučovačů .................................................................... 194 Tabulka 4.7: Úrovně prachových emisí souvisejících s používáním ESP u vzorových zařízení ............................... 196 Tabulka 4.8: Souhrnné příklady aktuálních nákladů na elektrostatické odlučovače používané při výrobě plochého, obalového a speciálního skla a minerální vlny ..................................................................... 200 Tabulka 4.9: Hlavní výhody a nevýhody tkaninových filtrů...................................................................................... 205 Tabulka 4.10: Příklady aktuálních nákladů na tkaninové filtry použité ve dvou zařízeních na výrobu speciálního skla ...... 209 Tabulka 4.11: Hlavní výhody a nevýhody cyklonů ..................................................................................................... 211 Tabulka 4.12: Hlavní výhody a nevýhody vysokoteplotních filtrů .............................................................................. 212 Tabulka 4.13: Hlavní výhody a nevýhody praček plynů ............................................................................................. 213 Tabulka 4.14: Hlavní výhody a nevýhody úpravy spalování ....................................................................................... 218 Tabulka 4.15: Příklady úrovní emisí NOX spojených s používáním úprav spalování .................................................. 219 Tabulka 4.16: Hlavní výhody a nevýhody kyslíko-palivového tavení ......................................................................... 233 Tabulka 4.17: Úrovně emisí NOX spojené s používáním kyslíko-palivového otápění ve vzorových zařízeních ......... 234 Tabulka 4.18: Příklady aktuálních a odhadovaných nákladů na kyslíko-palivové otápění používané v odvětvích obalového a speciálního skla ............................................................................................. 239 Tabulka 4.19: Hlavní výhody a nevýhody techniky 3R ............................................................................................... 243 Tabulka 4.20: Úrovně emisí NOX spojené s používáním techniky SCR na vzorových zařízeních .............................. 248 Tabulka 4.21: Výsledky diskontinuálních měření emisí NOX z pece na výrobu plovoucího skla vybavené SCR ....... 249 Tabulka 4.22: Hlavní výhody a nevýhody techniky SCR ............................................................................................ 250 Tabulka 4.23: Údaje o nákladech spojených s používáním techniky SCR u vzorových zařízení vyrábějících obalové, ploché, a speciální sklo .......................................................................................................... 253 xii
Sklářský průmysl
Tabulka 4.24: Tabulka 4.25: Tabulka 4.26: Tabulka 4.27: Tabulka 4.28: Tabulka 4.29: Tabulka 4.30: Tabulka 4.31: Tabulka 4.32: Tabulka 4.33: Tabulka 4.34: Tabulka 4.35: Tabulka 4.36: Tabulka 4.37: Tabulka 4.38: Tabulka 4.39: Tabulka 4.40: Tabulka 4.41: Tabulka 4.42: Tabulka 4.43: Tabulka 4.44: Tabulka 4.45: Tabulka 5.1: Tabulka 5.2: Tabulka 5.3 Tabulka 5.4: Tabulka 5.5: Tabulka 5.6: Tabulka 5.7: Tabulka 5.8:
Tabulka 5.9: Tabulka 5.10: Tabulka 5.11: Tabulka 5.12: Tabulka 5.13: Tabulka 5.14: Tabulka 5.15: Tabulka 5.16: Tabulka 5.17:
Zařízení používající techniku SCR a provozní parametry .................................................................... 254 Hlavní výhody a nevýhody techniky SNCR ......................................................................................... 256 Orientační rozsahy emisí SOX z pecí na výrobu sodnovápenatého skla otápěných různými palivy .... 259 Informativní úrovně účinnosti absorpce za sucha pro Ca(OH)2 ........................................................... 266 Informativní míry snížení emisí SO= u suchého čištění s Ca(OH)2 ..................................................... 266 Informativní míry snížení emisí SOX u suchého čištění s Na2CO3 ....................................................... 266 Skutečné účinnosti odstraňování kyselých plynů u suchého čištění s rozdílnými typy absorpčních činidel a provozními podmínkami ............................................................................ 267 Informativní míry snížení emisí SOX u polosuchého čištění s roztokem Na2CO3 ................................ 267 Míry snížení emisí SOX u polosuchého čištění s Ca(OH)2 ................................................................... 267 Hlavní výhody a nevýhody technik suchého a polosuchého čištění ..................................................... 270 Úrovně emisí spojené s používáním suchého čištění v kombinaci s filtračním systémem ve vzorových zařízeních ....................................................................................................................... 270 Úrovně emisí spojené s používáním pračky plynů na elektrické peci vyrábějící speciální sklo ........... 276 Pevné a plynné emise z tvarovací oblasti zařízení na výrobu skleněné vaty, které používá mokrý ESP .. 291 Hlavní výhody a nevýhody mokrých elektrostatických odlučovačů .................................................... 292 Hlavní výhody a nevýhody filtrů z kamenné vaty ................................................................................ 293 Hlavní výhody a nevýhody spalování odpadních plynů ....................................................................... 298 Obecně dosažitelné úrovně emisí do ovzduší z netavících činností v odvětví minerální vlny používajících rozdílné techniky ............................................................................................................ 302 Investiční a provozní náklady technik na snižování emisí u netavících činností v odvětví minerální vlny ...................................................................................................................................... 303 Přehled možných technik na čištění odpadních vod ve sklářském průmyslu ....................................... 307 Typická měrná spotřeba energie dosažená použitím dostupných technik/opatření k minimalizaci spotřeby energie ................................................................................................................................... 310 Příklady spalinových kotlů používaných v rozdílných odvětvích sklářského průmyslu....................... 317 Příklady zařízení používajícího přímé předehřívání kmene a střepů na peci na obalové sklo .............. 321 Referenční podmínky pro úrovně emisí do ovzduší spojené s nejlepšími dostupnými technikami ...... 327 Přehled koeficientů pro přepočet mg/Nm3 na kg/t utavené skloviny podle energeticky účinných vzducho-palivových pecí...................................................................................................................... 329 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise oxidu uhelnatého z tavících pecí....................................................................................................................................... 334 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise amoniaku při použití technik selektivní katalytické nebo nekatalytické redukce ................................................................... 334 Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro vypouštění odpadních vod z výroby skla do povrchových vod. ..................................................................................................... 336 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví obalového skla ...................................................................................................................... 338 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví obalového skla. ..................................................................................................................... 340 Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicí pece v odvětví obalového skla, pokud se do kmene přidávají dusičnany a/nebo pokud se používají zvláštní podmínky oxidačního spalování u pecí s krátkými kampaněmi nebo s kapacitou < 100 t denně ......... 340 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavících pecí v odvětví obalového skla ...................................................................................................................... 341 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví obalového skla ...................................................................................................................... 342 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví obalového skla ..................................................................................................................................... 342 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z povrchových úprav za horka v odvětví obalového skla, pokud se kouřové plyny z navazujících procesů upravují odděleně . 343 Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z navazujících procesů využívajících SO3 k povrchovým úpravám v odvětví obalového skla, pokud se emise upravují samostatně ........................ 344 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví plochého skla ........................................................................................................................ 345 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví plochého skla ........................................................................................................................ 346 Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví plochého skla, pokud se k výrobě speciálního skla v omezeném počtu krátkých kampaní používají dusičnany ......... 347 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví plochého skla ........................................................................................................................ 348
Sklářský průmysl
xiii
Tabulka 5.18: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví plochého skla ................................................................................................................ 348 Tabulka 5.19: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicí pece v odvětví plochého skla, s výjimkou skla barveného selenem .............................................................. 349 Tabulka 5.20: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise selenu z tavicí pece při výrobě barevného skla v odvětví plochého skla .............................................................................. 349 Tabulka 5.21: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících procesů v odvětví plochého skla, pokud se emise upravují odděleně ................................................... 350 Tabulka 5.22: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken ........................................................................................... 351 Tabulka 5.23: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken ........................................................................................... 352 Tabulka 5.24: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken ........................................................................................... 353 Tabulka 5.25: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví nekonečných skleněných vláken ........................................................................................... 354 Tabulka 5.26: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken ........................................................................................... 355 Tabulka 5.26: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících 'procesů v odvětví nekonečných skleněných vláken, pokud se emise upravují odděleně ..................... 355 Tabulka 5.28: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví užitkového skla ..................................................................................................................... 356 Tabulka 5.29: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví užitkového skla ..................................................................................................................................... 357 Tabulka 5.30: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicí pece v odvětví užitkového skla v případech, kdy se při výrobě speciálních druhů sodnovápenatého skla (čiré/ultra čiré sklo nebo barevné sklo s použitím selenu) a jiného speciálního skla (např. borokřemičitého, sklokeramiky, opálového, křišťálového nebo olovnatého křišťálového) v omezeném počtu krátkých kampaní nebo v pecích o kapacitě < 100 t denně do kmene přidávají dusičnany ................................. 358 Tabulka 5.31: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví užitkového skla ..................................................................................................................... 359 Tabulka 5.32: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví užitkového skla ..................................................................................................................... 360 Tabulka 5.33: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicí pece v odvětví užitkového skla, s výjimkou skla odbarvovaného selenem ................................................... 360 Tabulka 5.34: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise selenu z tavicí pece v odvětví užitkového skla v případě, že se při odbarvování skla používají sloučeniny selenu ............................. 361 Tabulka 5.35: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise olova z tavicí pece v odvětví užitkového skla v případě, že se při výrobě olovnatého křišťálového skla používají sloučeniny olova .... 361 Tabulka 5.36: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z prašných navazujících procesů v odvětví užitkového skla, pokud se emise upravují odděleně ........................... 362 Tabulka 5.37: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HF z leštění kyselinou v odvětví užitkového skla, pokud se emise upravují odděleně ............................................................. 362 Tabulka 5.38: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví speciálního skla ..................................................................................................................... 363 Tabulka 5.39: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví speciálního skla ..................................................................................................................... 365 Tabulka 5.40: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví speciálního skla, pokud se do kmene přidávají dusičnany .................................................... 365 Tabulka 5.41: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví speciálního skla ..................................................................................................................... 366 Tabulka 5.42: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví speciálního skla .................................................................................................................... 367 Tabulka 5.43: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví speciálního skla ..................................................................................................................... 367 Tabulka 5.44: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu a kovů Tabulka 5.44: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu a kovů z navazujících procesů v odvětví speciálního skla, pokud se emise upravují odděleně ................................................ 368 Tabulka 5.45: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HF z leštění kyselinou v odvětví speciálního skla, pokud se emise upravují odděleně ............................................................................ 368 Tabulka 5.46: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví minerální vlny ........................................................................................................................................ 369 xiv
Sklářský průmysl
Tabulka 5.47: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví minerální vlny ...................................................................................................................................... 370 Tabulka 5.48: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí při výrobě skleněné vaty, pokud se do kmene přidávají dusičnany ....................................................................... 370 Tabulka 5.49: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví minerální vlny ...................................................................................................................................... 371 Tabulka 5.50: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví minerální vlny ........................................................................................................................ 372 Tabulka 5.51: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise H2S z tavicí pece při výrobě kamenné vlny ...................................................................................................................................... 372 Tabulka 5.52: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví minerální vlny ...................................................................................................................................... 373 Tabulka 5.53: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících procesů v odvětví minerální vlny, pokud se emise upravují odděleně.................................................. 374 Tabulka 5.54: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví vysokoteplotní izolační vaty ................................................................................................................. 375 Tabulka 5.55: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro prašné navazující procesy v odvětví vysokoteplotní izolační vaty, pokud se emise upravují odděleně ......................................................... 376 Tabulka 5.56: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z pecí na vypalování maziva v odvětví vysokoteplotní izolační vaty ................................................................................................. 376 Tabulka 5.57: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí a z navazujících procesů v odvětví vysokoteplotní izolační vaty ............................................................... 376 Tabulka 5.58: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví vysokoteplotní izolační vaty .................................................................................................... 377 Tabulka 5.59: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí a/nebo z navazujících procesů v odvětví vysokoteplotní izolační vaty ............................................................... 377 Tabulka 5.60: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise těkavých organických sloučenin z pecí na vypalování maziva v odvětví vysokoteplotní izolační vaty, pokud jsou emise upravovány odděleně ..... 378 Tabulka 5.61: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví frit 379 Tabulka 5.62: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví frit .... 380 Tabulka 5.63: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví frit..... 381 Tabulka 5.64: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví frit. 381 Tabulka 5.65: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví frit......... 382 Tabulka 5.66: Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících procesů v odvětví frit, pokud se emise upravují odděleně .................................................................... 382 Tabulka 6.1: Přehled environmentálních profilů zařízení s katalytickými keramickými filtry .................................. 402 Tabulka 7.1: Rozdílné pohledy ................................................................................................................................. 409 Tabulka 8.1: Nepřímé emise související se spotřebou chemických látek a elektrické energie .................................. 418 Tabulka 8.2: Příklad výpočtu nákladů (ESP a čištění plynů pomocí Ca(OH)2) pro plynem otápěnou pec na plavené sklo s kapacitou 700 t/den .................................................................................................................... 418 Tabulka 8.3: Odhadované náklady na systémy na snižování znečištění ovzduší tvořené elektrostatickými odlučovači kombinovanými se suchým čištěním kouřových plynů z tavicích pecí ................................................ 421 Tabulka 8.4: Odhadované náklady na systémy na snižování znečištění ovzduší tvořené tkaninovými filtry kombinovanými s čištěním kouřových plynů z tavicích pecí ............................................................... 423 Tabulka 8.5: Srovnání metod odstraňování SOX, HCl, HF a ostatních plynných znečišťujících látek z kouřových plynů ze sklářských pecí ...................................................................................................................... 425 Tabulka 8.6: Přehled měrných nákladů u různých technik na snižování znečištění ovzduší používaných na sklářských pecích ke snižování emisí prachu a SOX ............................................................................ 427 Tabulka 8.7: Příklady předpokládaných nákladů a přímých a nepřímých emisí souvisejících s používáním primárních opatření ke snížení emisí NOX ........................................................................................... 429 Tabulka 8.8: Příklady předpokládaných nákladů souvisejících s používáním sekundárních opatření ke snížení emisí NOX . 431 Tabulka 8.9: Dodatečné náklady spojené s používáním DeNOX technik (v eurech/t utavené skloviny) ................... 432 Tabulka 8.10: Odhad měrných nepřímých emisí na tunu utavené skloviny u rozdílných sklářských pecí a u rozdílných technik na snižování znečištění ovzduší (APC).................................................................................... 433 Tabulka 8.11: Suroviny v odvětví výroby minerální vlny a jejich typický obsah síry ............................................... 437 Tabulka 8.12: Typický obsah SO3 v běžných typech střepů ....................................................................................... 437 Tabulka 8.13: Hlavní znečišťující látky, o jejichž měření se ve sklářství uvažuje ...................................................... 439 Tabulka 8.14: Techniky pro kontinuální měření ......................................................................................................... 443 Tabulka 8.15: Limitní úrovně hmotnostních toků pro kontinuální monitorování emisí .............................................. 443 Tabulka 8.16: Techniky pro diskontinuální monitorování .......................................................................................... 444 Tabulka 8.17: Příklad úrovní mezí detekce pro měření emisí ze sklářských pecí ....................................................... 446 Tabulka 8.18: Příklady úrovní mezí detekce a rozšířených nejistot u měření emisí ve sklářství ................................. 446 Sklářský průmysl
xv
Seznam obrázků Obrázek 1.1: Obrázek 1.2: Obrázek 2.1: Obrázek 2.2: Obrázek 2.3: Obrázek 2.4: Obrázek 2.5: Obrázek 2.6: Obrázek 2.7: Obrázek 2.8: Obrázek 2.9: Obrázek 2.10: Obrázek 2.11: Obrázek 2.12: Obrázek 2.13: Obrázek 2.14: Obrázek 2.15: Obrázek 2.16: Obrázek 2.17: Obrázek 2.18:
Graf vývoje produkce podle odvětví (údaje od r. 2004 se vztahují k EU-25) ........................................... 4 Nejpoužívanější vysokoteplotní izolační vaty pro použití při teplotách mezi 600 °C a 1800 °C ............ 34 Příčně otápěná regenerativní pec ............................................................................................................ 47 Průřez regenerativní pecí ........................................................................................................................ 48 U-plamenná regenerativní pec ................................................................................................................ 48 Půdorys U-plamenné regenerativní pece ................................................................................................ 49 Dvakrát foukací způsob a lisofoukací způsob......................................................................................... 55 Plavení skla............................................................................................................................................. 58 Proces válcování skla.............................................................................................................................. 59 Tvarování skleněných výrobků lisováním .............................................................................................. 63 Tvarování skleněných výrobků odstředivým litím.................................................................................. 63 Typické zařízení na výrobu skleněné vaty .............................................................................................. 68 Typický vodní systém při výrobě skleněné vaty ..................................................................................... 70 Typické zařízení na výrobu kamenné vaty ............................................................................................. 71 Typická kupolová pec s předehřátým vzduchem .................................................................................... 72 Metoda paralelního vyfukování .............................................................................................................. 75 Metoda horizontálního vyfukování ......................................................................................................... 75 Rozvlákňování ........................................................................................................................................ 75 Schematické znázornění výroby frit ....................................................................................................... 77 Schematické znázornění typické tavící pece na výrobu frit s kyslíkem obohacovaným vzducho-palivovým otopem a regenerací tepla....................................................................................... 79 Obrázek 2.19: Schematické znázornění typické tavící pece na výrobu frit s kyslíko-palivovým otopem ...................... 79 Obrázek 3.1: Typický rozvod vody v zařízení na výrobu obalového skla .................................................................... 89 Obrázek 3.2: Křivky trendů u celkové tavící energie při výrobě flakónů podle šetření provedeném FEVE (data za rok 2005 – není zde zahrnuta primární energie pro elektrický příhřev nebo výrobu kyslíku)...103 Obrázek 3.3: Využití energie v typickém zařízení na výrobu lahví/sklenic (není příkladem výroby flakónů a obalů na kosmetiku) .............................................................................................................. 113 Obrázek 3.4: Měrné spotřeby energie v pecích na výrobu obalového skla vyjádřené v GJ/t utavené skloviny a standardizované na 50 % podíl střepů (2005) ....................................................................................... 115 Obrázek 3.5: Rozložení spotřeby energie v typickém procesu plavení skla ............................................................... 121 Obrázek 3.6: Příklad vodní bilance zařízení na výrobu nekonečného skleněného vlákna.......................................... 128 Obrázek 3.7: Přímá spotřeba energie v typické výrobě nekonečného skleněného vlákna .......................................... 129 Obrázek 3.8: Spotřeba energie při výrobě sodnovápenatokřemičitého stolního skla ................................................. 137 Obrázek 3.9: Předpokládané koncentrace SO2 v závislosti na procentuálním podílu recyklovaných cementových briket ve vsázce kmene v kupolové peci............................................................................................... 145 Obrázek 4.1: Elektrostatický odlučovač ..................................................................................................................... 191 Obrázek 4.2: Výsledky měření emisí prachu (měsíční bodové záměry) na olejem otápěné peci na výrobu plaveného skla vybavené ESP a suchým čištěním pomocí Ca(OH)2 ..................................................................... 195 Obrázek 4.3: Měrné náklady na tunu utavené skloviny u systému na snižování znečištění ovzduší se suchým čištěním a filtry s úplnou likvidací prachu z filtrů používaném u plavících van v závislosti na výkonu tavení .. 198 Obrázek 4.4: Schéma tkaninového filtru .................................................................................................................... 202 Obrázek 4.5: Odhadované náklady na suché čištění plynů v kombinaci s tkaninovými filtry na pecích na výrobu obalového skla, za předpokladu úplné likvidace prachu z filtrů a 25 % snížení SOX ........................... 208 Obrázek 4.6: Emise NOX z opatření FENIX .............................................................................................................. 225 Obrázek 4.7: Rozdíly v měrných nákladech na tavení po přestavbě konvenční pece na kyslíko-palivové otápění u rozdílných typů skla (obalové, plavené, nekonečné skleněné vlákno a stolní) ...................... 237 Obrázek 4.8: Změny koncentací emisí NOX ze zařízení na výrobu plaveného skla vybaveného SCR v čase . .......... 248 Obrázek 4.9: Neustálé zlepšování v modelu EMS ..................................................................................................... 323 Obrázek 6.1: Schematický diagram vylepšeného předehřívače kmene a střepů......................................................... 395 Obrázek 6.2: Schematický diagram tavicí pece s ponořeným spalováním ................................................................. 398 Obrázek 6.3: Schematické znázornění kmitající trysky ............................................................................................. 404 Obrázek 6.4: Schematický diagram mlžné komory.................................................................................................... 405 Obrázek 8.1: Bilance síry u pece na plavené sklo s úplnou recyklací prachu z filtrů ................................................. 436 Obrázek 8.2: Bilance síry u pece na obalové sklo s částečnou recyklací prachu z filtrů ............................................ 436 Obrázek 8.3: Schematické znázornění bilance síry u kyslíko-palivové pece na výrobu skleněné vaty s recyklací prachu z filtrů … ........................................................................................................................ ……..438
xvi
Sklářský průmysl
Rozsah působnosti
ROZSAH PŮSOBNOSTI Tento referenční dokument o nejlepších dostupných technikách při výrobě skla se zabývá následujícími činnostmi v rámci Přílohy I ke Směrnici 2010/75/EU:
• •
3.3: výroba skla, včetně skleněných vláken, o kapacitě tavení větší než 20 t za den 3.4: tavení nerostných materiálů, včetně výroby nerostných vláken, o kapacitě tavby větší než 20 t za den.
Pro odvětví dotčené tímto dokumentem mají dále význam tyto referenční dokumenty:
• • • •
BREF pro emise ze skladování (EFS) upravující skladování surovin a manipulaci s nimi; BREF pro energetickou účinnost (ENE) upravující obecné aspekty energetické účinnosti; BREF pro ekonomické a mezisložkové vlivy (ECM) upravující ekonomické mezisložkové vlivy BREF pro obecné principy monitorování (MON) upravující monitoring emisí a spotřeby.
Pod rámec tohoto BREF nespadají následující činnosti:
• • •
výroba vodního skla, kterou řeší referenční dokument BREF pro velkoobjemové anorganické chemikálie – pevné látky a jiné (LVIC-S) výroba polykrystalické vaty výroba zrcadel, kterou řeší referenční dokument BREF pro povrchovou úpravu za použití organických rozpouštědel (STS)
Rozsah tohoto BREF nezahrnuje záležitosti týkající se pouze bezpečnosti na pracovišti nebo bezpečnosti produktů, neboť tyto nejsou ve Směrnici upraveny. Tyto problémy jsou diskutovány pouze tehdy, mají-li vliv na záležitosti upravené touto Směrnicí.
Sklářský průmysl
xvii
Kapitola 1
1 OBECNÉ INFORMACE 1.1 Struktura odvětví Typy činností spadajících do rozsahu tohoto dokumentu se podstatně liší rozsahem, použitými technikami a ekologickými problémy. Při zařazování zařízení podle definice v Příloze I se bere v úvahu celková výkonnost každého tavicího zařízení. Pro účely tohoto dokumentu by se kritérium tavicího výkonu 20 tun za den mělo vztahovat ke hmotnosti utavené skloviny. Tento přístup nemá sloužit k vytvoření předběžného názoru o interpretaci definice podle Směrnice, spíše má zajistit, aby poskytnuté informace odpovídaly standardní terminologii používané ve sklářství. Pro účely tohoto dokumentu budou průmyslové činnosti spadající pod definice Odstavců 3.3 a 3.4 Příloze I Směrnice 2010/75/EU označovány jako sklářský průmysl, který je rozdělen do osmi odvětví. Tato odvětví se rozdělují podle vyráběných produktů, ale některá z nich se nevyhnutelně překrývají. Jedná se o odvětví:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Obalové sklo Ploché sklo Nekonečná skleněná vlákna Užitkové sklo Speciální (technické) sklo (kromě skla vodního) Minerální vlna (se dvěma odvětvími – skelná a kamenná vata) Vysokoteplotní izolační vata (kromě polykrystalické vaty) Frity.
Výrobní odvětví vysokoteplotní izolační vaty (HTIW) se významně liší od ostatních sektorů sklářského průmyslu. Obvyklá produkce zařízení je mezi 5 –1 0 tunami denně, a tedy pod hranicí požadovaného výkonu 20 tun/den stanovenou Směrnicí. Toto odvětví však plně podporuje cíle BREF a bylo tak zařazeno do dokumentu GLS BREF. Tento dokument neřeší výrobu polykrystalické vaty, která se získává z vodného zvlákňovacího roztoku metodou sol-gel a neprochází tak procesem vysokoteplotního tavení. Výrobu vodního skla nyní řeší referenční dokument BREF pro velkoobjemové anorganické chemikálie (pevné látky) (LVIC-S). [138, EC 2007] Základní výrobní činnosti, jichž se tento dokument týká, dále zahrnují přímo navazující procesy, které mohou ovlivňovat emise nebo znečištění. To znamená, že se dokument zabývá činnostmi od příjmu surovin přes výrobu některých meziproduktů až k odbytu hotových výrobků. Určité činnosti nejsou zmíněny, protože se nepovažují za přímo související s primární činností. Např. se nezmiňujeme o následném zušlechťování plochého skla na jiné výrobky (např. dvojskla nebo autoskla). Opět připomínáme, že tento postup nemá sloužit k předběžnému názoru o interpretaci Směrnice členskými státy. Dotčené činnosti zahrnují:
Sklářský průmysl
1
Kapitola 1
• • • • • • • • • • •
manipulaci se surovinami a jejich skladování mísení a dopravu tavení a čeření tvarování (např. plavicí lázeň, válcování, lisování, foukání, rozvlákňování, chlazení frity) úprava (např. chladicí pece, žíhání a tvrzení) povrchové úpravy včetně použití pojiv a lubrikantů povrchové zušlechtění (např. chemické leštění) vytvrzování a sušení mletí strojní opracování, řezání a balení skladování odpadů, manipulaci s nimi a jejich úpravu.
1.2 Úvod [19. CPIV 1998] [27, EURIMA 1998] [63, CPIV Annual report 2007] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [68, Domestic Glass Data update 2007] [69, EURIMA data collection 2007] Sklářský průmysl v Evropské unii (EU) je velice diverzifikovaný, jak pokud jde o výrobky, tak o používané výrobní techniky. Výrobky sahají od komplikovaných ručně vyráběných pohárů z olovnatého křišťálu až k obrovským objemům plaveného skla vyráběného pro stavební a automobilový průmysl. Výrobní techniky sahají od elektrických pícek v sektoru výroby vysokoteplotní izolační vaty (HTIW) k příčně otápěným regenerativním pecím na ploché sklo vyrábějícím až 1000 tun za den. Šíře pojatý sklářský průmysl zahrnuje také menší zařízení, jejichž výkon nedosahuje 20 tun za den. Pro některé statistické údaje uváděné v této kapitole nebylo možné vydělit výrobu z menších zařízení, ale není to považováno za významné, protože tvoří méně než 5 % celkové výroby průmyslu. Sklářství je v podstatě komoditní průmysl, i když k zajištění konkurenceschopnosti byla vyvinuta a využívá se řada způsobů zvýšení hodnoty velkoobjemových výrobků. Více než 80 % výstupů z průmyslu se prodává jiným průmyslovým odvětvím a sklářství jako celek silně závisí na stavebnictví a na výrobě potravin a nápojů. Neplatí to však pro všechny složky, některá z maloobjemových odvětví poskytují vysoce hodnotné technické nebo spotřební výrobky. Ke konci devadesátých let prošlo sklářství obdobím reorganizace. Společnosti fúzovaly, aby snížily náklady, dosáhly větší konkurenceschopnosti na globálních trzích a využily úspor z rozsahu, čím poklesl počet nezávislých provozovatelů. Skupiny, které v průmyslu dominují, se internacionalizují, spotřebitelé stále více vyžadují stejnorodou kvalitu, bez ohledu na to, ve které zemi se výrobek používá. Sklářský průmysl v EU byl v čele technologického rozvoje, a proto bylo pravděpodobné, že bude v budoucnu těžit ze svého průmyslového potenciálu. Vedle firmy Saint-Gobain zde v době vzniku tohoto dokumentu existuje pouze několik velkých společností, které podnikají ve více než dvou z osmi odvětví uvedených v předchozí kapitole. Např. společnost Owens Corning Corporation se specializuje na nekonečné skleněné vlákno i na skelnou vatu. Společnost PPG je zase velkým mezinárodním výrobcem plochého skla a skleněného vlákna, ale v Evropě již neprovozuje výrobu plochého skla a zaměřila se pouze na zařízení s výrobou nekonečného skleněného vlákna. Pilkington Group se specializuje hlavně na ploché sklo. Hlavním ekologickým problémem sklářského průmyslu jsou emise do ovzduší a spotřeba energie. Výroba skla je vysokoteplotní energeticky náročná činnost, z níž vznikají emise produktů spalování a oxidace atmosférického dusíku za vysoké teploty, např. oxid siřičitý, oxid uhličitý a oxidy dusíku.
2
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Emise ze sklářské vany rovněž obsahují prach, který vzniká hlavně těkáním a následnou kondenzací těkavých materiálů z kmene. Z údajů poskytnutých sklářským průmyslem se odhaduje, že v roce 2005 emise do ovzduší činily 6500 tun prachu; 105 000 tun NOX; 80 000 tun SO2; a 22 mil. tun CO2 (přímé emise). Tyto emise tvoří cca 0,8 % z celkového množství emisí v EU. [158, EEA – NEC report 2008]. Celková spotřeba energie ve sklářském průmyslu činila přibližně 311 PJ (86,5 mil. MWh). Z této celkově spotřebované energie bylo 15 % spotřebováno ve formě elektrické energie, 30 % činil topný olej a 55 % zemní plyn. Rozdílné strategie a energetická politika členských států mohou mít přímý dopad na množství a kvalitu emisí do ovzduší spojených s výrobním cyklem (např. emise NOX a SOX z topného oleje nebo zemního plynu). Emise do vodního prostředí jsou relativně malé a sklářství se nepotýká s většími problémy. Určité problémy se znečištěním vody v některých odvětvích jsou uvedeny v konkrétních kapitolách tohoto dokumentu. Také množství pevných emisí jsou obvykle velice nízká a byla vyvinuta řada aktivit směřujících ke snížení vzniku odpadů, k recyklaci vlastních odpadů a odpadů ze spotřebitelského sběru. Suroviny pro sklářský průmysl jsou obecně snadno dostupné, relativně neškodné přírodní nebo syntetické látky. Se zajištěním surovin nejsou žádné velké ekologické problémy a množství odpadů jsou obvykle velice nízká. Řada odvětví sklářského průmyslu provozuje velké kontinuální pece s životností 10–12 let a v některých případech až 20 a více let. Tyto pece představují velké investiční závazky a kontinuální provoz pece a pravidelné přestavby tvoří přirozený cyklus investic do procesu. Větší změny technologie tavení jsou hospodárnější, jestliže spadají do období přestavby pece. To může platit i pro komplexní sekundární opatření k odstranění škodlivin, které musí být správně dimenzováno a kde se musí provést určitá úprava plynu. Řadu vylepšení provozu pece, včetně instalace sekundárních technik, je však možné zavést během provozní kampaně. Pro menší pece s častějšími přestavbami a nižšími investičními náklady jsou výhody koordinace ekologických úprav a opravy pece méně významné, ale ekologické úpravy mohou být hospodárnější, jestliže se koordinují s dalšími investicemi. Celková produkce sklářského průmyslu v rámci zemí EU-15 v roce 1996 byla odhadnuta na 29 mil. tun (včetně vysokoteplotní izolační vaty a frit). V roce 2005 činila celková produkce všech sektorů v rámci EU-25 přibližně 37,7 mil. tun. Dokladem je Tabulka 1.1 rozdělená podle odvětví. V celkovém objemu výroby docházelo v letech 1997–2005 k trvalému nárůstu. Každé odvětví však vykazovalo jiný růst a/nebo výkyvy, což se bude dále v dokumentu diskutovat. V důsledku globální krize poté došlo od roku 2008 k významnému snížení objemu výroby ve většině odvětví.
Sklářský průmysl
3
Kapitola 1
Tabulka 1.1: Přibližné rozdělení výroby skla v letech 1996 (EU-15) a 2005 (EU-25) podle odvětví Sektor Obalové sklo Ploché sklo Nekonečná skleněná vlákna Užitkové sklo Speciální (technické) sklo (bez skla vodního) Minerální vlna Vysokoteplotní izolační vata Skleněné frity a smaltéřské frity Ostatní
Výroba v EU % z celkové výroby 1996 EU-15 2005 EU-25 60 53,0 22 24,8 1,8 2,47 3,6 3,86 5,8 2,04 6,8 9,54 NA 0,11 NA 3,31 NA 0,85
Mil. tun 2005 20,00 9,37 0,93 1,46 0,77 3,60 0,04 1,25 0,32
CELKEM NA = není k dispozici.
37,74
Zdroj: [62, CPIV Update for Glass BREF 2007]
Růst celkové produkce skla a produkce pěti největších odvětví v období 1995 až 2006 je shrnut na obr. 1.1. Údaje na obrázku datované od r. 1995 do r. 2003 se vztahují k EU-15, zatímco údaje datované po r. 2004 již znázorňují EU-25. Pouze u vyztužujících vláken se produkční údaje z roku 2002 vztahují k EU25. Na obrázku 1.1 nejsou uvedeny údaje týkající se výroby frit a vysokoteplotní izolační vaty.
Obrázek 1.1:
Graf vývoje produkce podle odvětví (údaje od r. 2004 se vztahují k EU-25)
V porovnání s rokem 1995 (index 100) dosáhla rychlost výroby v EU-15 v roce 2006 indexu 125,7 u plochého skla, 112,2 u obalového skla, 124,3 u užitkového skla a křišťálu a 163,1 u vyztužujících vláken. V roce 2002 rozšíření z EU-15 na EU-25 způsobilo mírný nárůst celkové produkce skla, který činil 2,6 %. V porovnání s rokem 2004 (index 100) dosáhla rychlost výroby v EU-25 v roce 2006 indexu 105,1 u plochého skla, 105,7 u obalového skla, 92,4 u užitkového skla a křišťálu a 114,9 u vyztužujících vláken [63, CPIV Annual report 2007].
4
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Celková výroba jednotlivých odvětví je velice rozdílná a pojítko mezi odvětvími je v současnosti slabé. Nicméně společným pojítkem všech činností diskutovaných v tomto dokumentu je tavení anorganických materiálů za účelem vytvoření roztaveného skla neboli skloviny, ze které se pak tvarují výrobky. Každé z odvětví sklářského průmyslu je v mnoha ohledech vlastně separátní průmysl, neboť vyrábí velice rozdílné výrobky pro rozdílné trhy a stojí před rozdílnými úkoly. Oddíly 1.3 až 1.10 této kapitoly poskytují krátký přehled o každém odvětví a snaží se poskytnout stručný přehled o některých důležitých faktorech ovlivňujících jednotlivá odvětví. Tam, kde je to možné, jsou informace poskytovány srovnatelným způsobem pro každé odvětví. Odlišné struktury, organizace a priority každého odvětví znamenají, že se informace někdy budou od sebe lišit podrobnostmi a povahou. S tím se musí počítat, protože relativní důležitost konkrétních parametrů bude v jednotlivých odvětvích odlišná.
1.2.1 Charakteristika skla [22, Schott 1996] Výraz „sklo“ nemá vhodnou jednoduchou definici. V nejširším smyslu je sklo společný pojem pro neomezenou řadu materiálů rozdílného složení ve skelném stavu. Výraz se používá ve vztahu ke stavu anorganické látky, která může být považována za pevnou, ale která má vlastnosti velice viskózní kapaliny, která nevykazuje ani krystalickou strukturu, ani zřetelný bod tavení, tj. přechlazené kapaliny. Ve sklářství se výraz obyčejně používá ve vztahu ke křemičitým sklům, což jsou látky obsahující vysoký podíl oxidu křemičitého (SiO2), které za normálních podmínek chladnutí přirozeně vytvářejí z roztavené hmoty sklo. Skla jsou strukturně podobná kapalinám, ale protože na působení vnější síly reagují za normální teploty elastickou deformací, musí být považována za pevné látky. Použití výrazu sklo se obecně omezuje na anorganické látky a nepoužívá se ve spojení s organickými materiály, jako jsou transparentní plasty. Skelnou strukturu mohou vytvářet různé chemické materiály, např. oxidy křemíku, boru, germania, fosforu a arsenu. Při rychlém ochlazení z roztaveného stavu utuhnou a vytvářejí sklo, aniž by krystalizovaly. Tyto sklotvorné oxidy vykazují stejné chování, i když se v určitých mezích smísí s jinými kovovými složkami. Přidáním těchto modifikátorů skelné sítě, z nichž nejčastější jsou oxidy alkalických kovů používané jako taviva (sodík, draslík, lithium atd.), oxidy kovů alkalických zemin (vápník, hořčík, barium, stroncium atd.), ostatní kovové modifikující složky (oxid hlinitý), se změní pevnost vazeb a strukturní seskupení, z čehož vyplývají změny fyzikálních a chemických vlastností skla. Skelný stav se neomezuje na oxidy a lze ho pozorovat i při prudkém ochlazení určitých sloučenin síry a selenu. Za extrémních podmínek lze sklo vyrobit z některých bezoxidových kovových slitin a mnoho organických kapalin se za nízkých teplot transformuje do skelného stavu (např. glycerín při -90 oC). V porovnání s krystaly stejného chemického složení jsou skla energeticky nestabilní. Obecně vzato, jestliže ochlazujeme roztavenou látku, začíná krystalizovat při poklesu teploty pod bod tání. Ve sklech se toto neděje, protože molekulární stavební jednotky (v křemičitém skle čtyřstěny SiO4) jsou prostorově vzájemně příčně propojeny. Aby se vytvořily krystaly, musí se nejprve tato spojení rozbít tak, aby mohl vzniknout zárodek krystalu. To může proběhnout jen za nižších teplot, ale při těchto teplotách viskozita taveniny brání restrukturalizaci molekul a růstu krystalů. Obecně klesá tendence ke krystalizaci (devitrifikaci) s rostoucí rychlostí chlazení (uvnitř kritického teplotního rozmezí pod bodem tání) a s počtem a typem různých složek v receptuře.
Sklářský průmysl
5
Kapitola 1
Mechanické vlastnosti skla jsou dosti specifické. Skutečná pevnost skla v tahu je několiksetkrát nižší než teoretická hodnota vypočtená z energie chemické vazby. Pevnost v tahu významně závisí na povrchových podmínkách skla a na přítomnosti vnitřních vad. Ošetřením, jako jsou povrchové úpravy, leštění plamenem a předpínání, lze významně zlepšit pevnost v tahu, ale ta stále zůstává daleko pod teoretickou hodnotou. Mnoho skleněných výrobků je také náchylných k prasknutí při náhlých změnách teploty. Příčinami jsou špatná tepelná vodivost, relativně vysoký koeficient tepelné roztažnosti u skel bohatých na alkálie a omezená pevnost v tahu. Z tohoto hlediska se skla dělí do dvou kategorií podle koeficientu tepelné roztažnosti. Skla s koeficientem tepelné roztažnosti pod 6 x 10-6 / K se nazývají „skla tvrdá“, skla s vyšším koeficientem tepelné roztažnosti se nazývají „skla měkká“.
1.2.2 Širší klasifikace typů skel [22, Schott 1996] [100, ICF BREF revision 2007] Sklo je látka proměnlivého složení, která je podle dohody pro zjednodušení vyjádřena pomocí relativních podílů oxidů prvků tvořících jeho základ (SiO2, Na2O, CaO, B2O3 atd.), i když jako takové ve skle neexistují. Nejrozšířenější je klasifikace typu skla podle jeho chemického složení, z čehož vyplývají čtyři hlavní skupiny: sodnovápenaté sklo, olovnatý křišťál a křišťálové sklo, boritokřemičité sklo a speciální skla. První tři kategorie tvoří přes 95 % veškerého vyrobeného skla. Tisíce receptur speciálních skel vyráběných z velké části v malých množstvích tvoří zbývajících 5 %. S několika málo výjimkami je většina skel vyráběna na bázi křemičitanů, kde hlavní složkou je oxid křemičitý (SiO2). Výjimku z této klasifikace typů skel tvoří kamenná vata, jejíž typické chemické složení nezapadá do žádné z těchto kategorií. Typické složení kamenné vaty je uvedeno v Tabulce 2.9. Sodnovápenatá skla Většina průmyslově vyráběných skel má velice podobné složení a souhrnně se nazývají skla sodnovápenatá. Typické sodnovápenaté sklo se skládá ze 71–75 % oxidu křemičitého (SiO2 většinou získaného z písku), 12–16 % oxidu sodného (Na2O z kalcinované sody Na2CO3) 10–15 % oxidu vápenatého (CaO z uhličitanu vápenatého CaCO3) a z malého množství dalších složek určených k ovlivnění specifických vlastností skla. V některých sklech je část oxidu vápenatého nebo sodného nahrazena oxidem hořečnatým (MgO), resp. draselným (K2O). Podrobnější složení skel jsou uvedena v odpovídajících Oddílech v Kapitole 2. Sodnovápenaté sklo se používá k výrobě lahví, sklenic, flakonů (na parfémy a kosmetiku), běžného stolního skla a plochého skla. Nejrozšířenější použití sodnovápenatého skla vyplývá z jeho fyzikálních a chemických vlastností. Mezi nejdůležitější z nich patří vynikající světelná propustnost, kvůli které se používá při výrobě plochého skla a průhledných výrobků. Také má hladký, neporézní povrch, který je chemicky inertní, a proto se snadno čistí a neovlivňuje chuť obsahu. Vlastnosti skla v tahu a za tepla jsou pro tato použití dostatečné a suroviny jsou poměrně levné a lze je hospodárně tavit. Čím je vyšší obsah alkálií ve skle, tím je vyšší koeficient tepelné roztažnosti a tím je nižší odolnost vůči tepelnému šoku a chemickému působení. Sodnovápenatá skla nejsou obecně vhodná pro použití za extrémních podmínek nebo při prudkých změnách teploty.
6
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Olovnatý křišťál a křišťálové sklo Oxid olovnatý lze použít k nahrazení velké části oxidu vápenatého ve kmeni, vznikne tak sklo známé jako olovnatý křišťál. Typické složení je 54–65 % SIO2, 25–30 % PbO (oxid olovnatý), 13–15 % Na2O nebo K2O plus další různé minoritní příměsi. Tento typ složení s obsahem oxidu olovnatého nad 24 % dává sklo s vysokou měrnou hmotností a indexem lomu, tudíž sklo s vynikající brilancí a zvukem i s vynikající opracovatelností, která umožňuje vyrábět celou škálu tvarů a dekorů. Typickými výrobky je vysoce kvalitní nápojové sklo, karafy, mísy a dekorativní předměty. Oxid olovnatý lze částečně nebo úplně nahradit oxidem barnatým, zinečnatým nebo draselným, čímž vznikne sklo známé jako křišťálové, které má menší brilanci a hustotu než olovnatý křišťál. Přesné definice spolu s chemickými a fyzikálními vlastnostmi jsou uvedeny ve Směrnici Rady 69/493/EHS o sbližování právních předpisů členských států týkajících se křišťálového skla. Boritokřemičité sklo Boritokřemičitá skla obsahují oxidy bóru a křemíku. Typické složení je: 70–80 % SiO2 7–15 % B2O3, 4–8 % Na2O nebo K2O a 2–7 % Al2O3 (oxid hlinitý). Skla s tímto složením vykazují vysokou odolnost vůči chemické korozi a vůči teplotním změnám (nízký koeficient tepelné roztažnosti). Oblast jejich použití zahrnuje komponenty pro chemické procesy, laboratorní zařízení, farmaceutické obaly, svítidla, nádobí, průhledová skla pro pečicí trouby a varné panely pro sporáky. Řada boritokřemičitých skel je určena pro technické účely malého rozsahu a spadá spíše do kategorie speciálního skla. Dále se boritokřemičité sklo používá k výrobě skleněného vlákna – jak spřadatelného nekonečného vlákna, tak izolačního vlákna. Kromě chemické odolnosti a nízkého koeficientu tepelné roztažnosti je oxid boritý důležitý pro rozvlákňování skloviny. Typické složení skla pro výrobu skleněného vlákna se liší od výše uvedeného složení. Složení E-skla je například: SiO2: 52–56 %, oxidy alkalických zemin: 16–25 %, B2O3: 5–10 %, Al2O3: 12–16 % plus další různé minoritní příměsi. Je také nutné poznamenat, že pro skleněné vlákno začíná být důležité nové složení s nízkým obsahem boru nebo bez boru. Speciální skla Toto je velice rozmanité seskupení, které zahrnuje specializované malosériové výrobky s vysokou hodnotou, jejichž složení se výrazně mění podle požadovaných vlastností konečného výrobku. Některé z těchto aplikací jsou: speciální boritokřemičité výrobky; optická skla, skla pro elektrotechnologii a elektroniku; obrazovky; výrobky z taveného křemene; skleněné zátavy; CRT obrazovky; skleněné pájky; LCD panely; sintrované sklo; elektrody; a sklokeramika. Více informací o složení technických skel je uvedeno v Kapitole 2.
1.2.3 Historické počátky [19, CPIV 1998][22, Schott 1996] Skelné materiály se vyskytují přirozeně, např. obsidián se často nachází ve vulkanických oblastech a má složení srovnatelné se synteticky vyrobeným sklem. Tento materiál, který je složen hlavně z oxidu křemičitého a ze sloučenin sodíku a vápníku, člověk používal k výrobě šípových a oštěpových hrotů a nožů. Jinou přirozenou formou skla jsou tektity, vzniklé ztuhnutím roztavených hornin vyhozených do atmosféry při dopadu meteoritů na zemský povrch, a fulgurity vzniklé nárazem blesku do písku. Ačkoli není známo, kdy bylo sklo poprvé vyrobeno uměle, nejstarší nálezy ukazují na dobu kolem 3500 př. n. l. Domníváme se, že výroba skla má původ v Egyptě a Mezopotámii, ale vyvíjela se později nezávisle v Číně, Řecku a v severním Tyrolsku. Výroba skla byla pravděpodobně spojena s výrobou keramiky nebo bronzu, kde sklo mohlo vznikat jako vedlejší produkt. Na počátku bylo sklo používáno jako šperky a k výrobě malých nádob. Významnější výroba začala kolem 1500 př. n. l., kdy se vyráběly větší a užitečnější předměty (mísy, nádoby a sklenice) tvarováním skla kolem jádra z písku nebo jílu.
Sklářský průmysl
7
Kapitola 1
První technická revoluce ve výrobě skla proběhla v prvním století našeho letopočtu v Palestině nebo v Sýrii po objevení sklářské píšťaly. Tato technika spočívala v nabrání skloviny na konec píšťaly, do níž řemeslník foukal a vytvořil tak duté těleso. Tato technika umožňovala výrobu širokého množství tvarů a rozšířila se po celém jihu, např. do Itálie a Francie. Sklářská výroba se v Evropě vyvíjela dále ve středověku, kdy se evropským centrem sklářského umění staly Benátky. Ve 14. stol. byly sklářské dílny po celém kontinentu a ve stejné době byla ve Francii vyvinuta výroba plochého skla pro zasklívání. Po staletí se okenní sklo rozfukovalo píšťalou do velkých válcovitých těles, která se rozřezávala a rozžehlovala, dokud byla horká. Mohlo se zpracovávat jenom omezené množství skla a okenní tabulky byly velice malé. Nová technika spočívala ve foukání skleněných koulí píšťalou, koule se pak na konci protilehlém k místu připojení píšťaly otevřela a roztočila se do plošného tvaru. Po objevení procesu lití na desku v r. 1688 za Ludvíka XIV. se mohla vyrábět velkoplošná zrcadla. Ve stejnou dobu angličtí skláři vyvinuli olovnatý křišťál, který měl vysokou brilanci a ryzí zvuk. V 18. stol. už některé továrny vyráběly ručním foukáním více než 1 mil. lahví za rok (kolem 3 t/den). Během průmyslové revoluce v 19. stol. se technický pokrok zrychlil: pece se otápěly uhlím místo dřevem, používaly se první mechanismy, foukalo se stlačeným vzduchem do kovových forem. Ke konci 19. století vynalezl Friedrich Siemens kontinuální pec, která umožňovala sériovou výrobu a použití strojů. Ve 20. stol. byly provedeny dva důležité kroky: úplná mechanizace výroby lahví zavedením prvního automatického stroje se samostatnými sekcemi (IS) kolem roku 1920, a vynález plavení plochého skla v roce 1962. Dnešní objem výroby na IS strojích přesahuje 500 lahví za minutu a výroba plaveného skla může být až 1000 tun za den.
8
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.3 Obalové sklo 1.3.1 Přehled odvětví [19, CPIV 1998] [62, CPIV Update for Glass BREF 2007] [64, FEVE 20071 [125, FEVE 2009] Výroba obalového skla je největším odvětvím sklářského průmyslu v EU a představuje kolem 50–60 % celkové výroby skla v závislosti na referenčním roce. Odvětví zahrnuje výrobu skleněných obalů, tj. lahví a sklenic používaných na balení potravin, nápojů, kosmetických výrobků a parfémů, léků a technických výrobků. V roce 2005 bylo v zemích EU-25 v tomto odvětví vyrobeno 20 milionů tun obalového skla, zatímco v zemích EU-27 to bylo celkem 21 milionů tun. V roce 2006 došlo k nárůstu výroby a v roce 2007 bylo v zemích EU-27 vyrobeno celkem 22 milionů tun. V rámci EU-15 výroba ročně vzrostla v průměru o 0,9 %. Hodnoty produkce za rok 2007, které vykázaly 4% růst, potvrdily vzestup sklářského průmyslu. Finanční krize a s ní související snížení poptávky ze strany spotřebitelů v letech 2008 a 2009 však vedly k omezení výrobních kapacit v podobě dočasného nebo trvalého ukončení provozu některých pecí a/nebo výrobních linek. Především však byly vážně omezeny možnosti přístupu ke kapitálu a investicím. V době psaní tohoto dokumentu (2010) zde existuje přibližně 70 firem se 140 zařízeními a odvětví přímo zaměstnává 40 000 osob. Obalové sklo se vyrábí v 19 ze 27 členských zemí (viz Tabulka 1.2). Výrobu v rámci EU-27 zajišťuje několik větších skupin (Ardagh Glass, BA Vidro, O-I Europe, SaintGobain, Vetropack a Vidrala) a větší množství malých nezávislých společností a skupin, které jim úspěšně konkurují díky regionálním trhům a specializovaným tržním segmentům (nikám). Evropa je největším výrobcem obalového skla, následují USA a Japonsko. V Tabulce 1.2 je uvedeno geografické rozdělení tohoto odvětví s udáním podílu produkce u hlavních členských států.
Sklářský průmysl
9
Kapitola 1
Tabulka 1.2:
Rozdělení zařízení na obalové sklo a produkce v členských státech EU
Členský stát
Počet zařízení
Německo Francie Itálie Španělsko Velká Británie Polsko Portugalsko Nizozemsko Rakousko ČR Belgie Řecko Dánsko Švédsko Estonsko Finsko (2) Maďarsko Slovensko Rumunsko Lotyšsko Litva Kypr Bulharsko Irsko Slovinsko Malta Lucembursko Mezisoučet „Ostatní“ (3) Celkem
Rozdělení produkce v EU Rozdělení produkce v tunách x 103 (1) v EU v % (1) 2005 3895 3784 3543 2144 2081 1088 1024
2006 3886 3828 3549 2148 2160 1120 1096
2007 4080 3722 3621 2222 2244 1230 1231
2005 19 18 17 10 10 5 5
2006 19 18 17 10 10 5 5
2007 19 17 17 10 10 6 6
3164 20723
3085 20872
3239 21589
15
15
15
39 24 32 20 13 17 6 5 3 5 2 2 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 175
(1) Údaje od FEVE. (2) Provoz byl ukončen v roce 2009. (3) Dostupné údaje pro: Rakousko, Belgii, Bulharsko, ČR, Dánsko, Finsko, Řecko, Maďarsko, Nizozemsko, Rumunsko, Slovensko a Švédsko jsou kvůli utajení sloučeny pod „Ostatní“ Zdroj: [85, Spanish BAT Glass Guide 2007] [125, FEVE 2009]
Nejběžnější objem produkce zařízení na výrobu skla je mezi 300 a 600 tunami za den. Tabulka 1.3 uvádí typické rozdělení zařízení v rámci různých rozsahů výroby, omezené na zařízení uvedená v průzkumu provedeném FEVE (134 zařízení z celkem 175 v rámci EU-27). Tabulka 1.3:
Počet zařízení na výrobu obalového skla ve specifikovaných rozsazích výroby
Rozsah výroby (tuny/den) Počet zařízení v každém rozsahu Poměr (%) zařízení v každém rozsahu
<150
150 až 300
300 až 600
600 až 1 000
>1 000
15
38
56
23
2
11,2
28,4
41,8
17,2
1,5
Zdroj: [126, FEVE 2009]
10
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.3.2 Výrobky a trhy [19, CPIV 1998] Obalové sklo se vyrábí ze základního sodnovápenatého skla a taví se v peci otápěné fosilním palivem nebo výjimečně elektřinou. Produkty ze skloviny se tvarují na automatických IS strojích. Dle potřeby se ke sklu přidává barvivo a na konečné výrobky se nanášejí povrchové povlaky. Z pohledu vyrobených objemů jsou nejdůležitějšími výrobky odvětví obalového skla lahve na víno, pivo, lihoviny, nealkoholické, nápoje atd. a širokohrdlé sklenice pro potravinářský průmysl. Tyto výrobky se obvykle považují za komoditní položky, ale další důležitou součástí odvětví je výroba obalů pro farmaceutický a kosmetický průmysl, které mají vyšší hodnotu. Většina produkce se prodává zákazníkům v rámci EU, kteří pak prodávají své balené výrobky na trzích v EU a ve světě. Relativní důležitost různých zákazníků se v jednotlivých zemích EU výrazně liší. To se odráží ve velké různorodosti národních trhů se skleněnými obaly a v různorodosti požadovaných výrobků, zvláště pokud jde o barvu, tvar, velikost a design. Zákazníky lze rozdělit na tři široká průmyslová odvětví. Výroba nápojů odebírá přibližně 75 % celkové výroby skleněných obalů. Patří sem nešumivá i šumivá vína, vína s vyšším procentem alkoholu, lihoviny, pivo, cider, ochucené alkoholické nápoje, nealkoholické nápoje, ovocné šťávy a minerální vody. Potravinářství spotřebovává kolem 20 % celkové výroby (většinou sklenice). Patří sem široké množství produktů, např.: konzervy se sušenými i nesušenými potravinami, mléko a mléčné výrobky, marmelády a džemy, omáčky a dresinky, olej, ocet atd. Obaly na parfémy/kosmetiku, léky a technické produkty, což jsou obvykle malé lahvičky (flakony), představují zbývajících cca 5 % celkové výroby skleněných obalů. Důležitým hlediskem je v tomto odvětví skutečnost, že maximální přepravní vzdálenosti pro hlavní produkci nápojových lahví a sklenic jsou obecně omezeny na několik set kilometrů, protože náklady na přepravu prázdných obalů jsou ve srovnání s prodejní cenou relativně vysoké. Rovněž existují specifické místní nebo regionální trhy s charakteristickými obaly, zvláště pokud jde o alkoholické nápoje (vinařské oblasti, oblasti s výrobou whisky, koňaku, šampaňského a piva). To působí proti koncentraci trhu. Výroba flakonů, zejména pro vysoce kvalitní parfémy a kosmetické výrobky je více otevřena mezinárodní konkurenci. Na druhou stranu se zvýšený růst a vliv globálních skupin vyrábějících potraviny a nápoje, léčiva a kosmetiku v období mezi lety 1997 a 2005 odrazil v další koncentraci a internacionalizaci vlastnictví ve sklářském průmyslu ve spojení s větší specializací z hlediska dodávaných skleněných výrobků (je čím dál nezvyklejší, pokud některá společnost vyrábí své produkty ve více než jednom sklářském odvětví).
Sklářský průmysl
11
Kapitola 1
1.3.3 Obchodní a finanční úvahy [19. CPIV 1998] [63. CPIV Annual report 2007] Obalové sklo je relativně vyspělé odvětví, zásobující extrémně dynamické trhy, které v období mezi lety 1997 a 2006 zažívalo pomalý celkový růst. Existují nevyhnutelné místní nebo dočasné změny, ale celkový trend bude pravděpodobně ve střednědobém horizontu pokračovat. Očekává se ale, že konkurence alternativních obalových materiálů bude i nadále výzvou pro toto odvětví. I když mají pece dlouhou provozní životnost, velký počet pecí znamená, že každý rok bude významná část kapacity v přestavbě. Nadměrné výrobní kapacity jsou spíše lokální a krátkodobé. Významným faktorem pro snižování cen je konkurence alternativních materiálů. Kvůli přepravním nákladům se většina výrobků prodává do 500 km od místa výroby, takže dovoz a vývoz jsou dosti omezené. To však není případ odvětví parfémů/kosmetiky, u kterých je až 40 % výroby určeno na vývoz. V roce 2005 byl vývoz z EU vyšší než dovoz asi o 70 %, tj. 931 784 tun oproti 262 192 tunám, ale v roce 2006 vývoz vzrostl o pouhých 0,5 % a dovoz o 11,7 %. Celkový obchod mimo EU představuje pouze 4,6 % výroby odvětví ve výši 20 mil. tun. Ale příhraniční oblasti EU mohou podléhat určité konkurenci ze zemí mimo EU, které nabízejí podstatně nižší ceny a přijatelnou kvalitu. To platí zvláště pro méně hodnotné výrobky. Je ale důležité mít na paměti, že přestože se obaly prodávají lokálně, ve skle balené zboží (např. víno, lihoviny, pivo, parfémy nebo oleje) jsou často ve značných množstvích exportovány mimo EU. Trh s obalovým sklem může ovlivnit řada faktorů. Hlavní hrozbou jsou alternativní obalové materiály, zejména plasty (především PET – polyethylentereftalát), kovy (ocel a hliník) a laminovaný karton. Hlavními výhodami obalového skla jsou vysoká chemická odolnost a bariérové vlastnosti (tedy ochrana a uchování kvality obsahu), estetický vzhled (průhlednost, barva, design atd. sloužící k prezentaci zboží a identifikaci značek), možnost recyklace a výroby nových lahví, opětovná uzavíratelnost, snadné čištění a opakované použití. Suroviny na výrobu skla jsou navíc v přírodě dostupné ve velkém množství. Relativní pozice skla vůči konkurenci se značně mění podle regionů a výrobků, v závislosti na tržních preferencích, cenách a na vývoji obalů. Hlavní nevýhodou skla je jeho hmotnost a riziko rozbití. Další důležité faktory jsou spojeny s výkyvy poptávky po balených výrobcích, např. se změnami v chování zákazníků, jako je trend konzumace menšího množství vína, ale výběru vysoce kvalitních vín. Důležité mohou být také klimatické vlivy, které ovlivňují úrodu vinné révy a vyšší spotřeba piva a nealkoholických nápojů během horkých letních období. Výkyvy měnových kurzů a převládající místní ekonomické podmínky budou ovlivňovat požadavky na výrobky s vysokou cenou, jako jsou parfémy a lihoviny. Výroba obalového skla je náročná na investice, což umožňuje vstup na trh jen velkým podnikům s významnými finančními zdroji. Dlouhodobý pomalý růst znamená, že i když se staví nové pece, budou je stavět společnosti v tomto regionu fungující nebo jiné stávající společnosti vstupující do tohoto regionu. Většinu růstu odbytu bude zajišťovat rozvoj stávajících zařízení při plánovaných přestavbách. Celkově zde panuje trend fúzí menších společností do společností velkých.
12
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Cyklus investic je dlouhý. Obalářské vany pracují obvykle nepřetržitě nebo s několika málo menšími opravami přes 20 let, poté se podle stavu konstrukce buď částečně, nebo úplně přestaví. Náklady na jednoduchou přestavbu středně velké pece (kolem 250 tun za den) se odhadují mezi 3 a 5 mil. eur a více. Skutečné náklady mohou být podstatně vyšší, protože přestavba může být vhodným okamžikem pro zavedení určitých vylepšení procesu. Nové zařízení porovnatelné velikosti na zelené louce by včetně infrastruktury a služeb stálo mezi 40 a 50 mil. eur.
1.3.4 Hlavní ekologické problémy Hlavními ekologickými problémy spojenými s výrobu obalového skla je vysoká teplota a energeticky intenzivní procesy. Z toho vyplývají emise produktů spalování a vysokoteplotní oxidace atmosférického dusíku, tj. vznik oxidu siřičitého, oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Pecní emise rovněž obsahují prach (vznikající z těkání a následné kondenzace těkavých materiálů kmene) a stopová množství chloridů, fluoridů a kovů přítomných jako nečistoty v surovinách. K minimalizaci všech těchto emisí existují technická řešení, ale každá technika je spojena s odlišnými finančními a ekologickými dopady. V tomto odvětví byla zavedena důležitá ekologická zdokonalení, která vedla k velkému snížení pecních emisí a spotřeby energie. K pokroku došlo zvláště zavedením primárních technik snížení emisí oxidů dusíku a oxidu siřičitého. Objemy odpadů jsou v tomto odvětví velice nízké. V tomto odvětví pokračovalo zvýšené používání recyklovaného skla (skleněných střepů). V roce 2008 průměrný podíl spotřebitelského sběru skleněných střepů v odvětví obalového skla činil v EU přibližně 50 % celkových surovinových vstupů, některé sklárny používají až 80 % recyklovaného skla. U některých druhů produktů, u kterých je požadován vysoký stupeň bezbarvosti (např. u parfémů a kosmetiky, ale rovněž na trhu s lihovinami), nemusí být recyklované sklo ze spotřebitelského sběru používáno ve významnějším množství kvůli nečistotám v barveném skle. Výraznou výhodou skla oproti alternativním obalovým materiálům je snadnost recyklace a opakovaného používání. Odvětví obalového skla by nemělo mít velké problémy se znečištěním vody. Voda se používá hlavně k mytí a chlazení a lze ji snadno upravovat nebo recyklovat.
1.4 Ploché sklo 1.4.1 Přehled odvětví [19, CPIV 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [127, Glass for Europe 2008] Ploché sklo je druhým největším odvětvím sklářského průmyslu v EU-27, které představovalo kolem 26 % celkové produkce skla v roce 2005, 28 % v roce 2006 a 29 % v roce 2007. Odvětví zahrnuje výrobu plaveného a válcovaného skla. Hlavním produktem je zde plavené sklo. Válcované sklo představuje pouze 3,5 % celkové produkce a jeho podíl dále klesá, zatímco výroba plaveného skla je na vzestupu. V roce 2007 bylo v EU-27 v tomto odvětví vyrobeno kolem 9,5 milionů tun skla na 58 plavicích vanách (floatech). V EU-27 působí devět výrobců plaveného skla a čtyři zařízení na výrobu válcovaného skla. Ploché sklo se vyrábí v 16 členských státech. V roce 2007 bylo v tomto odvětví při výrobě plochého skla zaměstnáno zhruba 17 000 osob. Průměrný nárůst ročního objemu výroby plochého skla se pohybuje mezi 2–3 %.
Sklářský průmysl
13
Kapitola 1
Výroba plochého skla je celosvětový byznys, ve kterém hrají hlavní roli čtyři velké skupiny. Podle celosvětových kapacit to jsou: Asahi Glass (AGC Flat Glass Europe), NSG (Pilkington, Velká Británie), Saint-Gobain (Francie) a Guardian Industries (USA). Informace o vlastnících plavicích van (floatů) jsou uvedeny v Tabulce 1.4 a v Tabulce 1.5 (EU-27, 2007). Tabulka 1.4: Majitelé a umístění plavicích van v EU-27 v roce 2007 Společnost
Počet van
Umístění Německo (4), Francie (3), Belgie (2), Španělsko (2), Itálie (1), Portugalsko (1), Velká Británie (1), Polsko (1), Rumunsko (1)
Saint-Gobain
16
AGC Flat Glass Europe
13
Pilkington
12
Guardian
8
Euroglas Manfredonia Vetro/Sangalli Sisecam Interpane Ges Scaieni
3
Belgie (4), Francie (2), Itálie (2), Nizozemsko (1), ČR (3), Španělsko (1) Německo (4), Velká Británie (3), Itálie (2), Finsko (1), Švédsko (1), Polsko (1) Lucembursko (2), Španělsko (2), Německo (1), Velká Británie (1), Maďarsko (1), Polsko (1) Francie (1), Německo (2)
1
Itálie (1)
1 1 1
Bulharsko (1) Francie (1) Rumunsko (1)
Celkem
56
Tabulka 1.5: Společné podniky provozující plavicí vany v EU-27 v roce 2007 Společnost Počet van
Umístění
AGC Flat Glass Europe/Scheuten
1
Belgie
Saint-Gobain/Pilkington
1
Itálie
Geografická rozdělení odvětví a velikosti zařízení jsou uvedeny v Tabulce 1.6 a v Tabulce 1.7. Tabulka 1.6: Počet plavicích van v členských státech EU-27 v roce 2007 Členský stát Počet van % rozdělení výroby v EU Německo Francie Itálie Belgie Velká Británie Španělsko Polsko ČR Lucembursko Rumunsko Finsko Nizozemsko Portugalsko Švédsko Maďarsko Bulharsko Celkem
11 7 7 7 5 5 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 58
19,0 12,1 12,1 12,1 8,6 8,6 5,2 5,2 3,45 3,45 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 100
Zdroj: [127, Glass for Europe 2008]
14
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Tabulka 1.7: Procentní podíl kapacity plavicích van v jednotlivých rozsazích Rozsah kapacity % kapacity v každém rozsahu v EU-27 (t/den) <400 1 400 až 550 37 550 až 700 48 >700 14
1.4.2 Výrobky a trhy [19, CPIV 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] V EU se vyrábějí dva typy plochého skla – lité (válcované) a plavené. Přestože přísně vzato existují jiné typy plochého skla, nespadají do tohoto odvětví, jednak proto, že spadají do odvětví skla speciálního, a jednak proto, že nevyhovují kritériu výroby 20 tun za den specifikovanému ve Směrnici 2008/1/EC. Většinu litého skla tvoří sklo vzorované nebo sklo s drátěnou vložkou a odhaduje se na asi 3,5 % výroby celého odvětví. Vzorované sklo se používá na skleníky, k dekoračním účelům a tam, kde se rozptyluje světlo, např. skleněné příčky a okna koupelen a fotovoltaické panely. Plavené sklo tvoří zbývajících 95 % výroby a používá se hlavně v automobilovém a stavebním průmyslu. Před vynálezem procesu plavení skla Pilkingtonem v roce 1962 existovaly dva hlavní typy nevzorovaného skla: tabulové sklo a zrcadlové sklo. Nejpoužívanější metodou výroby tabulového skla byl způsob tažení Pittsburgh, který spočívá ve vertikálním tažení skla z vany. Ve skle je v místě tažení umístěno žáruvzdorné vodítko a sklo je zachycováno chlazenými kleštěmi. Sklo prochází asi 12 m dlouhou chladicí šachtou a pak se řeže na formáty. Před vynálezem plaveného skla bylo nejkvalitnějším sklem sklo zrcadlové. Vyrábělo se z litého skla nebo tlustého tabulového skla broušením a leštěním rotujícími kotouči umístěnými na velkých stolech nebo dopravnících. Tento dvojí postup vyžaduje leštění skla současně na obou stranách. Broušení a leštění rovněž vytvářelo velká množství pevných odpadů. Výhody plavicí vany (hospodárnost, rozsah výrobků, málo odpadu a kvalita) jsou takové, že od jejího zavedení v roce 1962 bylo tabulové a zrcadlové sklo postupně nahrazováno a v EU se již nevyrábí. Některé výrobky z válcovaného skla se ještě leští pro speciální účely a v některých částech světa se na postupně se snižující úrovni vyrábí tabulové a zrcadlové sklo. Pro účely tohoto dokumentu lze považovat výrobu tabulového a zrcadlového skla za zastaralé techniky. Nejdůležitějšími trhy pro plavené sklo jsou stavební a automobilový průmysl. Největším trhem je stavební průmysl, který odebírá 75–85 % celkové výroby a většina ze zbývajících 15–25 % se zpracovává na skla pro automobilový průmysl. Některá skla se prostě řežou na formáty a používají se přímo, ale většina plochého skla se zpracovává na další výrobky. Pro automobilový průmysl to jsou laminovaná čelní skla, boční a zadní okna a střešní okénka. Hlavním výrobkem zpracovávaným pro stavební průmysl je izolační zasklení ve formě okenních jednotek s dvojitým nebo trojitým zasklením, často opatřených povrchovou vrstvou. Tyto zasklené jednotky tvoří na trhu se stavebním sklem 40 až 50 %, zbytek jsou postříbřená, tvrzená a vrstvená skla a skla s povlakem, z nichž každé tvoří 10 až 15 %.
Sklářský průmysl
15
Kapitola 1
1.4.3 Obchodní a finanční úvahy [19, CPIV 1998] [63, CPIV Annual report 2007] [127, Glass for Europe 2008] Celkový obchod mimo EU představuje průměrně asi 15 % výroby EU s mírně pozitivní bilancí obchodu. Z regionální produkce je 10 % exportováno do zemí mimo EU a podobné, ale obecně menší množství (6,3 % v roce 2006 u nezpracovaného skla) je dovezeno do EU převážně z jihovýchodní a východní Asie. Tento přehled platí pro sklo nezpracované i zpracované. Přeprava plochého skla je drahá a je žádoucí, aby byli zásobováni zákazníci co nejblíže k místu výroby. Uvážíme-li však, že v zemích EU se ploché sklo vyrábělo v 58 provozech a že mezi výrobními společnostmi je silná konkurence, mohou být vzdálenosti, na které se sklo dopravuje, značné, ale v konečném důsledku omezené cenou. Naprostá většina skla vyrobeného a zpracovaného v EU se prodává v západní Evropě. Po několika letech dosti nízkého a stále klesajícího dovozu došlo od roku 2005 k prudkému nárůstu množství plaveného skla dovezeného ze zemí mimo EU-27 až na dvojnásobek původních hodnot. Během roku 2007 dovoz ze zemí mimo EU (převážně z Číny) dosáhl historického maxima (kolem 11 % celkové produkce EU). Ve stejném roce vývoz do zemí mimo EU představoval 10,5 % celkové produkce EU. Kvůli velké nadměrné výrobní kapacitě v Číně se očekává, že dovoz bude v blízké budoucnosti i nadále růst. Ostatními velkými dodavateli jsou Turecko, USA, Indonésie, Izrael a Rusko. Výroba základního plochého skla je vyspělý, cyklický a v podstatě komoditní obchod. Mezi lety 1986 a 2000 odvětví vykazovalo významný každoroční růst o 2 až 3 %. Tento trend byl potvrzen v letech 2000– 2006, a to jak v rámci EU-15, tak v EU-27. Nadměrná kapacita v odvětví však vedla ke značnému cenovému tlaku a ceny skla v reálných hodnotách klesaly. Ceny mohou mezitržně kolísat, ale u největšího výrobce, Německa, byly zvláště nízké. Požadavky na ploché sklo jsou obzvlášť citlivé na ekonomické cykly, protože silně závisí na stavebním a automobilovém průmyslu. Během období ekonomického růstu a vysoké poptávky po plochém skle může být ploché sklo prosperujícím obchodem, během ekonomického úpadku to může být naopak. Využití kapacit se v letech 2000–2007 pohybovalo kolem 90 %. Obecně se má za to, že dlouhodobý profit vyžaduje využití kapacit přesahující 90 %. Odhadovaný vývoj využití kapacit současných plavicích van v EU-27 a přebytky jsou uvedeny v Tabulce 1.8. Tabulka 1.8: Odhadovaný vývoj využití kapacit a přebytky plovoucího skla v EU-27 Konec fin. roku
Využitelná kapacita
Celosvětový prodej výrobců z EU-27
Využití kapacit v rámci celosvětových prodejů výrobců působících v EU-27 Přebytky
2007 2008 (') 2009 (') 2010 (')
Využití
tisíc tun
tisíc tun
tisíc tun
%
9576 9709 10 319 10 808
8921 9141 9516 9938
655 568 803 870
93,16 94,15 92,22 92,00
(') Odhadované údaje Zdroj: [127, Glass for Europe 2008]
16
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Výroba plochého skla a plaveného skla zvláště je kapitálově náročná činnost a vyžaduje významné finanční zdroje, dlouhodobé investice a velké technické znalosti. Z tohoto důvodu je zde omezený počet velkých mezinárodních výrobců. Rovněž zde existují menší výrobci, i když nejsou běžným jevem. Pece na ploché sklo pracují obvykle nepřetržitě nebo s menšími opravami 12 až 15 let (v některých případech i déle), a poté se buď částečně, nebo úplně přestaví podle stavu konstrukce. Velká přestavba by stála 30–50 mil. eur a cena nové plavicí vany (500 tun za den) by se pohybovala kolem 100–150 mil. eur.
1.4.4 Hlavní ekologické problémy [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] Hlavním ekologickým problémem spojeným s výrobou plochého skla je vysoká teplota a energeticky náročné procesy. Z toho vyplývají emise produktů spalování a vysokoteplotní oxidace atmosférického dusíku, tj. vznik oxidu siřičitého, oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Pecní emise rovněž obsahují prach (vznikající z těkání a následné kondenzace těkavých materiálů kmene) a stopová množství chloridů, fluoridů a kovů přítomných jako nečistoty v surovinách. K minimalizaci všech těchto emisí existují technická řešení, ale každá technika je spojena s odlišnými finančními a ekologickými dopady. Odpadní sklo vzniklé na místě je recyklováno do pece a odvětví dosáhlo značného zdokonalení při recyklaci odpadu z výroby a ze spotřebitelského sběru. Střepy z plochého skla jsou užitečnou surovinou pro další sklářské obory, zvláště pro výrobu obalového skla a izolační vaty, a odhaduje se, že více než 95 % odpadového skla je nějakým způsobem recyklováno. Obecně by výroba plochého skla neměla mít problémy se znečištěním vody. Voda se používá hlavně k mytí a chlazení a lze ji snadno upravovat nebo recyklovat. Ve výrobě plochého skla byla provedena řada větších ekologických úprav, prostřednictvím primárních a sekundárních opatření byly významně sníženy emise a došlo ke snížení měrné spotřeby energie. Od roku 1960 do roku 1995 byla spotřeba energie snížena o 60 %, přičemž v letech 1996–2006 bylo dosaženo další úspory o cca 20 %. Teoretické minimum pro tavbu skla je 0,76 MWh/t (odpovídá 2,74 GJ/t). Pro další zlepšení by byl potřeba významnější technologický vývoj [128, ECORYS 2008]. Pozorované minimální hodnoty měrné spotřeby energie na počátku kampaně pece jsou přibližně 5 GJ/t (viz Oddíl 3.4.5). Při posuzování celkového dopadu odvětví plochého skla na životní prostředí je dobré uvážit některé ekologické výhody související s těmito výrobky. Např. celková energetická bilance související s výrobou skel pro zasklívání staveb zahrnuje jak energii spotřebovanou na výrobu použitého skla, tak dopad na množství energie spotřebovanou stavbou, ve které jsou skla nainstalována během její životnosti (řekněme třicet let). Stavebnictví spotřebovává minimálně 40 % energie v EU, z čehož polovina se používá k vytápění domů. Vylepšení stávajících a nových budov v Evropě nahrazením jednoduchých nebo dvojitých skel nízkoemisními dvojskly významně zlepšuje tepelnou izolaci. Tepelné ztráty se tak mohou snížit na méně než 20 % ve srovnání s jednoduchými skly a na méně než 40 % hodnoty běžné u normálních dvojskel. To může mít významný dopad na využití energie v budovách. Moderní výrobky pro automobilový trh napomáhají snížit spotřebu paliva snížením hmotnosti a snížit zatížení klimatizace použitím protislunečních skel.
Sklářský průmysl
17
Kapitola 1
Odhadované snížení spotřeby energie pro vytápění, kterého lze dosáhnout podporou používání vysoce výkonných, nízkoenergetických nebo trojitých skel v nových nebo současných budovách na území EU-27, odpovídá hodnotě 975 000 TJ energie za rok, což je v přepočtu 97 milionů tun emisí CO2 za rok. [159, Glass for Europe 2009] Použití protislunečních skel v klimatizovaných budovách může vést k dodatečnému odhadovanému snížení emisí CO2 o 15 až 80 milionů tun ročně. [160, Glass for Europe 2008] Během životnosti skla bude snížení emisí CO2 dosažené použitím energeticky účinných skleněných produktů daleko převažovat nad emisemi vzniklými při výrobě skla. Reference [GEPVP: 'LOW-E GLASS IN BUILDINGS – Impact On The Environment & On Energy Savings – Contribution of the flat glass industry towards reducing greenhouse gas emissions & energy consumption in the EU-15' (2000)] [GEPVP: 'ENERGY & ENVIRONMENTAL BENEFITS from Advanced Double Glazing in EU Buildings' (March 2005)] [ECOFYS: 'Impact of the improvement of thermal insulation (CTE2) on the CTE' (July 2004)] [TNO Report: 'Impact of Solar Control Glazing on energy and CO2 savings in Europe' (July 2007)]
1.5 Nekonečná skleněná vlákna [66, APFE UPDATE IPPC Glass B R E F 2007] [67, APFE Plant survey 2007]
1.5.1 Přehled odvětví [19, CPIV 1998] Výroba nekonečných skleněných textilních vláken je jedním z nejmenších odvětví sklářského průmyslu, pokud jde o vyrobené množství, ale výrobky mají relativně vysoký poměr ceny k množství. Do tohoto odvětví patří výroba nekonečného skleněného vlákna, které se zpracovává na další výrobky. Toto vlákno se liší od izolačního skleněného vlákna, které se vyrábí odlišným postupem a které dále nazýváme „skelná vata“. V roce 2005 odvětví vyrobilo 933 400 tun vláken ve 34 pecích na 17 místech v EU-25. Vyrábělo se převážně E-sklo a malé množství vláken ze skloviny C (kyselinám odolná vlákna) a AR (alkalicky rezistentních) skleněných vláken a přímo zaměstnávalo 6500 osob. Toto odvětví vykázalo v letech 1997 až 2007 dobrý růst, s přihlédnutím k přírůstku v podobě nových výrobních zařízení v Litvě, v ČR a na Slovensku. V EU působilo sedm výrobců: Ahlstrom, Johns Manville, Lanxess, P-D Oschatz, Owens Corning, PPG a Saint-Gobain Vetrotex. V roce 2007 společnost Owens Corning koupila od společnosti Saint-Gobain její výrobu sklolaminátu a kompozitních materiálů a vytvořila tak společnost OCV Reinforcements. Jednou z podmínek této akvizice bylo převedení dvou zařízení z nově vytvořené společnosti OCV do další nové společnosti pojmenované 3B-Fibreglass. Společnost Saint-Gobain si ponechala svou skupinu Textile Solutions jako samostatnou organizaci. Největší z výše uvedených společností je nyní OCV Reinforcements s provozy ve Francii, Německu, Itálii, Belgii a Španělsku. Dalšími významnými výrobci v EU jsou PPG, 3B a Johns Manville se zařízeními po celé EU-25. Celosvětově byly v roce 2005 největším výrobcem USA s více než 40% podílem celosvětové produkce. Produkce v Evropě a Asii odpovídala 20, respektive 25 %. Největším světovým výrobcem je Owens Corning následovaný společnostmi Vetrotex a PPG. Geografické rozdělení odvětví a rozsahy velikosti pecí jsou uvedeny v tabulkách 1.9 a 1.10.
18
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Tabulka 1.9: Počet zařízení a pecí na výrobu nekonečného skleněného vlákna v členských státech Počet pecí Členský stát Počet zařízení Produkce v EU-25 (v provozu v roce 2005) Německo Belgie ČR Francie Itálie Finsko Slovensko Nizozemsko Velká Británie Španělsko Lotyšsko
3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
5 5 4 4 3 3 3 2 2 2 1
Celkem
17
34
933 400 tun v r. 2005
Tabulka 1.10: Počet pecí na výrobu nekonečného skleněného vlákna ve specifikovaných výrobních rozsazích <50 50 až 100 >100 Rozsah výroby (t/den) Počet zařízení v každém rozsahu (2005)
11
11
12
1.5.2 Výrobky a trhy [19. CPIV 1998] [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007] Nekonečné skleněné vlákno se vyrábí a dodává v řadě forem: sklovláknitý roving (prameny), rohož, skleněná střiž, textilní příze, tkanina a mletá vlákna. Hlavním finálním použitím (přibližně 90 %) je výroba kompozitních materiálů (skleněným vláknem vyztužený plast, GRP) vyztužením teplem tvrditelných a termoplastových pryskyřic. Díky vysokému poměru mezi hmotností a pevností, nízké hmotnosti a korozivzdornosti nachází kompozitní materiály v zemích EU využití v široké škále průmyslových aplikací a neustále jsou nacházeny nové způsoby využití. Hlavním odbytištěm pro kompozitní materiály je stavební, automobilový, dopravní a elektrotechnický průmysl. Dále se používají v trubkách a nádržích, zemědělských zařízeních, průmyslových zařízeních, ve sportu, při rekreaci a v námořním průmyslu. Dalším rychle rostoucím tržním segmentem pro využití kompozitních materiálů ze skleněného vlákna je výroba obnovitelné energie, zejména ve větrných elektrárnách. Druhým nejdůležitějším způsobem použití je výroba textilií, které se poté používají na podobných trzích jako kompozitní materiály, i když samozřejmě k jiným aplikacím. Hlavním trhem pro (textilie ze skleněných vláken) je elektronika, kde se používají při výrobě desek na tištěné obvody. Výroba textilií se kvůli zajištění konkurenceschopnosti rychlým tempem přesouvá do Asie. Toto odvětví má širokou a rozmanitou zákaznickou základnu s významným objemem mezinárodního obchodu. Mezinárodní obchod snižuje dopady kolísajících ekonomických výkonů mezi specifickými trhy nebo geografickými oblastmi. Na druhou stranu však zvyšuje zranitelnost vůči konkurenci z nízkonákladových zemí.
Sklářský průmysl
19
Kapitola 1
1.5.3 Obchodní a finanční úvahy [19, CPIV 1998] [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007] Výroba nekonečného skleněného vlákna vykazuje dlouhodobě dobrý růst. Výrobky mají relativně vysokou cenu, snadno se přepravují a existuje zde významný mezinárodní trh. Přestože poptávka po výrobcích roste, je zde velmi silná konkurence, která tlačí na ceny a omezuje ziskovost. V roce 2005 činilo průměrné využití kapacity 95 %. V roce 2005 vývoz a dovoz dosáhly 27 %, respektive více než 44 % výroby v EU, což představuje negativní obchodní bilanci a rostoucí pronikání dovozů zejména z Asie. Výroba nekonečného skleněného vlákna je činnost investičně velice náročná, vyžadující značné finanční zdroje, dlouhodobé investice a vysokou technickou zkušenost zaměstnanců. Z tohoto důvodu je zde omezený počet velkých mezinárodních výrobců a několik málo menších. Pece v tomto odvětví pracují nepřetržitě 8 až 12 let, poté se buď částečně, nebo úplně přestaví podle stavu konstrukce. Přestavba středně velké pece (kolem 75 tun za den) stojí kolem 8 mil. eur. Nové zařízení srovnatelné velikosti na zelené louce by včetně infrastruktury a služeb stálo mezi 75 a 90 mil. eur.
1.5.4 Hlavní ekologické problémy [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007] Z výroby nekonečného skleněného vlákna je ve srovnání s jinými průmyslovými aktivitami relativně málo odpadů. Výroba jemných vláken však může způsobit jejich rozbití, což vede k vyšší hladině odpadu na tunu výrobku, než je průměr sklářského průmyslu. V roce 2005 došlo k prokazatelnému snížení množství utavené skloviny ukládané na skládku, částečně díky zlepšení konverzní účinnosti a částečně díky její recyklaci zpět do výrobního procesu. Recyklace zpět do pecí na skleněná vlákna je stále značně obtížná, ale je vyvíjena větší aktivita k překonání těchto obtíží. Obecně výroba skleněných vláken nepředstavuje větší problémy se znečištěním vody. Voda se používá hlavně k mytí a chlazení, ale mohou se zde vyskytovat emise v souvislosti s používáním lubrikačních materiálů. Emise, které mohou vznikat při přípravě lubrikačních tekutin a při manipulaci s nimi, při navíjení a během sekundárních úprav, lze minimalizovat vhodnými technikami pro zacházení s materiálem a zachycení rozlitých látek a zbytkové hladiny znečištění lze upravit standardními metodami. Hlavním ekologickým problémem spojeným s nepřetržitou výrobou skleněného vlákna je vysoká teplota a energeticky náročné procesy. Ty mají za následek emise produktů spalování a oxidaci atmosférického dusíku, tj. vznik oxidu siřičitého, oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Pecní emise rovněž obsahují prach (vznikající z těkání a následné kondenzace těkavých materiálů kmene) a stopová množství chloridů, fluoridů a kovů přítomných jako nečistoty v surovinách. Vzniklý prach oddělený z kouřových plynů pomocí titračních systémů ve většině případů není recyklován zpět do pece, kvůli unášení a přítomnosti agresivních/korozivních složek jako např. chlorid sodný (NaCl). Vzhledem k povaze rozvlákňovacího procesu se někdy mění hodnoty fluoridů ve kmeni, které mohou způsobit emise fluorovodíku. To je komplexní problém, který je diskutován v Kapitole 4. Existují technická řešení k minimalizaci všech těchto emisí, ale každá technika je spojena s finančními a ekologickými dopady. Ve výrobě nekonečného vlákna byly provedeny větší ekologické úpravy, došlo k podstatnému snížení emisí a spotřeby energie.
20
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Při posuzování celkového dopadu tohoto odvětví na životní prostředí je dobré vzít v úvahu některé ekologické užitky plynoucí z používání kompozitních materiálů, které jsou hlavním finálním využitím skleněných vláken. Kromě četných technických výhod se k výrobě kompozitních materiálů používá mnohem méně energie než k výrobě materiálů, které nahrazují, zvláště oceli a hliníku. Jejich použití snižuje hmotnost dopravních prostředků (což přispívá k úsporám paliv) a mají také delší životnost díky vysoké odolnosti vůči korozi. V poslední době také přispěly k úspěšnému rozvoji rozlehlých ekonomicky realizovatelných větrných farem, zejména díky jejich využití ve výrobě vrtulí, což byl hodnotný a významný příspěvek odvětví obnovitelných zdrojů energie a celosvětové snaze o snížení emisí CO2.
1.6 Užitkové sklo 1.6.1 Přehled odvětví [28. Domestic 1998] [68. Domestic Glass Data update 2007] Odvětví užitkového skla je jedním z menších odvětví sklářského průmyslu s přibližně 4 % celkové výroby. Toto odvětví zahrnuje výrobu stolního skla, varného nádobí a dekorativních předmětů včetně nápojového skla, pohárů, mís, talířů, varného nádobí, váz a ozdobných předmětů. Výroba užitkového skla je široce rozptýlena po celé EU ve zhruba 300 zařízeních. Více než 120 z nich se nachází v Itálii a 70 v Polsku. Přibližně 60 z těchto zařízení vyhovuje kritériu celkové tavicí kapacity 20 tun za den pro zařízení s jednou nebo více pecemi stanovenému Směrnicí 2008/1/ES, a ty zajišťují většinu výroby v EU. V roce 2006 bylo v rámci EU-27 dosaženo celkového objemu výroby 1,46 milionů tun. Největšími výrobci užitkového skla v Evropě jsou Arc International (Francie), Bormioli Rocco e Figlio, Bormioli Luigi a RCR Cristalleria Italiana (Itálie), Durobor (Belgie), Duralex (Francie), Pasabahce (Bulharsko), Riedel Nachtmann (Německo), Waterford Crystal (Irsko), Zwiesel (Německo) a Libbey (Portugalsko). Jak již bylo uvedeno, existuje zde řada menších výrobců, kteří se často specializují na dražší výrobky (olovnatý křišťál atd.). Geografické rozdělení odvětví společně s odhadovaným podílem výroby a rozdělení podle velikosti zařízení uvádí Tabulky 1.11 a 1.12.
Sklářský průmysl
21
Kapitola 1
Tabulka 1.11: Počet a rozmístění zařízení na výrobu užitkového skla vyhovujících kritériu IPPC v členských státech v roce 2006 Počet zařízení Přibližný procentní podíl Členský stát s výrobou výroby v EU nad 20 t/den Francie 7 26,9 Německo 8 22,2 Itálie 7 11,7 Španělsko 5 10,1 Polsko 4 5,5 ČR 8 5,2 Nizozemsko 1 4,8 Slovensko 3 3,0 Belgie 1 1,7 Portugalsko 1 1,6 Řecko 2 1,6 Bulharsko 1 1,3 Maďarsko 2 1,2 Irsko 1 1,1 Rakousko 4 0,6 Švédsko 1 0,5 Finsko 1 0,5 Slovinsko 2 0,2 Velká Británie 1 0,2 Celkem 60 1 463 000 tun v r. 2006 Zdroj: [68, Domestic Glass Data update 2007]
Tabulka 1.12: Počet zařízení na výrobu užitkového skla ve specifikovaných rozsazích výroby v roce 2006 (odhadem) Rozsah výroby (t/den)
<20
20 až 100
>100
Počet zařízení v každém rozsahu
>240
41
19
Zdroj: [68, Domestic Glass Data update 2007]
1.6.2 Výrobky a trhy [28, Domestic 1998] Výrobky a postupy používané v sektoru užitkového skla jsou velmi rozmanité. Výrobky sahají od základního spotřebitelského zboží až k vysoce hodnotným vázám a pohárům z olovnatého skla. Výrobní postupy zahrnují ruční tvarování (foukání a broušení) i kompletně automatizované stroje. Základní výrobky uvedené v Oddíle 1.6.1, spolu s nápojovým sklem tvořícím více než 50 % celkové výroby. Většina výrobků je ze sodnovápenatého skla, které může být čiré nebo barevné. Olovnatý křišťál a křišťálové sklo se používá k výrobě pohárů, karaf a dekorativních předmětů s vysokou brilancí a měrnou hmotností. Opálové sklo se používá na výrobu pohárů, talířů, servírovacích mis a varného nádobí. Boritokřemičité sklo je snad více známé pod obchodními názvy Duran (Schott) a Pyrex (Arc International), přičemž hlavními výrobky jsou varné nádobí a tepelně odolné stolní nádobí. V některých případech jsou výrobky z těchto skel vytvrzeny, aby se zvýšila jejich odolnost vůči mechanickým a tepelným šokům. Sklokeramické výrobky se používají při vysokých teplotách (zejména sklokeramické nádobí) a mají vysokou odolnost proti tepelnému šoku. Uživatelská základna je přirozeně velice široká, ale bezprostředně se zboží prodává velkým maloobchodníkům a velkoobchodníkům, přestože někteří výrobci prodávají také přímo zákazníkům.
22
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Různé části trhu jsou ovlivňovány mnoha faktory. Velmi důležitý je vkus zákazníků a sociální trendy. Například trendy směřující k méně okázalému stolování, zvláště v Evropě, vyústily ve vyšší poptávku po levnějším středně kvalitním zboží a poptávka po barevném skle se mění podle doby a podle oblasti. Pro výrobce je důležité být vždy krok napřed před těmito změnami a odpovídajícím způsobem na ně reagovat; proto je výrobní pružnost důležitou součástí výroby. V důsledku toho musí být složení užitkového skla přizpůsobeno specifickým výrobkům a požadavkům na zpracování. I základní sodnovápenatá složení mohou vykazovat významné rozdíly oproti jiným sodnovápenatým sklům, jako je sklo obalové nebo ploché. Vyšší mechanizace výroby olovnatého křišťálu vedla k výrobě levnějších výrobků s kvalitou blížící se kvalitě ručních výrobků. Tento typ výrobků s vysokou hodnotou je však zvláště citlivý na to, jak ho přijmou zákazníci a klíčová nálepka ruční výroby stále ospravedlňuje vyšší cenu. Je nepravděpodobné, že by se ručně vyráběné zboží omezilo (alespoň střednědobě) na individuální objednávky.
1.6.3 Obchodní a finanční úvahy [28, Domestic 1998] Stejně jako většina odvětví sklářského průmyslu je odvětví užitkového skla zavedený vyspělý obor, který prodělává mírný dlouhodobý růst poptávky. Výrobky z užitkového skla se dobře přepravují a mezi členskými zeměmi EU i zeměmi mimo EU existuje významný mezinárodní obchod. Hlavní hrozbou pro tento sektor je konkurence na domácím trhu způsobená zvýšeným dovozem a větší konkurence na důležitých vývozních trzích. Tato zvýšená konkurence vedla k silnému tlaku na snížení cen a tím k omezení ziskovosti. V roce 2005 tvořil export 26 % a import 28,5 % hodnoty výroby v EU v tunách. Přestože to představuje dobrou celkovou obchodní bilanci, většina dovozu pocházela z východní a jihovýchodní Asie a Turecka a značně převážila vývozy EU do těchto oblastí. Podobně jako v jiných odvětvích je i výroba užitkového skla ve velkém měřítku investičně velmi náročná a vyžaduje značné dlouhodobé investice. To se odráží v malém procentu výrobců užitkového skla s výrobou větší než 20 tun za den. Přestože těchto několik společností produkuje většinu výroby EU, je odvětví užitkového skla neobvyklé v tom, že existuje velký počet menších, méně investičně náročných hutí, specializujících se obvykle na kvalitní ruční výrobky nebo specializované segmenty trhu. Tato malá množství skla se mohou vyrábět v pánvových pecích a denních vanách, jejichž stavba a provoz jsou relativně levné, ale nikdy nemohou ekonomicky konkurovat velkoobjemovým trhům. K výrobě užitkového skla se používá celá řada velikostí a typů pecí a podle toho se bude měnit i interval oprav pecí. Velké pece otápěné fosilním palivem poběží 5 až 8 let, než bude nutná větší oprava. U elektrických pecí to bude 3 až 6 let a u pánvových pecí 10 až 20 let při výměně pánví po 3 až 12 měsících. U typické elektrické pece vyrábějící 30 tun olovnatého křišťálu za den bude stát větší oprava (mimo tvarovacích strojů) kolem 2 mil. eur, nová pec pak 8 mil. eur. U typické pece otápěné fosilním palivem vyrábějící 130 tun sodnovápenatého skla za den bude stát větší oprava (mimo tvarovacích strojů) kolem 4 mil. eur, nová pec pak vyjde na 12 mil. eur.
Sklářský průmysl
23
Kapitola 1
1.6.4 Hlavní ekologické problémy Obecně jsou suroviny pro výrobu užitkového skla relativně neškodné přírodní nebo syntetické látky. Výjimkou je olovnatý křišťál nebo křišťálové sklo, kde se používá oxid olovnatý a někdy oxid antimonitý nebo arsenitý, které vyžadují pečlivé zacházení a skladování, aby nedošlo k emisím. Odvětví produkuje relativně nízké hladiny odpadů a většina interně vyrobených střepů se recykluje. Tam, kde to kvůli kvalitativním omezením není možné, jsou střepy obvykle recyklovány ve výrobě obalového skla (s výjimkou olovnatého křišťálu a křišťálového skla). Obecně není používání externích skleněných střepů v tomto procesu proveditelné kvůli již zmiňovaným vysokým požadavkům na kvalitu. Většina zařízení na výrobu užitkového skla by neměla mít větší problémy se znečištěním vody. Voda se většinou používá na mytí a chlazení a lze ji řádně recyklovat nebo upravovat. Používání toxičtějších složek v olovnatém křišťálu nebo křišťálovém skle však možnost znečištění zvyšuje. Emise lze minimalizovat a zbytkovou hladinu znečištění lze upravit standardními metodami. Jako u ostatních sklářských odvětví jsou hlavními ekologickými problémy souvisejícími s výrobou užitkového skla vysoká teplota a energeticky náročné procesy. U pecí otápěných fosilním palivem z toho vyplývají emise produktů ze spalování a z vysokoteplotní oxidace atmosférického dusíku, tj. vznik oxidu siřičitého, oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Pecní emise rovněž obsahují prach a stopová množství chloridů, fluoridů a kovů vznikající z těkání a následné kondenzace těkavých materiálů kmene přítomných ve kmeni. Používání specifických surovin, které finálnímu produktu propůjčují konkrétní vlastnosti, může způsobit emise fluorovodíků z opálového skla vyráběného s použitím surovin obsahujících fluor, sloučenin boru z boritokřemičitých skel, oxidů dusíku z používání dusičnanů atd. Tam, kde se provádí leštění kyselinou, musí se uvážit problémy s vodou, vzduchem a odpady. K minimalizaci všech těchto emisí existují technická řešení, ale každá technika je spojena s finančními a ekologickými dopady. V posledních letech byla provedena ekologická opatření, která podstatnou měrou snížila emise a spotřebu energie.
24
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.7 Speciální (technické) sklo 1.7.1 Přehled odvětví [26, Special 1998] [73, Special Glass Proposal 2007] V roce 2005 dosahovala produkce odvětví speciálního skla cca 2,1 % výroby sklářského průmyslu, a podle tonáže se jednalo o páté největší odvětví. Bez vodního skla odvětví vyprodukovalo 0,770 milionů tun výrobků (viz Tabulka 1.13), ale celková výrobní kapacita činila 1,29 milionů tun. Speciální sklo je extrémně rozsáhlé odvětví, které zahrnuje širokou škálu produktů relativně vysoké hodnoty, např.: sklo na katodové trubice (CRT) (stínítka a kónusy); osvětlovací sklo (trubice a baňky); trubice z boritokřemičitého skla, laboratorní a technické sklo; borosilikátová a keramická skla (nádobí a vysokoteplotní zařízení pro domácnosti) a optické sklo, křemenné sklo a sklo pro elektrotechnický průmysl (např. LCD displeje). Odvětví speciálního skla se do určité míry překrývá s dalšími odvětvími sklářství, zvláště s odvětvím užitkového skla (některé boritokřemičité a sklokeramické výrobky). To není považováno za významnější problém, protože tyto výrobky představují jen malou část výroby v odvětví. Skleněné trubice a baňky tvořící 53,5 % a CRT sklo tvořící 21,7 % celkové kapacity představovaly hlavní výrobky odvětví speciálního skla. V roce 2005 a 2007 ukončilo výrobu sedm zařízení vyrábějících CRT stínítka a kónusy ve Velké Británii, Francii, Německu, Litvě a ČR, čímž v Evropě zůstal jediný výrobce CRT skla s jedním zařízením v Polsku, které je vlastněno indickým soukromým konglomerátem Videocon. Zatímco osvětlovací sklo, boritokřemičité sklo a sklokeramika jsou většinou nad hranicí produkce 20 tun za den určené Směrnicí 2010/75/EU o průmyslových emisích, objem výroby většiny menších výrobců malosériových speciálních výrobků, jako je optické sklo a sklo pro elektrotechnický průmysl, často nedosahuje této hranice. Jsou zde rovněž některá integrovaná zařízení vyrábějící větší rozsah malosériových a velkosériových výrobků a v těchto případech může celková produkce přesahovat hranici 20 tun za den. Vodní sklo (křemičitan sodný) se vyrábí tavením písku a kalcinované sody, přesto se obvykle zahrnuje do chemického průmyslu. Tato činnost spadá do definice podle Odstavců 3.3 a 3.4 Dodatku I ke Směrnici 2010/75/EU: Pro účely původního referenčního dokumentu BREF pro sklářský průmysl přijatého v r. 2001 byla tato činnost považována za součást odvětví speciálního skla, ale nyní tuto výrobu řeší referenční dokument BREF pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií – pevných látek a ostatních (LVIC-S) [http://eippcb.jrc.es/reference/].
Sklářský průmysl
25
Kapitola 1
1.7.2 Výrobky a trhy [26, Special 1998] [73, Special Glass Proposal 2007] Tabulka 1.13 uvádí výrobu podle jednotlivých částí odvětví. CRT sklo a skleněné trubice a baňky tvoří téměř 80 % kapacity. Tabulka 1.13: Rozdělení odvětví speciálního skla za rok 2005 Výroba Kapacita Typ skla (tuny) (t/rok)
Kapacita odvětví (%)
CRT sklo (stínítka a kónusy)
230 000
280 000
21,7
Skleněné trubice a baňky
384 000
692 000
53,5
Boritokřemičité sklo (vyjma trubic)
50 000
90 000
7,0
Ostatní osvětlovací sklo (vyjma křemenného skla, trubic a baněk)
30 000
60 000
4,6
Sklokeramika
55 000
120 000
9,3
Křemenné sklo
5000
15 000
1,2
Optické sklo
6000
10 000
0,8
Jiné typy skel
10 000
25 000
1,9
Speciální sklo celkem
770 000
1 292 000
100,0
Pozn.: Vodní sklo je nyní zahrnuto v referenčním dokumentu BREF pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií – pevných látek a ostatních (LVIC-S) Zdroj: [74, Special Glass breakdown 2007]
Nejdůležitější výrobky a trhy v odvětví speciálního skla jsou uvedeny níže. Sklo pro katodové trubice
(CRT) a ploché panely Pokles trhu s kónusovými částmi CRT obrazovek jde ruku v ruce s rychlým nárůstem výroby skla pro ploché panely, zejména pro použití v TV obrazovkách a počítačových monitorech. Většina zařízení se nachází poblíž hlavních zařízení na výrobu LCD panelů, tedy v Asii. Na jejich výrobu se používá buď metoda plavení skla, nebo metoda vertikálního tažení. Jediná evropská plavicí vana pro výrobu skleněných panelů byla zatím postavena v Německu společností Schott AG. V roce 2008 bylo toto zařízení stále ve fázi poskytování vzorků zákazníkům spíše než ve fázi skutečného obchodu. Osvětlovací sklo Objem výroby osvětlovacího skla zůstává stále vysoký. Toto odvětví zahrnuje výrobu žárovek a zářivek (jak pro domácí, tak veřejné použití), halogenových žárovek a automobilových reflektorů. S tím, jak jsou skleněné kryty automobilových reflektorů nahrazovány polymery, klesá i jejich výroba. Výroba osvětlovacího skla je celkově vyspělý obor, ale je stále mírně narušován dovozem z východní a jihovýchodní Asie. Malou část tohoto odvětví, která však má vysokou přidanou hodnotu, tvoří výroba odrazových zrcadel a tepelných / UV filtrů pro videoprojektory. Skleněné trubice Výroba skleněných trubic je určena především pro farmaceutické a lékařské účely. Přestože již bylo řečeno, že z dlouhodobého hlediska může být tento obchod ohrožen polymerními materiály, trh každoročně vykazuje růst o několik procentních bodů, a evropská výrobní zařízení běží již od roku 2005 na plnou kapacitu.
26
Sklářský průmysl
Kapitola 1
Kromě využití ve farmacii jsou skleněné trubice rovněž využívány v osvětlovacím skle a v žárovkách. Výroba je rozložena po celé EU, přičemž nejvyšší objem výroby připadá na Německo. Tento druh výrobků vyrábí 11 společností: Schott, Osram a Technische Glaswerke Ilmenau (Německo); Philips (Nizozemsko); Demaglass (Velká Británie); Gerresheimer Pisa a Neubor Glass (Itálie); Lawson Mardon Wheaton (Francie); Averti (Španělsko); EMGO (Belgie), General Electric (Maďarsko).
Sklokeramika Výroba sklokeramiky stále rostla tempem cca 10 % za rok (a proto se hodnoty produkce od r. 1997 téměř zdvojnásobily). Hlavní trh představují keramické sporákové varné desky a okna krbových kamen. Dvě evropské společnosti (Schott, Německo a Keraglass, Francie) vyrábějí „zelené sklo“ výhradně v Evropě, obecně za vysokých teplot a s použitím technologie vysokoteplotního tavení. Pokud jsou výrobky prodávány mimo Evropu, jsou přepravovány jako zelené sklo a konečná úprava (např. „keramizace“ a zdobení) se provádí poblíž finálního výrobce (např. USA, Čína). Některé společnosti rovněž taví zelené sklo v Číně, ale tyto výrobky zatím nedosahují stejných standardů designu a kvality jako výrobky evropské. Boritokřemičité sklo (mimo trubic) Používání boritokřemičitého skla ve spotřebních výrobcích (např. konvice na kávu, varné nádobí, nádobí do mikrovlnné trouby, laboratorní vybavení a komponenty pro chemické závody) představuje velmi vyspělé odvětví. V době psaní tohoto dokumentu (2010) byla část trhu zásobována z tzv. zemí s nízkými platy a odvětví laboratorního skla bylo stále více ohrožováno polymerními materiály a alternativními produkty na jedno použití. V současnosti vysoká cena surovin pro výrobu polymerů tento trend obrací zpět ve prospěch boritokřemičitého skla, které tak získává zpět svůj tržní podíl. Novou rostoucí oblastí uplatnění boritokřemičitého skla je jeho využití na výrobu skleněných trubic, které jsou součástí reflexních panelů solárních elektráren. Optické a brýlové sklo Výroba optických a brýlových skel jsou dvě vyspělá odvětví. I přes některá technická omezení byla úroveň produkce v Evropě zachována na poměrně dobré úrovni. Podíl brýlových čoček z polymerních materiálů stále roste. V některých oblastech světa však sklo stále zaujímá významnou část trhu. V oblasti optického skla je mnoho náročných aplikací, jejichž požadavky mohou splnit pouze skleněné výrobky. Toto odvětví je velmi segmentované s maloobjemovou individuální výrobou. Jsou pro něj charakteristická vysoká přidaná hodnota a různá složení kmenů a receptury vyžadující zvláštní suroviny, které často propůjčují sklu jedinečné vlastnosti. Pece vyrábějí 20–200 t/den (sodnovápenaté sklo) a 20–50 t/den (boritokřemičité sklo). Při výrobě sodnovápenatého skla se využívají převážně příčně otápěné regenerativní pece, zatímco výroba boritokřemičitého skla používá většinou elektricky otápěné a v některých případech i rekuperativní a kyslíkopalivové pece. Tabulka 1.14 uvádí hlavní zařízení na výrobu speciálního skla v EU. Tabulka 1.14: Geografické rozdělení hlavní výroby speciálního skla v EU Členský stát Druh výroby Skleněné trubice/baňky/sklokeramika Německo Ploché panely CRT sklo Polsko Skleněné baňky Boritokřemičité varné nádobí Francie Skleněné trubice/baňky/sklokeramika Itálie Skleněné trubice Belgie Skleněné trubice/baňky Nizozemsko Skleněné trubice/baňky Velká Británie Skleněné trubice/baňky Španělsko Skleněné trubice/baňky Maďarsko Skleněné baňky/osvětlovací prvky Rakousko Reflektory Celkem
Sklářský průmysl
Zařízení 3 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 6 1 22
27
Kapitola 1
1.7.3 Obchodní a finanční úvahy [26, Special 1998] [19, CPIV 1998] [73, Special Glass Proposal 2007] Druhy speciálního skla sahají od vyspělých zavedených obchodů až po vývojové trhy, některé společnosti pracují pro širokou škálu trhů. Růst, zisky a perspektivy se mohou pro každou část odvětví dost lišit. Například v roce 1996 vykazovala výroba CRT skla pro počítačové monitory v Evropě velmi vysoký růst, zatímco poptávka po optickém skle v Evropě stagnovala v důsledku konkurence ze strany alternativních materiálů. Celkový růst odvětví v letech 1986 až 1996 byl stabilní a hodnota výroby vzrostla z 1750 na 2760 mil. eur. V roce 2005 již byla úplně jiná situace – poklesla poptávka po kónusových částech CRT obrazovek a rostl trh s plochými panely. V roce 2005 činil vývoz speciálního skla z EU 81 716 tun a dovoz 90 773 tun, což představuje značný obchodní deficit. Nejvíce (cca 45 %) se dovezlo z jihovýchodní a východní Asie, z toho 21,4 % z Číny. Rozsáhlá výroba skla je značně investičně náročná a vyžaduje velké dlouhodobé investice a technické zkušenosti. To se odráží v omezeném počtu výrobců speciálního skla v EU vyrábějících více než 20 t/den. Přestože těchto pár společností produkuje většinu výroby v EU, je v tomto odvětví velký počet menších méně investičně náročných zařízení specializujících se často na vysoce kvalitní a technicky náročné výrobky. Tato malá množství skla se vyrábí v malých pecích, které jsou často elektricky otápěné a provozují se pro krátké kampaně. Navzdory svému rozsahu tyto činnosti obvykle rovněž vyžadují značné dlouhodobé investice do vysoce kvalitního zařízení, zkušených zaměstnanců a rozsáhlého výzkumu a vývoje. Odvětví speciálního skla využívá celou řadu pecí a podle toho se také mění interval mezi opravami. Velké pece na speciální sklo otápěné fosilním palivem poběží 6 až 7 let, než bude nutná větší oprava. U elektricky otápěných pecí je interval mezi přestavbami 3 až 4 roky. Vzhledem k širokému záběru odvětví je obtížné odhadnout náklady; příklady investičních nákladů souvisejících s hlavními produkty odvětví speciálního skla jsou uvedeny v Tabulce 1.15. Tabulka 1.15: Investiční náklady na zařízení na výrobu speciálního skla Celková investice Výrobní jednotka Kapacita Výkon za rok (v mil. eur) Boritokřemičité varné nádobí, 1 pec (35–40 35–40 Obvykle 26 mil. ks laboratorní sklo atd. t/den) Sklokeramické sporákové desky
1 pec (65 t/den)
3,5 mil. ks
75
Skleněné trubice, tavení a tažení
2 pece (30–35 t/den)
16 000 tun – netto
50–70
Osvětlovací sklo (sodnovápenaté)
1 pec (80 t/den)
100 mil. ks
40–50
Zdroj: [161, Special glass 2008]
28
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.7.4 Hlavní ekologické problémy [73, Special Glass Proposal 2007] Široký záběr a zvláštní povaha výrobků v odvětví speciálního skla vedou k používání širší škály surovin než v mnoha jiných odvětvích. Některé výrobky (kónusy pro CRT obrazovky, optické olovnaté sklo) obsahují vysoké množství oxidu olovnatého (přes 20 %). Některá složení mohou vyžadovat speciální čeřiva, jako jsou oxidy arsenu a antimonu a některá optická skla mohou obsahovat až 35 % fluoru a 10 % oxidu arsenitého. Odvětví produkuje relativně nízké hladiny odpadů a většina interně vyrobených střepů se recykluje. Využívání externích a spotřebitelských střepů je zde z kvalitativních důvodů omezeno. Ve snaze usnadnit recyklaci odpadního skla byly vyvinuty iniciativy vedoucí ke standardizaci složení CRT skla, ale v době psaní tohoto dokumentu (2010), došlo k dramatickému snížení výroby CRT obrazovek v EU, jak je uvedeno v Oddíle 1.7.1. Voda se v tomto odvětví většinou používá na mytí a chlazení a lze ji řádně recyklovat nebo upravovat. Výroba speciálního skla může zvláště u olovnatých skel vést ke znečištění vody produkty leštění a broušení. Emise lze minimalizovat vhodnými technikami pro zacházení s materiálem a zachycení rozlitých látek a zbytkové hladiny znečištění lze upravit standardními metodami. Hlavním ekologickým problémem spojeným se všemi sklářskými pecemi otápěnými fosilním palivem je vysoká teplota a energeticky náročné procesy. Z toho vyplývají emise produktů ze spalování a z vysokoteplotní oxidace atmosférického dusíku, tj. vznik oxidu siřičitého, oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Pecní emise rovněž obsahují prach a stopová množství chloridů, fluoridů a kovů přítomných jako nečistoty v surovinách. Používání specifických surovin, které finálnímu produktu propůjčí konkrétní vlastnosti, může způsobit emise fluorovodíku ze surovin obsahujících fluor, sloučenin boru z boritokřemičitých skel, oxidů dusíku z používání dusičnanů a kovů z čeřících nebo odbarvovacích činidel (např. Sb, As, Se). Při používání toxických složek kmene je třeba provádět vhodná opatření jako prevenci vzniku emisí již během manipulace a skladování a především z pece. K minimalizaci všech těchto emisí existují technická řešení, ale každá technika je spojena s finančními a ekologickými dopady. V posledních letech byly provedeny kroky, které významně snižují emise a energetickou spotřebu jak primárními, tak sekundárními technikami.
1.8 Minerální vlna 1.8.1 Přehled odvětví [27, EURIMA 1998] [69, EURIMA data collection 2007] Odvětví minerální vlny představuje přibližně 10 % celkové výroby sklářského průmyslu. Zahrnuje výrobu izolačních materiálů ze skelné a kamenné vaty, které jsou v podstatě náhodně proplétanou masou vláken různé délky spojených pojivem na bázi pryskyřice. I když se k označení skleněné vaty někdy používá pojem „skleněné vlákno“, nesmí se izolační vlákno zaměňovat za výrobky z odvětví nekonečného, textilního vlákna, které se vyrábějí jinými postupy a prodávají se na jiných trzích. V roce 2005 odvětví přímo zaměstnávalo přes 21 000 osob v 62 zařízeních a objem výroby dosáhl 3,6 mil. tun výrobků v hodnotě kolem 3 mld. eur. Mezi lety 1996 (EU-15) a 2005 (EU-25) vzrostl objem výroby ze 2 milionů na 3,62 miliony tun. V EU operuje pět hlavních výrobců: Saint-Gobain (21 zařízení ve 13 členských státech), Rockwool International (15 zařízení v 10 členských státech), Paroc (7 zařízení ve 4 členských státech), URSA (7 zařízení v 7 členských státech: Španělsku, Francii, Belgii, Německu, Slovinsku, Maďarsku a Polsku) a Knauf Insulation/Heraklith (které se sloučily v r. 2006, s 10 zařízeními v 6 členských státech).
Sklářský průmysl
29
Kapitola 1
Většina z těchto společností má provozy v zemích mimo EU nebo v jiných odvětvích. V EU existuje rovněž několik nezávislých výrobců. Geografické rozdělení odvětví minerální vlny, odhadovaný podíl výroby a rozdělení podle velikosti zařízení uvádí Tabulky 1.16 a 1.17. V těchto tabulkách však není zahrnuto nové zařízení, které bude postaveno v Angers ve Francii. Tabulka 1.16: Počet zařízení na výrobu minerální vlny v členských státech EU-27 Přibližný procentní podíl Členský stát Počet zařízení výroby v EU Německo Polsko Francie Nizozemsko Velká Británie Dánsko Finsko Španělsko Švédsko Belgie ČR Slovinsko Maďarsko Slovensko Rakousko Itálie Litva Portugalsko Řecko Irsko Rumunsko Bulharsko Kypr Estonsko Lotyšsko Lucembursko Malta
10 6 5 2 5 3 5 4 3 2 2 3 3 1 2 2 1 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0
18,1 13,3 10,2 8,8 7,1 5,8 5,6 4,8 4,2 4,1 3,4 3,0 2,7 2,2 1,9 1,5 1,4 1,0 0,8 0,2 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Celkem
64
3 654 333 tun
Zdroj: [69, EURIMA data collection 2007] [133, EURIMA Contribution November 2008]
Tabulka 1.17 uvádí počet zařízení spadajících do specifikovaných rozsahů výroby v roce 2005. Některá zařízení provozují více než jednu pec. Tyto údaje představují skutečnou výrobu v roce 2005 a odhaduje se, že většina zařízení je provozována 10 až 20 % pod plnou kapacitou. Průměrná výroba na jedno zařízení byla v roce 2005 kolem 58 064 tun. Je třeba vzít v potaz, že tyto hodnoty uvádějí tonáž a danou aplikaci. Výrobky z kamenné vaty jsou podstatně hutnější než výrobky ze skleněné vaty, zvláště ve spodním rozsahu měrné hmotnosti. Tabulka 1.17: Počet zařízení na výrobu minerální vlny ve specifikovaných rozsazích výroby Rozsah výroby (t/den)
<27
27 až 82
82 až 164
164 až 274
>274
Rozsah výroby (t/rok)
<10 000
10 000 až 30 000
30 000 až 60 000
60 000 až 100 000
>100 000
4
12
24
17
7
Počet zařízení v každém rozsahu
Pozn.: Počet provozních dnů/rok: 350 Zdroj: [69, EURIMA data collection 2007] [133, EURIMA Contributions November 2008]
30
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.8.2 Výrobky a trhy [27, EURIMA 1998] Minerální vlna byla poprvé vyrobena v roce 1864 působením paprsku páry na roztavenou strusku vytékající z vysoké pece. Komerční patenty a výroba začaly kolem roku 1870. Trh začal významně růst během druhé světové války, kdy panovala poptávka po levných prefabrikovaných obydlích, která by nahradila poškozené domy. V roce 1943 bylo v samotných Spojených státech vyrobeno přes 500 000 tun minerální vlny. V rozvinutějších zemích byla izolace univerzálně akceptována a začlenila se do téměř všech forem výstavby. Kromě tepelných vlastností izolace z minerální vlny disponuje i dobrými akustickými a protipožárními vlastnostmi. Hlavními výrobky jsou izolační trubice s nízkou hustotou, desky se střední a vysokou hustotou, volná vata pro foukání a izolace trubek. Tyto produkty se používají hlavně jako: stavební tepelná izolace (stěny, střechy, podlahy atd.), při vytápění a ventilaci, v průmyslových (technických) zařízeních (potrubí, nádoby, chemická zařízení, plovoucí plošiny, námořnictví), jako protipožární ochrana, akustické aplikace (pohlcování zvuku a zvuková izolace), jako inertní hydroponická média a k úpravě půdy. Skelnou a kamennou vatu lze v řadě aplikací zaměnit, ale u některých aplikací je třeba upřednostnit konkrétní výrobek. Kamenná vata se obvykle upřednostňuje u aplikací, kde se vyžaduje ochrana před vysokou teplotou a protipožární ochrana a skelná vata se používá tam, kde je důležitá nízká hmotnost. Nejvýznamnějším odbytištěm pro minerální vlnu je stavebnictví, které spotřebovává až 70 % celkové výroby a silně závisí na převládajících ekonomických podmínkách a právním rámci. Přes potřebu technických znalostí nutných pro výrobu vláknité izolace, je tato izolace v podstatě komoditním produktem. Je zde málo možností rozlišení výrobků konkurujících si na stejných trzích a konkurence spočívá hlavně v ceně. To vedlo k podstatnému snížení nákladů a snižování stavů v tomto odvětví. Cenová konkurence je menší na trhu s „technickými“ výrobky, který vyžaduje výrobky s vyšší přidanou hodnotou, jako jsou např. potrubní izolační pouzdra pro vysoké teploty a protipožární ochranu. Pro poměrně malý rozsah teplot požadovaný pro stavebnictví se nabízí široká paleta alternativních izolačních materiálů, z nichž nejběžnějšími jsou: pěnová plastická hmota (hlavní konkurent), celulózové vlákno (rozdrcený novinový papír), vermikulit a perlit a pěnové sklo. Žádný z těchto materiálů se nemůže minerální vlně rovnat ve všech oblastech (nízká cena, tepelné vlastnosti, akustické vlastnosti, hořlavost, snadná instalace), ale všechny mají své místo na trhu.
1.8.3 Obchodní a finanční úvahy [27, EURIMA 1998] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] Odvětví minerální vlny je velmi vyspělý obchod, který roste o cca 3 % za rok a je stále více konkurenceschopný. Výrobky z minerální vlny mají nízký poměr ceny k objemu, což omezuje vzdálenost, na kterou je možné je hospodárně přepravovat. Navzdory této skutečnosti existuje uvnitř EU významný obchod, ale obchod se zeměmi mimo EU představuje méně než 5 % výroby. Je logické, že největší objem obchodu mimo EU mají členské státy, které hraničí se státy nečlenskými. Výroba minerální vlny je činnost investičně velice náročná, vyžadující významné finanční zdroje, dlouhodobé investice a značnou technickou zkušenost. Tyto požadavky vytváří významnou bariéru vůči vstupu na trh a většina výrobců jsou proto velké společnosti s dlouhou historií na trhu. V tomto odvětví je pouze několik málo nezávislých výrobců. V odvětví výroby minerální vlny se při výrobě skleněné vaty používají kyslíko-palivové, rekuperativní a elektrické pece, zatímco při výrobě kamenné vaty převládají kupolové pece s předehřátým vzduchem.
Sklářský průmysl
31
Kapitola 1
Pece mají omezenou životnost a intervaly mezi jejich přestavbami se liší v závislosti na jejich designu. Rekuperativní a kyslíkopalivové pece budou pracovat 8 až 12 let, než bude zapotřebí velká oprava. U elektrických pecí to bude 3–6 let. Kupolové pece pracují kampaňovitě a interval mezi výhasy obvykle činí 1 až 3 týdny. Typické zařízení na výrobu skelné vaty s objemem výroby 60 000 tun za rok by představovalo investici cca 100 milionů eur. Zařízení na výrobu kamenné vaty s podobným objemem (tj. přibližně 120 000 tun za rok) by představovalo podobnou investici. Náklady na přestavby sklářských pecí jsou srovnatelné s ostatními odvětvími.
1.8.4 Hlavní ekologické problémy Stejně jako všechny sklářské činnosti je výroba minerální vlny vysokoteplotní energeticky náročný proces. U pecí otápěných fosilním palivem z toho vyplývají emise produktů ze spalování a z vysokoteplotní oxidace atmosférického dusíku, tj. vznik oxidu siřičitého, oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Pecní emise rovněž obsahují prach a stopová množství chloridů, fluoridů a kovů přítomných jako nečistoty v surovinách. V odvětví výroby minerální vlny jsou dva další důležité zdroje emisí: tvarovací zóna (kde se pojivo aplikuje na vlákna) a vytvrzovací pec (kde se výrobek suší a vytvrzuje se pojivo). Emise z tvarovací zóny budou pravděpodobně obsahovat významný podíl pevných částic, fenolu, formaldehydu, čpavku a vody. Emise z vytvrzovací pece budou obsahovat těkavé složky pojiv, produkty rozkladu pojiv a produkty spalování z pecních hořáků. K minimalizaci všech těchto emisí existují technická řešení, ale každá technika je spojena s finančními a ekologickými dopady. Ve výrobě minerální vlny bylo dosaženo značných ekologických zlepšení. Byly podstatně sníženy emise a bylo dosaženo velkých úspor ve spotřebě energie. Obecně by výroba minerální vlny neměla představovat větší problémy se znečištěním vody. Základní procesy spotřebovávají vodu, zejména kvůli výparu z tváření a z vytvrzovací pece. Systémy zásobování užitkovou vodou většinou využívají uzavřenou recyklaci s doplňováním čisté vody, ale je potřeba zavést opatření proti kontaminaci systému zásobování čistou vodou. Emise lze minimalizovat vhodnými technikami pro zacházení s materiálem a zachycení rozlitých látek a zbytkové hladiny znečištění lze upravit standardními technikami. Při posuzování celkového dopadu tohoto odvětví na životní prostředí je dobré uvážit některé ekologické výhody související s jeho výrobky. Výroba minerální vlny vyžaduje relativně málo energie ve srovnání s potenciálními úsporami během používání výrobku. Výrobky z minerální vlny mohou za necelý jeden měsíc používání ušetřit kompletní množství energie použité k jejich výrobě. Po 50 letech používání, což je u budov běžné, může být množství ušetřené energie 1000x větší než množství energie spotřebované během výroby. Jestliže porovnáme typické emise CO2 z elektráren otápěných fosilním palivem, může výrobek po 50 letech používání ušetřit rovněž 1000násobek množství CO2 emitovaného během výroby. Při vyšších teplotách (např. u trubek, bojlerů a technologických zařízení) mohou být úspory podstatně vyšší a návratnost ekologických investic lze počítat na dny místo na týdny.
32
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.9 Vysokoteplotní izolační vata 1.9.1 Přehled odvětví [41, ECFIA 1998] [ 1 1 6 , ECFIA 2008] [143. ECFIA November 2008] Tento dokument probírá pouze výrobu „amorfní“' vysokoteplotní izolační vaty (HTIW) tavením nerostných materiálů. Některé izolační vaty (např. polykrystalickou vatu – PCW) lze vyrábět metodou solgel, což je chemický proces, ale tyto činnosti nespadají pod definice Odstavců 3.3 a 3.4 Dodatku I Směrnice 2008/1/ES a nejsou proto zahrnuty do tohoto dokumentu. V EU jsou v současné době (2010) v provozu čtyři výrobní provozy, jejichž odhadovaná produkce v roce 2005 činila 42 750 tun (což odpovídá 0,11 % celkové produkce sklářského odvětví a 1,2 % produkce odvětví minerální vlny). Tato výroba je umístěna ve Velké Británii, ve Francii a v Německu. V EU působí tři společnosti: Thermal Ceramics (jedno výrobní zařízení), Unifrax (dvě zařízeni) a Rath (jedno zařízení). Tabulka 1.18 uvádí geografické rozdělení výrobních zařízení. Tabulka 1.18: Rozdělení zařízení na výrobu vysokoteplotní izolační vaty v členských státech EU Členský stát Počet zařízení Francie 2 Německo 1 Velká Británie 1 Celkem 4
1.9.2 Výrobky a trhy [41, ECFIA 1998] [116, ECFIA 2008] [70, VDI 3469-1 2007] [71, VDI 3469-5 2007] [129, EN 10941 2008] [176, TRGS 619 2007] V podstatě existují dva druhy anorganické vysokoteplotní izolační vaty (HTIW). Kromě nejčastěji používané amorfní vaty (AES a ASW/RCF) se rovněž vyrábí vata polykrystalická (PCW). Přísně vzato na základě svého chemického složení patří AES vata mezi minerální vlnu. S ohledem na specifičnost jejího použití v oblasti vysokoteplotních aplikací je však uváděna mezi vysokoteplotní izolační vatou. Amorfní vysokoteplotní izolační vata s obsahem až 58 % Al2O3 se vyrábí tavením. Podle evropské normy EN 1094-1 (Žáruvzdorné výrobky izolační – část 1.: Terminologie, klasifikace a metody zkoušení žáruvzdorných izolačních vláknitých výrobků – viz www.cen.eu/cenorm/index.htm), lze amorfní vysokoteplotní izolační vatu uváděnou v tomto dokumentu roztřídit následovně:
• hlinitokřemičitá vata (ASW) také známá jako žáruvzdorná keramická vlákna (RCF) o hlinito-křemičitá vata (vysoké čistoty) o hlinito-křemičito-zirkoničitá vata. • alkalozemitá křemičitá vata (AES): o vápenato-křemičitá vata o vápenato-hořečnato-křemičitá vata o vápenato-hořečnato-zirkoničito-křemičitá vata o hořečnato-křemičitá vata.
Sklářský průmysl
33
Kapitola 1
Vápenato-hořečnato-zirkoničito-křemičitá vata se již nevyrábí, ale stále se nachází v některých zařízeních. Všechny produkty v odvětví vysokoteplotní izolační vaty mají následující společné vlastnosti:
• • • •
nízkou objemovou hmotnost nízkou tepelnou jímavost nízkou tepelnou vodivost a téměř neomezenou odolnost vůči tepelnému šoku.
Výrobky z ASW/RCF jsou obzvlášť vhodné pro dosažení značných úspor energie u vysokoteplotních aplikací mezi 600 °C a až 1400 °C. Vaty AES (z křemičitanů alkalických zemin) jsou složeny z amorfních vláken vyrobených tavením kombinace CaO, MgO, SiO2 a ZrO2. Tyto produkty se obecně používají v aplikacích, kde se dosahuje teplot <1200 °C. Obrázek 1.2 ukazuje nejpoužívanější tepelně izolační vaty pro použití při teplotách mezi 600 a 1800 °C.
Zdroj: [71, VDI 3469-5 2007] [116, ECFIA 2008] [129, EN 1094-1 2008] Obrázek 1.2: Nejpoužívanější vysokoteplotní izolační vaty pro použití při teplotách mezi 600 °C a 1800 °C
Amorfní hlinito-křemičitá vata (ASW/RCF) se používá zejména jako vysokoteplotní izolační materiál (600–1400 °C) pro průmyslová zařízení (90 % pro vyzdívky pecí a průmyslové izolace, 8 % pro automobilový průmysl a 2 % pro protipožární ochranu). Skleněná vata z křemičitanů alkalických zemin (AES) se používá zejména v domácnostech (33 %), jako průmyslová izolace (45 %), požární ochrana (12 %), v automobilech (4 %) a při ostatních použitích (6 %). Hlavními výrobky jsou volná vata, rohože (plsti nebo moduly), desky, papír, vakuově tvarované díly a textilie. Všechny výše uvedené produkty se vyrábějí z volné vaty. Velké množství těchto produktů nakupuje tradiční těžký průmysl (např. chemický, petrochemický, železa a oceli, keramický, sklářský, neželezných kovů, cementářský atd.). Výrobky z vysokoteplotní izolační vaty mají relativně vysokou cenu a lze je tak hospodárně transportovat na všechny světové trhy. Kromě použití v pecích je tyto výrobky možné snadno přeměnit nebo začleňovat do dalších výrobků, jako jsou např. automobilové katalyzátory, filtry pevných částic, [177, VDI 3677 Part 1, draft edition 2009] těsnění, vyložení pístů a ochranné tepelné clony. Okolo 30–40 % primárních výrobků se používá jako komponenty k sekundárním účelům.
34
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.9.3 Obchodní úvahy [41, ECFIA 1998] [116, ECFIA 2008] Odvětví vysokoteplotní izolační vaty vyrábí specializované výrobky zejména pro průmyslové použití. V porovnání s celkovým odvětvím výroby minerální vaty, se jedná o nepatrné odvětví (1,2 %), které je ještě menší v porovnání se sklářským průmyslem jako takovým (0,11 %). V roce 2008 byly v EU pouze tři společnosti, které vyráběly amorfní vysokoteplotní izolační vatu, což je důsledkem konsolidace uvnitř tohoto odvětví. Hlavním faktorem ovlivňujícím odvětví výroby vysokoteplotní izolační vaty jsou výrobní náklady (energie, suroviny a práce). Odhadovaná cena výstavby nového zařízení s kapacitou typickou pro tento obor je 6–8 mil. eur. Pece jsou elektricky otápěny a mají životnost 10 až 20 let; odhadovaná cena nové pece činí 100 000–200 000 eur. Renovace pecí (elektrody, vyzdívka atd. podle potřeby) se provádí zhruba každé tři měsíce a cena takové údržby se pohybuje kolem 20 000 eur. Hlavními faktory ovlivňující průmyslové uživatele těchto produktů jsou výhody plynoucí z úspor energie, snížení emisí CO2, vyšší kvality jejich výrobků a větší flexibility v provozech, kde je použitá vysokoteplotní izolační vata. Významné množství vyrobených produktů se vyváží a dovoz je relativně malý. Díky výše uvedeným výhodám ve srovnání s ostatními žáruvzdornými materiály (např. cihlami a žárobetonem) jsou výrobky z vysokoteplotní izolační vaty vhodné zejména pro dosažení značných úspor energie a snížení emisí skleníkových plynů (tj. CO2). Příkladem může být skutečnost, že s použitím modulů z vysokoteplotní izolační vaty v ocelářském průmyslu došlo k úsporám energie až o 30 % v porovnání s konvenčními materiály. U některých nízkoteplotních aplikací (<800 °C) je zde konkurence ze strany minerální vaty a u vysokoteplotních aplikací (>1300 °C) je největším konkurentem polykrystalická vata (PCW). Výrobky z kamenné a skleněné vaty jsou podstatně levnější než výrobky z ASW/RCF a AES vaty, zatímco výrobky z polykrystalické vaty jsou dražší. Díky jedinečným tepelným a fyzikálním vlastnostem vysokoteplotní izolační vaty však neexistuje žádná přímá konkurenční hrozba ze strany substitučních výrobků. Požadavky vlastního použití a technické podmínky ve výrobním procesu určují, jaký produkt je nejvhodnější, a to rovněž v porovnání s izolačními ohnivzdornými cihlami a žárobetonem.
1.9.4 Hlavní ekologické problémy [116, ECFIA 2008] Na rozdíl od jiných odvětví sklářského průmyslu výroba vysokoteplotní izolační vaty využívá výhradně elektrické odporové pece, což se odráží v malém množství přímých emisí, které lze snadno kontrolovat (filtry na odstranění prachu). Hlavní ekologický problém představují emise pevných částic z následných činností, které mohou obsahovat úlomky skelných vláken, do ovzduší. Tento problém lze řešit pomocí filtračních systémů. V souladu s definicí Směrnice 67/548/EHS o označování nebezpečných látek (viz Nařízení (ES) č. 1272/2008) byla hlinito-křemičitá skelná vata / žáruvzdorná keramická vlákna (ASW/RCF) zařazena mezi karcinogeny 2. kategorie. Toto zařazení bylo převzato do Směrnice č. (ES) No 1272/2008 o klasifikaci, označování a balení látek a směsí. AES vata byla z této kategorie vyňata. Na základě této klasifikace je třeba pečlivě kontrolovat emise skelných vláken na pracovišti a do okolního prostředí.
Sklářský průmysl
35
Kapitola 1
Objem odpadu je obecně nízký. Mohou zde rovněž vznikat malá množství vodných emisí obsahující suspendované pevné částice. Během sekundárních úprav mohou vznikat některé organické sloučeniny. Hodnoty emisí z provozů na výrobu vysokoteplotní izolační vaty jsou velmi nízké. Všechna zařízení v EU jsou v případě potřeby vybavena odprašovacími systémy.
1.10 Frity 1.10.1 Přehled odvětví [47. ANFFECC 1999] Odvětví výroby frit bývá obvykle spojováno s keramickým průmyslem, ale patří do okruhu tohoto dokumentu, protože odpovídá definici v Odstavci 3.4 Dodatku I ke Směrnici 2008/01/EC. Objem výroby frit v EU v roce 2005 byl odhadnut na 1,25 mil. tun, takže toto odvětví je ve sklářském průmyslu nejmenší. Počet zaměstnanců se těžko zjišťuje, protože pro řadu společností představuje výroba frit pouze malou část jejich činnosti. Toto odvětví vyrábí frity pro smalty a glazury, které se používají ke zdobení keramických materiálů a kovů. Skleněné nebo keramické frity tvoří kolem 95 % celkové produkce frit (keramických a smaltéřských). Odhaduje se, že v EU je kolem 50 zařízení, většinou ve Španělsku a Itálii. Španělsko je největším světovým výrobcem produkujícím více než 80 % celkové výroby EU. Geografické rozdělení zařízení na výrobu frit s celkovou kapacitou >20 t/den umístěných v Evropě je uvedeno v Tabulce 1.19. Tabulka 1.19: Rozdělení zařízení na výrobu frit s celkovou kapacitou >20 t/den (odhad pro rok 2008) Členský stát Počet zařízení Španělsko 21 Itálie 9 Německo 5 ČR 2 Francie 2 Nizozemsko 2 Polsko 2 Velká Británie 2 Portugalsko 1 Belgie 1 Rakousko 1 Celkem 48 (odhad) Zdroj:[99, ITC-C080186 2008]
V Tabulce 1.20 je uvedeno rozdělení výrobní kapacity zařízení umístěných ve Španělsku, která vyrábí většinu produkce frit. Tabulka 1.20: Počet zařízení na výrobu frit umístěných ve Španělsku ve specifikovaných výrobních rozsazích (odhad) Rozsah výroby (tuny/den) Počet zařízení v každém rozsahu
<50 4
50 až 150 12
>150 5
Zdroj: [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005][99, ITC-C080186 2008]
36
Sklářský průmysl
Kapitola 1
1.10.2 Výrobky a trhy [47, ANFFECC 1999] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] Skleněné frity se používají zejména při výrobě keramických glazur a pigmentů. Tyto glazury při nanesení na povrch keramického předmětu, jako jsou dlaždice a nádobí, a následném vypálení vytvoří odolné, ochranné a dekorativní povlaky. Frity se prodávají v čisté formě výrobcům keramického zboží, kteří si vytvoří své vlastní glazury, nebo výrobci frit dodávají přímo hotové glazury. V tomto sektoru je typické, že více než polovina vyrobených frit se používá interně pro výrobu glazur. Smaltéřské frity se používají k výrobě smaltů, které se převážně nanášejí na povrch kovů a vytvářejí chemicky a fyzikálně odolný povlak. Základním odbytištěm pro smalty je výroba nádobí a povrchová úprava sporáků, pečicích trub, grilů atd. Dalšími oblastmi použití jsou pak skladovací nádrže, sila, vany, elektronické součástky a štítky. Smaltéřské frity tvoří pouze zhruba 5 % výroby frit. Frity jsou maloobjemové produkty s dosti vysokou cenou a náklady na dopravu tvoří relativně malý podíl celkové ceny produktu. Důsledkem světové konsolidace tohoto odvětví je relativně malý počet větších zařízení zásobujících širší mezinárodní trhy. Přestože se jedná o přední a strategické odvětví v EU, je třeba zvážit hrozbu možnosti výroby frit mimo EU, neboť ekologické předpisy, cena surovin a sociální a ekonomické podmínky mohou zvýšit jejich podíl na trhu oproti fritám vyráběným v EU.
1.10.3 Komerční úvahy [47, ANFFECC 1999] [ 9 , IPC Guidance S2 3.03 1996] Objem výroby frit značně vzrostl. Španělsko v posledních letech vykazuje trvalý růst prodejů. Mezi výrobci v EU a výrobci z nečlenských zemí panuje nelítostná mezinárodní konkurence. I když většina frit vyrobených v EU se spotřebuje na vnitřním trhu, vývoz do zemí mimo EU rovněž představuje významný trh pro výrobce keramických frit. Výroba keramických frit je dobře zavedené odvětví, které zásobuje keramický průmysl již mnoho let. Konkurence ze strany ostatních typů glazur, které neobsahují frity, je velmi omezená, kvůli jejich nedostatečným technickým vlastnostem. Pro povrchovou úpravu stolního skla byly vyvinuty alternativní materiály, jako např. plasty, ale ty trpí stejnými problémy s vyluhováním jako surové glazury, zvláště v přítomnosti organických kyselin, které se běžně vyskytují v potravinách. Není známo, do jaké míry mohou plastické povlaky ovlivnit trh s glazovanými dlaždicemi. Možnosti nahrazovat smaltovací glazury jsou malé. Alternativy, jako např. laky, mohou být použity k podobným účelům, ale nemohou nahradit vlastnosti smaltů, pokud jde o odolnost proti teplu, chemikáliím a poškrábání a pokud jde o snadnost čištění.
Sklářský průmysl
37
Kapitola 1
1.10.4 Hlavní ekologické problémy Hlavním ekologickým problémem spojeným s výrobou frit je skutečnost, že výrobní procesy vyžadují vysokou teplotu a jsou energeticky náročné. Z toho vyplývají emise produktů spalování, které obsahují oxidy dusíku vzniklé vysokoteplotní oxidací atmosférického dusíku, při vysokých teplotách panujících v peci a těkáním látek ze surovin, které jsou přítomny v kmeni. Pecní emise rovněž obsahují prach vznikající z těkání a následné kondenzace těkavých materiálů, které mohou obsahovat různé prvky v závislosti na použitých surovinách a látkách použitých ve kmeni, např. stopová množství chloridů, fluoridů a kovů. V zásadě existují technická řešení k minimalizaci všech těchto emisí, ale každá technika je spojena s odlišnými finančními a ekologickými dopady, které je třeba řádně zhodnotit, aby bylo možné určit její proveditelnost. Voda se ve výrobě frit používá hlavně k chlazení a mytí zařízení. Jedná se vždy o uzavřené okruhy. Hladiny odpadů jsou velice nízké a jsou tvořeny hlavně pevnými částicemi shromážděnými z vodních okruhů. V mnoha případech lze odpad z filtrů recyklovat do pece.
38
Sklářský průmysl
Kapitola 2
2 POUŽITÉ POSTUPY A TECHNIKY První tři obecné oddíly této kapitoly se týkají tavení běžných surovin, které se používají ve většině odvětví sklářského průmyslu. Následující oddíly pak popisují jednotlivě specifické problémy každého odvětví. U tří odvětví, jmenovitě u výroby kamenné vaty, frit a vysokoteplotní izolační vaty, se některé použité suroviny a techniky odlišují. Tyto rozdíly byly diskutovány v oddílech specifických pro dané odvětví.
2.1 Manipulace s materiály Z různorodosti sklářského průmyslu vyplývá použití celé řady surovin. Většina z těchto surovin jsou pevné anorganické sloučeniny, buď minerály vyskytující se v přírodě, nebo uměle vyrobené produkty. Sahají od velice hrubých materiálů až k jemným práškům. Ve většině odvětví se také používají kapaliny a v menší míře plyny. Mezi používané plyny patří vodík, dusík, kyslík, oxid siřičitý, propan, butan a zemní plyn. Skladování a manipulace s nimi probíhá konvenčními způsoby (např. přímé potrubí, vyhrazené nádrže a tlakové lahve). Používá se široká řada kapalných materiálů, včetně těch, které vyžadují pečlivé zacházení, jako jsou fenol a silné minerální kyseliny. V průmyslu se využívají všechny standardní formy skladování a manipulace, např. skladování volně loženého materiálu, IBC kontejnery, sudy a menší nádoby. Možné techniky pro minimalizaci emisí ze skladování kapalin a z manipulace s nimi jsou diskutovány v Kapitole 4. Velmi hrubé materiály (tj. s rozměry částic nad 50 mm) se používají pouze při výrobě kamenné vaty. Tyto materiály se dopravují po železnici nebo po silnici a jsou dopravovány buď přímo do sil, nebo se skladují v boxech. Skladovací boxy mohou být otevřené, částečně nebo zcela uzavřené, v odvětví se vyskytují všechny tři typy. Při skladování hrubého materiálu v silech jsou tato sila většinou otevřená a zavážejí se dopravníkovým systémem. Materiál se pak dopravuje do pece uzavřenými dopravníkovými systémy. Materiály se jednoduše mísí současným pokládáním na podávací dopravník. Zrnité a práškové suroviny se dopravují po železnici nebo po silnici v nádržích a do skladovacích sil jsou dopravovány buď pneumaticky, nebo mechanicky. Pneumatická doprava surovin vyžaduje, aby byly suroviny absolutně suché. Vzduch unikající ze sil se obvykle filtruje. Méně objemný materiál se může dodávat v pytlích nebo sudech a do mísících nádob se obvykle přivádí samospádem. U velkých kontinuálních procesů se suroviny dopravují do menších mezizásobníků, odkud se (často automaticky) navažují, aby vytvořily přesně formulovaný „kmen“. Kmen se pak mísí a dopravuje k peci, do které se zavádí z jedné nebo více násypek. V odvětví se používají různé podávací mechanismy od zcela otevřených systémů až po zcela zakryté šnekové systémy. Aby se při dopravě snížilo prášení a „úlet“ jemných částic mimo pec, může se kmen udržovat mírně vlhký. Obvykle se přidává 0–4 % vody (některé technologie, např. výroba boritokřemičitého skla, používají suché materiály). Kmen lze rovněž navlhčovat párou na konci mísení, ale suroviny mohou také obsahovat vlastní vodu. U sodnovápenatého skla se někdy používá pára k udržení teploty nad 37 °C a zabránění vysušování kmene hydratací kalcinované sody. Vzhledem k tomu, že střepy jsou abrazivní a jejich částice jsou větší, obvykle jsou dopravovány odděleně od primárních surovin a do pece se zavádějí v odměřeném množství odděleným systémem.
U diskontinuálních procesů je kmenárna mnohem menší a často se obsluhuje ručně. Po smísení se kmen může skladovat v malých mobilních kontejnerech, z nichž každý obsahuje jednu navážku. Někdy je připraveno několik navážek s rozdílným složením, které jsou uskladněny poblíž pece, aby je Sklářský průmysl
39
Kapitola 2
tavič mohl použít během konkrétní doby tavení. Stejně jako u velkých tavicích procesů nelze smísený kmen před použitím příliš dlouho skladovat, protože složky se mohou odmísit, což znesnadňuje získání homogenní taveniny. Přítomnost vody v kmeni napomáhá ke zmírnění těchto tendencí.
2.2 Tavení skla Tavení, mísení jednotlivých surovin při vysoké teplotě za účelem vytvoření skloviny, je hlavní fází výroby skla. Existuje řada způsobů tavení skla, které závisejí na požadovaném výrobku, jeho konečném použití, na rozsahu provozu a na převažujících komerčních faktorech. Podle těchto faktorů se volí složení skla, suroviny, technika tavení, výběr paliva a velikost pece. Doba zdržení skloviny v peci se značně liší v závislosti na produkovaném typu skla. Minimální doba zdržení je klíčový parametr pro zajištění kvality skla. Obvykle platí, že čím má být vyrobené sklo kvalitnější, tím delší musí být doba jeho zdržení v peci, aby se zajistila dokonalá homogenizace a eliminace případných kamínků, bublinek atd., které by negativně ovlivnily vlastnosti konečného produktu. Rozdíly v době zdržení skloviny v peci jsou přímo spojeny s měrnou spotřebou energie. Proto také při stejné kapacitě tavicí pece může být každý druh vyrobeného skla spojen se značně rozdílnou spotřebou energie.
2.2.1 Suroviny pro výrobu skla [19, CPIV 1998] [22, Schott 1996] [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007] [100, ICF BREF revision 2007] V Tabulce 2.1 jsou uvedeny nejdůležitější suroviny na výrobu skla Tabulka 2.1: Důležité suroviny na výrobu skla Sklotvorné materiály Křemičitý písek, střepy z výroby, střepy ze spotřebitelského sběru Polotovary a modifikátory Kalcinovaná soda (Na2CO3), vápenec (CaCO3), nehašené vápno (CaO), dolomit (CaCO3.MgCO3), pálený dolomit (CaO.MgO), živec, nefelinický syenit, uhličitan draselný, fluorit, oxid hlinitý, oxid zinečnatý, oxid olovnatý, uhličitan barnatý, uhličitan strontnatý, čedič, bezvodý síran sodný, síran vápenatý a sádra, síran barnatý, dusičnan sodný, dusičnan draselný, materiály obsahující bor (např. borax, kolemanit, kyselina boritá), oxid antimonitý, oxid arsenitý, vysokopecní struska (směs křemičitanu vápenatého, hlinitého a hořečnatého a disulfidu železnatého) Barviva / Odbarvovací činidla Chromitan železitý (Fe2O3.Cr2O3), oxid železitý (Fe2O3), oxid kobaltu, selen / seleničitan zinečnatý, uhlík, sulfidy (pyrity)
Podrobná tabulka surovin je uvedena v Oddíle 3.2.1. Nejdůležitější surovinou pro výrobu skla je písek, který je hlavním zdrojem SiO2. Je to běžná surovina, ale většina nalezišť nemá dostatečnou čistotu pro výrobu skla. Pro ekonomicky výhodné tavení je bod tání písku příliš vysoký a ke snížení tavicí teploty je nutné tavivo, obvykle oxid sodný.
40
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Hlavním zdrojem nejběžnějšího taviva – oxidu sodného (Na2O) – je kalcinovaná soda (Na2CO3). Během tavení se oxid sodný stává součástí taveniny a uvolňuje se oxid uhličitý. Síran sodný se přidává jako čeřivo a oxidační činidlo a je sekundárním zdrojem oxidu sodného. Oxid sodný se včleňuje do skla a tavenina uvolňuje plynné oxidy síry. Uhličitan draselný (K2CO3) působí jako tavivo a používá se v některých procesech zvláště u speciálního skla. Oxid draselný se začleňuje do taveniny a vytváří se oxid uhličitý. Ke zpevnění strukturní mřížky se do skla přidávají další oxidy kovů, aby se zlepšila jeho tvrdost a chemická odolnost. Tento účinek má oxid vápenatý (CaO), který se do skla přidává jako uhličitan vápenatý (CaCO3) ve formě vápence nebo křídy. Rovněž jej lze přidat jako dolomit, který obsahuje jak uhličitan vápenatý, tak uhličitan hořečnatý (MgCO3). Oxid hlinitý (Al2O3) se přidává pro zlepšení chemické odolnosti a ke zvýšení viskozity za nižších teplot. Obvykle se přidává jako nefelinický syenit (3Na2O.K2O.4Al2O3.8SiO2), živec nebo oxid hlinitý, ale je rovněž přítomen ve vysokopecní strusce a v živcovém písku. Oxidy olova (PbO a Pb3O4) se používají ke zlepšení zvučnosti a ke zvýšení indexu lomu skla a tím brilance skleněných výrobků, jako je olovnatý křišťál. Jako alternativa se místo oxidu olovnatého mohou použít oxid barnatý (vznikající z uhličitanu barnatého), oxid zinečnatý nebo oxid draselný, ale výrobky pak mají nižší měrnou hmotnost a zářivost než olovnatý křišťál. Ve většině případů se nahrazení PbO jinými složkami projeví v horší zpracovatelnosti při ruční výrobě. Pro některé výrobky je důležitý oxid boritý (B2O3), zvláště pro speciální skla (boritokřemičitá skla) a pro skleněná vlákna (skleněná vata a nekonečné vlákno). Jeho nejdůležitějším účinkem je snížení koeficientu roztažnosti skla, ale u vláken se rovněž mění viskozita a tekutost, což podporuje rozvlákňování a zvyšuje odolnost vůči vodě. Tabulka 2.2 uvádí některé prvky používané k ovlivnění barvy skla. Barviva lze přidat buď do hlavního kmene, nebo do feedru (ve formě barvicí frity). Tabulka 2.2: Prvek Měď Chrom Mangan Železo Kobalt Nikl Vanad Titan Neodym Selen Kadmium Praseodym
Prvky používané k ovlivnění barvy křemičitého skla Iont Barva 2+ (Cu ) světle modrá 3+ (Cr ) zelená (Cr6+) žlutá 3+ (Mn ) fialová (Fe3+) žlutohnědá, ambrová v kombinaci se sírany (Fe2+) modrozelená 2+ (Co ) intenzivně modrá, ale růžová v boritých sklech 3+ (Co ) zelená (Ni2+) šedohnědá, žlutá, zelená, modrá až fialová podle matrice skla 3+ (V ) zelená v křemičitém skle, hnědá v boritém skle (Ti3+) fialová (tavení za redukčních podmínek) 3+ (Nd ) červenofialová 0 (Se ) růžová nebo bronzová (také Se2+, Se4+ a Se6+ podle typu skla) 2+ (Cd ) žlutá, oranžová, červená a zesilovač barev 3+ (Pr ) světle zelená
Materiály, které obsahují fluor (např. kazivec (CaF2)) se používají k výrobě opakních produktů. Toho se dosahuje vytvořením krystalů ve skle, které ho učiní zakaleným a opakním. Fluoridy se rovněž používají při výrobě nekonečných skleněných vláken k optimalizaci povrchového napětí a tekutosti, což podporuje rozvlákňování a minimalizuje rozbitnost vlákna.
Sklářský průmysl
41
Kapitola 2
Stále důležitější surovinou při výrobě skla jsou skleněné střepy jak vlastní, tak cizí. Skoro všechny sklářské procesy recyklují vlastní střepy, ale vysoké požadavky na kvalitu u některých procesů nedovolují zabezpečit dodávky cizích střepů dostatečné kvality a konzistence tak, aby to bylo ekonomicky únosné. Ve většině výroby nekonečného skleněného vlákna se vlastní střepy nerecyklují, zatímco v odvětví obalového skla je někdy v kmeni použito přes 80 % střepů. Střepy vyžadují k utavení méně energie než suroviny a u většiny sodnovápenatokřemičitých skel každá 1 tuna střepů nahradí přibližně 1,2 tuny surového materiálu v kmeni. Aby byla zaručena kvalita skleněných střepů vhodná pro tavný proces a odpovídající vlastnostem konečného produktu, je třeba vyvarovat se nebo omezit přítomnost keramických a sklokeramických střepů, kovů, organické hmoty atd. S používáním skleněných střepů může přímo souviset množství emisí některých znečišťujících látek. Více informací o používání skleněných střepů je k dispozici v Oddíle 4.8.3.
2.2.2 Proces tavení [22, Schott 1996] Tavení je komplexní kombinace chemických reakcí a fyzikálních procesů. Tento oddíl představuje pouze stručný přehled některých důležitých hledisek procesu. Tavení lze rozdělit do několika fází, které vyžadují velice pečlivou kontrolu. Otápění Konvenčním a nejběžnějším způsobem zavádění tepla pro tavení skla je spalování fosilních paliv nad vrstvou kmene nebo hromádkou kmene a nad sklovinou. Kmen se kontinuálně zavádí do pece a pak je v roztaveném stavu z pece odebírán. Teplota potřebná k tavení a čeření skla závisí na přesném předpisu, ale pohybuje se mezi 1300 a 1550 oC. Při těchto teplotách převládá přenos tepla zářením zvláště z klenby pece, která se zahřívá plamenem až na 1650 oC, ale také z plamenů samotných. U každé konstrukce pece je přívod tepla uspořádán tak, aby vytvářel uvnitř taveniny teplotní rozdíly a vyvolal tak volně cirkulující konvekční proudy ve sklovině, čímž zajistí konzistentní homogenitu konečného skla přiváděného k tvarování. Množství roztavené skloviny v peci je udržováno konstantní, průměrná doba zdržení je řádově 24 hodin u obalářských pecí a 72 hodin u plavicích van. Primární tavení V důsledku nízké tepelné vodivosti materiálů kmene je proces tavení zpočátku velmi pomalý, což poskytuje čas k proběhnutí četných chemických a fyzikálních procesů. Jak se materiály zahřívají, vypařuje se vlhkost, některé ze surovin se rozkládají a plyny uzavřené v surovinách unikají. První reakce (dekarbonizace) probíhá při teplotě kolem 500 oC. Suroviny se začínají tavit mezi 750 a 1200 o C. Nejprve se začíná vlivem taviv rozpouštět písek. Oxid křemičitý z písku se váže s oxidem sodným z kalcinované sody a s dalšími látkami z kmene a vznikají křemičitany. Zároveň unikají velká množství plynů z rozkladu hydrátů, uhličitanů, dusičnanů a síranů, čímž se uvolňuje voda, oxid uhličitý, oxidy dusíku a oxidy síry. Sklovina se nakonec stává transparentní a tavicí fáze je skončena. Objem taveniny je kolem 35–50 % objemu původních surovin tvořících kmen, protože ubyly plyny a eliminovaly se intersticiální prostory. Čeření a homogenizace Obecně platí, že než se sklovina může tvarovat na výrobky, musí být dokonale homogenizovaná a zbavená bublin. Úplné rozpuštění a rovnoměrná distribuce všech složek a odstranění všech bublin ze skloviny jsou nezbytné pro většinu skleněných výrobků.
42
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Odstranění bublin ze skloviny je definováno jako čeřící proces, který se skládá z primárního čeření (zvětšení bublin, vzestup bublin a stripování plynů z taveniny a sekundárního čeření (rozpuštění bublin v tavenině během řízeného ochlazení). Ihned po roztavení surovin, se vytvoří viskózní tavenina s rozpuštěnými plyny (vzduch, CO2) a menšími (kyšpy) nebo většími (puchýře) bublinami plynu. U většiny výrobků z homogenního skla (ploché sklo, stolní sklo, nekonečné skleněné vlákno, displejové sklo, obaly, trubice atd.) je k dosažení požadované kvality skla třeba odstranit všechny nebo téměř všechny tyto bubliny. Odstranění plynů ze skloviny se neomezuje pouze na odstranění bublin, puchýřů a kyšp, ale rovněž zahrnuje stripování plynů rozpuštěných ve sklovině. Účinné stripování plynů rozpuštěných ve sklovině, např. dusíku a CO2, sníží riziko „reboilu“ (vytvoření druhotných bublin v tavenině) a tvorby puchýřů následující po primárním čeření, např. interakcí taveniny s žáruvzdornými materiály. Větší velikost bublin a s tím související rychlejší vzestup k hladině skloviny během primárního čeření urychlí odstranění těchto bublin. Uvolňování plynů během primárního čeření podpoří difuzi čeřících plynů do bublin přítomných ve sklovině, které začnou růst a zrychlovat svůj vzestup (rychlost stoupání bublin se zvyšuje v závislosti na druhé mocnině průměru). Tím se bubliny zvětší a vzroste tak i rychlost stoupání bublin ve viskózní tavenině podle Stokesova zákona. Rychlost stoupání je úměrná převrácené hodnotě viskozity skloviny a viskozita skloviny silně závisí na její teplotě, a proto s rostoucí teplotou klesá. Rostoucí bubliny rovněž absorbují ostatní rozpuštěné plyny z taveniny, např. vodní páru, CO2 a N2 (tzv. stripování). Mechanismus primárního čeření skloviny zahrnuje odstranění bublin pomocí jejich zvětšení a urychleného stoupání v tavenině ve spojení se stripováním plynů (odstranění rozpuštěných plynů z taveniny jejich absorpcí bublinami). Sekundární čeření proběhne během řízeného ochlazení skloviny, kdy dojde k reabsorpci zbývajících bublin, čímž se zmenší jejich velikost, nebo se úplně rozpustí. Kvůli nízké viskozitě při vysokých teplotách a rozkladu čeřidel nad počáteční teplotou čeření probíhá proces primárního čeření ve sklářské vaně v zónách s nejvyšší teplotou. Uvolňování čeřících plynů, které je důležité pro primární čeření, závisí na teplotě, obsahu čeřících činidel v kmeni a tavenině a oxidačním stavu. Čeřidla se přidávají do surovin tvořících kmen a rozpouštějí se v tavenině. Při zvýšené teplotě (vyšší, než je teplota, při které došlo k tavení kmene) by se měla čeřidla rozložit za vzniku plynů (O2, SO2), nebo se z taveniny odpaří (čímž vytvoří páry, které se absorbují do již vzniklých bublin/kyšp). Nejčastějším čeřidlem používaným ve sklářství je síran sodný, při jehož rozkladu vznikají SO2 a O2. Ostatní čeřidla jsou oxidy arzenu a antimonu, které uvolňují kyslík, nebo chlorid sodný tvořící páry NaCl. Aby se mohl při čeření vytvářet kyslík, musí být arzen a antimon v tavenině přítomny ve svém nejoxidovanějším stavu. V některých případech je za tímto účelem nutné přidat do složení kmene dusičnany. Oxidační (redoxní stav) určí valenci polyvalentních iontů v tavenině a ve skleněném výrobku. Valence je důležitá nejen pro čeřící proces, ale také pro určení barvy skla, protože polyvalentní ionty jako chrom, železo, měď a síra mohou sklu propůjčit konkrétní barvu v závislosti na své valenci. Redoxní stav skloviny lze měnit pomocí dusičnanů a síranů (oxidační činidla) nebo uhlíku (redukční činidlo). Volba čeřidla (pro chemické čeření) závisí na typu vyráběného skla. Některá skla nesmí obsahovat sírany (např. skla pro displeje) nebo potřebují čeřidla, která uvolňují čeřící plyny pouze za velmi nízkých (ručně foukaná skla) nebo velmi vysokých teplot (tam, kde je dostatečně nízká viskozita, většinou <50 Pa·s). Výběr čeřidel je rovněž ovlivňován oxidačním stavem, ve kterém by mělo sklo být taveno, aby se získala požadovaná barva. Některá čeřidla jsou efektivní pouze při vysoce oxidačních podmínkách. Výběr oxidačních činidel tak závisí na teplotě taveniny, redoxním stavu skla a ekologických důvodech. Čeření sírany se většinou provádí při teplotách nad 1300 °C u většiny sodnovápenatokřemičitých skel, v závislosti na redoxním stavu kmene (např. v závislosti na přítomnosti a množství síranů a uhlíku v předpisu kmene). Při změně atmosférických podmínek v Sklářský průmysl
43
Kapitola 2
peci, například při přechodu ze vzduchového na kyslíkové otápění, je často potřeba upravit složení kmene. Nejběžněji používaným čeřidlem je síran sodný, zejména u běžného plochého skla, většiny obalových skel, sodnovápenatokřemičitého stolního skla, nekonečného skleněného vlákna (E-sklo) a sodnovápenatokřemičitého osvětlovacího skla. Síran sodný se rozkládá na oxid sodný (který se stane součástí skla) a plynné oxidy síry a kyslík, které se buď absorbují do skla, nebo odejdou společně s pecními spalinami. Homogenizace skloviny může být rovněž podpořena zaváděním bublin páry, kyslíku, dusíku nebo běžněji vzduchu vhodným zařízením ve dně vany. To podporuje cirkulaci a míchání skla a zlepšuje přenos tepla. Při některých výrobách (např. optické sklo) je možno k dosažení vyššího stupně homogenity použít míchací mechanismy v tavicí vaně, v pracovní části nebo u feedrů. Další technika užívaná v malých pecích (zvláště na speciální sklo) je známa jako tepelné čeření. Spočívá ve zvýšení teploty skla, takže se stane méně viskózním a plynové bubliny mohou snadněji stoupat k povrchu. Maximální teploty dosahované v klenbě sklářské pece jsou následující: 1600 °C u obalového skla, 1620 °C u plochého skla, 1650 °C u speciálního skla, 1650 °C u nekonečných skleněných vláken a cca 1400 °C u skleněné vaty (ale může být i vyšší). [103, Beerkens, Fining glass. Boron 2008]. Redoxní stav skla Jak již bylo uvedeno výše, redoxní stav skloviny je důležitý technický aspekt procesu tavení skla, který ovlivňuje fázi čeření taveniny, barvu skla a jeho schopnost pohlcování infračerveného záření (absorpci tepla). Redoxní stav skloviny se často měří určením rovnovážného tlaku kyslíku (pO2) v tavenině (parciální tlak v rovnováze s rozpuštěným kyslíkem). Množství rozpuštěného kyslíku v tavenině závisí zejména na přítomnosti a množství oxidačních činidel (dodávajících kyslík) nebo redukčních činidel (reagujících s kyslíkem a absorbujících jej) v kmeni. Mezi nejdůležitější oxidační činidla patří sírany, dusičnany a polyvalentní ionty v jejich nejoxidovanějším stavu (např. Fe2O3, Sb2O5, As2O5, SnO2, CeO2). Obvyklými redukčními činidly jsou organické složky (které se nacházejí zejména v cizích střepech), uhlík, sírany a redukované formy polyvalentních iontů. Rozdíly v redoxním stavu skloviny mohou mít za následek značnou změnu barvy skla. Například přítomnost trojmocného železa (Fe3+) vyváří žlutohnědou barvu, zatímco přítomnost dvojmocného železa (Fe2+) sklo zbarví do modrozelena. Redoxní stav a přítomnost jistých polyvalentních iontů v tavenině může mít vliv na množství tepla, které sklovina absorbuje, a v důsledku toho na proces tavení a tvarování. Pro výrobu některých typů skla jsou oxidační podmínky nezbytné. Proto jsou v kmeni třeba přídavné oxidanty jako dusičnany nebo zvláštní množství síranů. Přidávají-li se do kmene cizí recyklované střepy obsahující redukované sklo (např. ambrové sklo) nebo organické nečistoty (zbytky jídla a/nebo nápojů, papír, plasty), je často potřeba přidat zvýšené množství oxidantu, aby se zachovala nebo upravila barva skla a aby kmen získal potřebné čeřící vlastnosti. Ostatní skla, například ambrové sklo a speciální zelená skla, vyžadují redukční podmínky. V těchto případech vysoce oxidační atmosféra v peci může negativně ovlivnit barvu skla. Podmínky tavení, které způsobují změny v redoxním stavu skla, mají často za následek značné zvýšení těkavosti z tavicí pece, s následným možným zvýšením emisí plynů a pevných částic. Tento jev je zejména evidentní u emisí oxidů síry. Redukce na povrchu taveniny vytvořená redukčními plameny dokáže zvýšit odpařování alkálií (což vede ke zvýšené korozi materiálů pece) a zvýšení tvorby prachu v kouřových plynech.
44
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Sejití Po primárních fázích tavení a čeření následuje fáze sejití za nižších teplot. Během tohoto procesu se všechny zbývající rozpustné bubliny reabsorbují do taveniny. Zároveň tavenina pomalu chladne na pracovní teplotu mezi 900 a 1350 °C. Při tavení kmene tyto kroky probíhají postupně, ale v kontinuálních pecích probíhají fáze tavení v různých místech vany současně. Kmen je zaváděn na jednom konci vany a protéká rozdílnými zónami vany a předpecí, kde probíhá primární tavení, čeření a sejití. Čeření v kontinuální peci je nejchoulostivější z fází tavení. Sklo neproudí vanou přímočaře od zakladače kmene (zakládacího přístavku) k průtoku, a feedrům nebo žlabům, kde dosahuje teploty vhodné pro zpracování/tvarování. Proudí ve vaně po různých trajektoriích daných volnými a nucenými konvekčními proudy včetně cirkulujících proudů a oblastí stojaté skloviny. Hromádky kmene nebo studená směs surovin se netaví pouze na povrchu, ale také ze spodní strany od lázně skloviny. Pod spodní vrstvou kmene se vytváří relativně studené bublinaté sklo a klesá ke dnu vany. Vhodné konvekční proudění musí toto sklo vynést k povrchu, protože čeření probíhá ve vanových pecích nejprve na povrchu taveniny, kde bubliny potřebují k vystoupání pouze krátkou vzdálenost. Jestliže tepelné proudy proudí příliš rychle, brzdí čeření příliš brzkým přivedením skla do zóny sejití. K vytvoření ideální cesty pro proudění skla lze zabudovat do vnitřní konstrukce vany vodicí stěny nebo jízky.
2.3 Techniky tavení [19, CPIV 1998] V tomto oddíle jsou shrnuty nejdůležitější techniky tavení používané ve sklářství. Odlišné způsoby se používají v odvětví vyrábějícím kamennou vatu a frity. Tyto techniky jsou diskutovány odděleně v jednotlivých oddílech každého odvětví. Výběr techniky tavení bude záviset na mnoha faktorech, ale hlavně na požadované kapacitě, na složení skla, na cenách paliva, na stávající infrastruktuře a na ekologických požadavcích. Jako obecný ukazatel (u kterého nevyhnutelně existují výjimky) se například používají následující kritéria: •
Pro velkokapacitní agregáty (nad 500 t/den) se téměř vždy používají příčně otápěné regenerativní pece. • Pro středněkapacitní agregáty (100 až 500 t/den) se dává přednost regenerativním Uplamenným pecím, ačkoli podle okolností lze použít také příčně otápěné regenerativní pece, rekuperativní unit meltery a v některých případech kyslíkopalivové nebo elektrické pece. • Pro malokapacitní zařízení (25 až 100 t/den) se obecně používají rekuperativní unit meltery, regenerativní U-plamenné pece, elektrické pece a kyslíkopalivové pece. Tabulka 2.3 uvádí odhad různých typů stávajících pecí v EU a počet a kapacitu každého typu.
Sklářský průmysl
45
Kapitola 2
Tabulka 2.3: Odhad typů pecí v EU v roce 2005 (pouze zařízení s výrobou více než 20 t/den) Počet jednotek
(%) z celku
Tavicí kapacita (t/r)
Průměrná tavicí kapacita (t/den)
U-plamenná
225
35,8
16 100 000
196
Příčně plamenná
145
23,1
20 300 000
384
Elektrická
43
6,85
800 000
51
Kyslíková
35
5,6
1 600000
125
Rekuperativní
120
19,1
3300000
75
Ostatní typy
60
9,55
900 000
41
Celkem
628
100
43 000 000
188
Typ pece
Zdroj: [130, CPIV 2008]
Sklářské pece jsou obvykle navrhovány pro tavení velkých množství skla po dobu své životnosti činící 10 až 12 let a v některých případech až 20 let a více v rozsahu objemu výroby od 20 tun skla za den až do 1000 tun skla za den. Sklo je taveno ve vaně zkonstruované z bloků vhodných žáruvzdorných materiálů obvykle pravoúhlého tvaru a uzavřené klenutým stropem neboli klenbou. Elektrické pece jsou spíše čtvercové s plochým stropem, otevřené na jedné straně pro přísun kmene. Žáruvzdorné bloky pece jsou drženy vnější nosnou ocelovou konstrukcí. Používá se řada konstrukcí pece, obvykle se liší podle způsobu ohřevu, podle systému předehřívání spalovacího vzduchu a podle polohy hořáků. Výroba skla je energeticky velice náročná činnost, a proto jsou hlavními hledisky při konstrukci pece výběr energetického zdroje, topné techniky a způsobu regenerace tepla. Tato hlediska také patří mezi nejdůležitější faktory, které ovlivňují ekologii a energetickou účinnost tavení. K tavení skla se používají tři hlavní energetické zdroje: zemní plyn, topný olej a elektřina. V první polovině 20. století mnoho výrobců používalo generátorový plyn vyráběný reakcí vzduchu a vody s rozžhaveným uhlím. Ve sklářství roste používání zemního plynu, protože je úsporný, velice čistý, snadno se reguluje a nemá žádné požadavky na skladovací prostory. V porovnání s topným olejem je spojen s menšími emisemi oxidu siřičitého a CO2, ale často bývá spojován s vyššími emisemi NOX. Ve sklářství obecně převládá názor, že olejové plameny, které jsou zářivější než plynové, umožňují lepší přenos tepla do taveniny. Krom toho porovnáme-li otop plynem a topným olejem, rozdílné tepelné kapacity vzniklých odpadních plynů vedou k rozdílným ztrátám energie prostřednictvím kouřových plynů. Na druhou stranu většina pecí otápěných topným olejem, které se používají při tavení, potřebuje předehřátí paliva na 110–120 °C, aby získaly dostatečně nízkou viskozitu pro jeho přepravu a vstřikování (atomizaci) tryskami hořáků. Mnohé velké pece jsou přizpůsobeny pro provoz jak na zemní plyn, tak na topný olej. Při změně paliva je nutná jenom jednoduchá výměna hořáků. V mnoha případech jsou dodávky plynu dohodnuty tak, že se během špiček přerušují, což vyžaduje možnost přechodu na jiné palivo. Hlavním důvodem pro periodický přechod na plyn a topný olej jsou ceny paliv. Pro zvýšení kontroly tepelného příkonu není u převážně plynových pecí neobvyklé topit na jednom nebo dvou hořácích olejem. Rovněž se stále častěji objevuje používání směsi topného oleje a plynu; v takovém případě se používá jediný hořák vhodný pro tento účel. Třetím nejběžnějším energetickým zdrojem pro výrobu skla je elektřina. Lze ji použít jako jediný zdroj energie nebo v kombinaci s fosilními palivy, což je podrobněji popsáno dále v odpovídajících oddílech tohoto dokumentu. Elektřinu lze použít třemi základními způsoby: odporovým vytápěním, kde proud prochází sklovinou, indukčním ohřevem, kde je teplo indukováno změnou okolního magnetického pole, a topnými články. Odporové vytápění je jedinou technikou, která ve sklářství našla komerční použití, a je jedinou technikou, která je v tomto dokumentu diskutována. 46
Sklářský průmysl
Kapitola 2
2.3.1 Regenerativní pece [19, CPIV 1998] [2, UKDoE 1991] Pojem „regenerativní“ se vztahuje k systému regenerace tepla používanému ve sklářství. Hořáky na fosilní paliva jsou obvykle umístěny ve vletech pro spalovací vzduch a spaliny nebo pod nimi. Teplo ze spalin se používá k předehřátí vzduchu před spalováním. Toho se dosáhne průchodem spalin komorou obsahující žáruvzdorný materiál, který pohlcuje teplo. Pec se otápí pouze jednou nebo dvěma sadami hořáků naráz. Po předem stanovené době (obvykle dvacet minut) se topný cyklus pece otočí (reverzuje) a spalovací vzduch prochází komorou, která byla předtím vyhřáta spalinami. Regenerativní pec má dvě regenerátorové komory. Zatímco jedna komora je ohřívána spalinami ze spalování, druhá předehřívá vstupující spalovací vzduch. Obvyklá teplota pro předehřívání vzduchu (v závislosti na počtu vletů) se obvykle pohybuje v rozmezí 1200–1350 °C, někdy i 1400 °C. Obrázek 2.1 ukazuje schematické znázornění příčně otápěné regenerativní pece.
Směr toku skla
Tavicí vana Regenerátor
Regenerátor
Vlety hořáků
Systém kouřových plynů
Obrázek 2.1: Příčně otápěná regenerativní pec
V příčně otápěné regenerativní peci jsou spalovací vlety a hořáky umístěny po stranách pece, regenerační komory jsou umístěny po obou stranách pece a jsou na pec napojeny krky hořáků. Plamen prochází nad roztaveným materiálem přímo do protilehlého hořáku. Počet použitých vletů (až osm) závisí na velikosti a kapacitě pece a na její konstrukci. Některé větší pece mohou mít oddělené regenerační komory pro každý hořákový vlet. Tento typ konstrukce využívající účinně větší počet hořáků je obzvláště vhodný pro větší zařízení, neboť usnadňuje diferenciaci teploty po délce pece nutnou ke stimulaci požadovaných konvenčních proudů ve sklovině. Na Obrázku 2.2 je uveden průřez regenerativní pecí.
Sklářský průmysl
47
Kapitola 2
Hlavní palivo Spalovací vzduch
Do komína
Obrázek 2.2: Průřez regenerativní pecí Princip provozu U-plamenné regenerativní pece je stejný, s tím rozdílem, že dvě regenerativní komory jsou umístěny na jednom konci pece, každá s jednoduchým hořákem. Plamen vytváří tvar písmene U a vrací se k sousední komoře regenerátoru skrze druhý hořák. Toto uspořádání umožňuje poněkud ekonomičtější regenerátorový systém než příčně otápěná konstrukce, ale je méně pružné při nastavování profilu teploty v peci, a proto není pro větší pece příliš žádoucí. Obecně jsou U-plamenné pece více energeticky účinné než příčně otápěné pece ze dvou hlavních důvodů: Zaprvé, mají méně hořákových vletů, čímž se snižuje množství energie ztracené přes tyto vlety, které může být značné. Zadruhé, doba zdržení spalin je u U-plamenných pecí vyšší než u příčně otápěných pecí, čímž umožňuje, aby plameny déle vyzařovaly energii do vrstvy kmene a skloviny. Obrázek 2.3 ukazuje schematické znázornění U-plamenné regenerativní pece.
Hořákový vlet Sklovina
Vyzdívka regenerátoru neboli mřížoví
Hořák
K reverzačnímu ventilu
Obrázek 2.3: U-plamenná regenerativní pec
48
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Obrázek 2.4 ukazuje půdorys U-plamenné regenerativní pece.
Komory regenerátoru Hořáky – jsou umístěny buď pod vletem, nad vletem nebo skrze vlet
Proudění k reverzačnímu ventilu a do komína Vlety
Průtok
Zakládací přístavek
Obrázek 2.4: Půdorys U-plamenné regenerativní pece Většina konvenčních zařízení na výrobu obalového skla používá buď U-plamenné, nebo příčně plamenné regenerativní pece a všechny plavicí vany jsou příčně otápěné regenerativní. Teploty předehřátí se obvykle pohybují v rozmezí 1300–1350 °C, ale lze dosáhnout až 1400 °C, což vede k velice vysoké tepelné účinnosti.
2.3.2 Konvenční rekuperativní pec [19, CPIV 1998] Rekuperátor je další běžnou formou systému regenerace tepla, obvykle se používá na menších pecích. U tohoto typu uspořádání se vstupující studený vzduch nepřímo předehřívá nepřetržitým proudem spalin procházejících kovovým (nebo výjimečně keramickým) výměníkem tepla. Teploty předehřívání vzduchu jsou u kovových rekuperátorů kolem 800 °C a teplo regenerované tímto systémem je proto nižší než u regenerativní pece. Nižší účinnost přímé energie může být kompenzována přídavnými systémy rekuperace tepla ze spalin, sloužícími buď k předehřívání surovin, nebo k výrobě páry. Jedním z důsledků je však to, že specifická tavicí kapacita konvenčních rekuperativních pecí je omezena na 2 t/m2/den v porovnání s 3,2 t/m2/den typickými pro regenerativní obalářské pece. Nízkou tavicí kapacitu lze částečně kompenzovat použitím elektrického příhřevu. Přestože původně unit meltery (nebo přímo otápěné pece) nemusely být vybaveny rekuperátory, nyní tomu tak výlučně je a pojem unit melter se stal synonymem pro konvenční rekuperativní pec. Hořáky jsou umístěny podél každé strany pece. Vytvořené konvektivní proudění přivede horké spaliny nad relativně chladný povrch kmene předtím, než spaliny odejdou odtahem ze spalovací komory. Tím se zajistí maximální přenos tepla do kmene a taveniny. Tento typ pece se používá tam, kde je žádoucí vysoká flexibilita provozu při minimálních počátečních výdajích, zvláště když je výkon pece příliš malý na to, aby bylo ekonomicky vhodné použití regenerátorů. Rekuperativní pece jsou vhodnější pro malokapacitní zařízení, přestože nejsou neobvyklé ani pece s vyššími výkony (až do 400 tun za den). Speciální pece, jako tavicí pece LoNOX® a Flex®. jsou rovněž rekuperativní pece s různými přídavnými prvky, které jsou podrobněji popsány v Oddíle 4.4.2.3.
Sklářský průmysl
49
Kapitola 2
2.3.3 Kyslíkopalivové tavení Tato technika zahrnuje náhradu spalovacího vzduchu kyslíkem (čistota >90 %). Vyloučení většiny dusíku ze spalovací atmosféry snižuje asi o dvě třetiny objem spalin, které jsou téměř zcela tvořeny oxidem uhličitým a vodní parou. To vede k energetickým úsporám, protože není nutné ohřívat atmosférický dusík na teplotu plamene. Vznik NOX ze spalin se citelně zmenší, protože jediným dusíkem přítomným ve spalovací atmosféře je zbytkový dusík v kyslíku, dusík v palivu, dusík z rozkladu dusičnanů a dusík z nežádoucího vzduchu. V podstatě mají kyslíkopalivové pece stejnou konstrukci jako unit meltery, s několika postranními hořáky a jediným odtahem spalin. Pece pro kyslíkopalivové tavení však k předehřívání kyslíku pro hořáky nevyužívají systémy regenerace tepla. Přestože se technologie kyslíkopalivových pecí u některých odvětví sklářského průmyslu (např. výroba nekonečného skleněného vlákna a některých druhů speciálních skel) osvědčila, stále je ostatními odvětvími považována za vývojovou technologii kvůli možným vysokým finančním rizikům. Provádí se ale rozsáhlý vývoj a tato technika začíná být stále více akceptována s tím, jak roste počet zařízení, která ji používají. Tato technika je dále popsána v Kapitole 4.4.2.5.
2.3.4 Elektrické tavení [19, CPIV 1998] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] [2, UKDoE 1991] [71, VDI 3469-5 2007] Elektrická pec je tvořena boxem obloženým žáromateriálem a umístěným v ocelovém rámu, s elektrodami zavedenými buď ze strany, shora nebo častěji skrze dno pece. Energii pro tavení poskytuje odporové vytápění při průchodu proudu sklovinou. Při najetí pece na začátku každé kampaně je ale nutné použít fosilní paliva. Pec pracuje kontinuálně a má životnost od 2 do 7 let. Povrch skloviny je pokryt vrstvou kmene, který se postupně taví směrem ode dna, z toho vznikl název „pec se studenou klenbou“. Čerstvý kmen se do pece přidává shora, obvykle dopravníkovým systémem, který se pohybuje napříč celým povrchem. Většina elektrických pecí je vybavena textilními filtry a zachycený materiál se recykluje do pece. Elektrické tavení se běžně používá v malých pecích zvláště na speciální sklo. Je to hlavně proto, že tepelná účinnost pecí otápěných fosilními palivy se snižuje s klesající velikostí pece a tepelné ztráty na tunu taveniny z malých pecí mohou být dosti vysoké. Ve srovnání s tím jsou tepelné ztráty z elektrických pecí mnohem nižší a u menších pecí je proto rozdíl nákladů na tavení mezi elektrickým tavením a tavením fosilními palivy menší, než u pecí větších. Dalšími výhodami elektrického tavení v malých pecích jsou nižší náklady na přestavbu, srovnatelná snadnost provozu a ekologičtější provoz, co se týče emisí. Úplné ekonomické a ekologické hodnocení by však mělo zahrnovat i nepřímé emise. Ekonomická zdůvodnitelnost elektrických pecí má horní mez, která je úzce spojena s cenami elektřiny ve srovnání s fosilními palivy. Elektrické pece mohou obvykle dosahovat vyšších tavicích výkonů na čtvereční metr pece a tepelná účinnost elektrických pecí (spočtená na základě energie dodané do pece, ne podle primární energie potřebné k výrobě elektřiny) je dvakrát až třikrát vyšší než účinnost pecí otápěných fosilními palivy. U větších pecí to však často nestačí ke kompenzaci vyšších nákladů na elektřinu. Nepřítomnost spalování při elektrickém tavení způsobuje, že objemy spalin jsou extrémně nízké, z čehož vyplývá malý úlet částic a menší velikost kteréhokoli sekundárního zařízení potřebného na jejich snižování. Emise těkavých složek z kmene je citelně nižší než u konvenčních pecí v důsledku menšího proudu plynu a absorpce a reakce plynných emisí ve vrstvě kmene. Hlavní plynnou emisí tak je oxid uhličitý z uhlíkatých složek kmene. Z globálního hlediska by se však ekologické výhody spojené s použitím elektrického tavení měly brát v úvahu na pozadí úniků z elektráren a efektivnosti výroby a distribuce energie. 50
Sklářský průmysl
Kapitola 2
U elektrického tavení je komplikací použití dusičnanu sodného nebo dusičnanu draselného ve kmeni. Obecně se ve sklářství má za to, že dusičnan je žádoucí v elektrických pecích se studenou klenbou k vytvoření nezbytných oxidačních podmínek pro stabilní, bezpečný a účinný výrobní proces. Problém spočívá v tom, že se v peci dusičnan rozkládá a uvolňuje oxidy dusíku. To však neplatí pro všechna skla, která se vyrábí elektrickým tavením. Například u vysokoteplotní izolační vaty (ASW/RCF a AES) složení kmene nevyžaduje používání dusičnanů.
2.3.5 Kombinované tavení fosilním palivem a elektřinou [19, CPIV 1998] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] Existují dva základní způsoby použití této techniky: otápění převážně fosilním palivem s elektrickým příhřevem; nebo otápění převážně elektřinou s podporou fosilního paliva. Samozřejmě se poměr každého typu tepelného vstupu může u každé techniky měnit. Elektropříhřev je způsob přidávání dalšího tepla do taveniny ve sklářské peci průchodem elektrického proudu elektrodami umístěnými v bočních stěnách (horizontální elektrody) nebo přes dno pece (vertikální elektrody). Většinou se používají tyčové elektrody, ale ve sklářství se uplatňují i deskové elektrody. Tato technika se běžně používá u sklářských pecí otápěných fosilním palivem. Tradičně se používá ke zvýšení výkonu těchto pecí při periodických výkyvech poptávky, aniž by byly ovlivněny fixní náklady na provoz větší pece. Příhřev lze instalovat během provozu pece a často se používá k podpoře výkonu pece, když se blíží konec její životnosti, nebo ke zvýšení kapacity stávající pece. Elektrický příhřev lze také použít ke snížení přímých emisí z pece náhradou spalování elektrickým otopem při stejném výkonu pece. Elektropříhřevem lze zavést obvykle 5 % až 20 % celkového příkonu pece, i když lze dosáhnout i vyšších hodnot. Elektrický příhřev se obvykle nepoužívá ve větší míře kvůli vysokým provozním nákladům, které jsou s ním spojeny. Různé úrovně elektrického příhřevu se často používají u barevného skla kvůli špatnému přenosu sálavého tepla v zeleném a ambrovém skle. U elektrického příhřevu elektrody poskytují dodatečné teplo zejména ve spodních vrstvách taveniny v peci. Méně běžnou technikou je použití plynu nebo oleje jako podpůrného paliva pro elektricky otápěné pece. Nad povrchem kmene se zapálí plameny, aby se do kmene přidalo teplo a aby se podpořilo tavení. Tento postup se někdy nazývá přepálení (over-firing) a často se používá k překonání určitých provozních problémů souvisejících se stoprocentním elektrickým otápěním.
Sklářský průmysl
51
Kapitola 2
2.3.6 Diskontinuální tavení kmene [22, Schott 1996] Tam, kde jsou požadována menší množství skla, zvláště když se pravidelně mění složení skla, může být nehospodárné provozovat kontinuální pec. V těchto případech se k tavení specifických kmenů nebo surovin použijí pánvové pece nebo denní vany. Většina výrob tohoto typu nebude spadat pod kontrolu Směrnice, protože mají s největší pravděpodobností tavicí kapacitu menší než 20 tun za den. Jen v odvětvích výroby užitkového a speciálního skla je řada případů, kdy jsou kapacity vyšší než tato mez, hlavně tam, kde na stejném zařízení probíhá více než jedna operace. Pánvová pec je obvykle vyrobena ze žáruvzdorných cihel ve vnitřních stěnách, z dinasových cihel v klenbě a z izolačních cihel ve vnějších stěnách. V zásadě je pánvová pec tvořena spodní částí, kde se předehřívá spalovací vzduch (buď regenerativní, nebo rekuperativní systém) a horní částí, která nese pánve a slouží jako tavicí komora. V horní části je šest až dvanáct žáruvzdorných pánví, v nichž lze tavit různé typy skel. Existují dva typy pánví: otevřené a uzavřené. Otevřené pánve nemají strop a sklo je „otevřeno“ do pecní atmosféry. Uzavřené pánve jsou otevřené jen nabíracími otvory. U otevřených pánví se teplota řídí nastavením otápění pece, u uzavřených pánví je otápění konstantní a teplota se řídí odkrytím nebo zakrytím nabíracího otvoru. Kapacita každé pánve je obvykle v rozsahu 100 až 500 kg, životnost při kontinuálním provozu je 2 až 3 měsíce. Pec se otápí 24 hodin denně, ale teplota se mění (teplota skla jen u uzavřených pánví) podle fáze výrobního cyklu. Obecně se kmen založí do pánví pozdě odpoledne a večer se taví, teplota se zvyšuje přes noc, aby se sklo vyčeřilo tak, aby se mohlo následující ráno zpracovat. Během tavení se teplota zvýší na 1300 až 1600 °C podle typu skla a během odběru a zpracování skla se teplota pohybuje v rozmezí 900 °C až 1200 °C. Z pánvových pecí se dále vyvinuly denní vany s většími kapacitami okolo 10 tun za den. Pokud jde o konstrukci, připomínají spíše čtyřúhelníkové konvenční pece, ale kmenem se plní každý den. Tavení probíhá obvykle v noci a sklo se zpracovává následující den. Tyto pece umožňují změnu taveného skla téměř ihned a používají se hlavně na barevné sklo, křišťálové sklo, speciální měkká skla a frity (keramické a smaltéřské).
2.3.7 Speciální konstrukce pecí [59, SORG 1999] [60, SORG 1999] Pozornost věnovaná omezování emisí NOX vedla některé pecní konstruktéry k navržení pecí, které v sobě spojují různé charakteristiky umožňující snížení teploty plamene. Nejznámějším takovým typem pece je LoNOX®. LoNOX® je rekuperativní pec, která k dosažení snížené hladiny NOX využívá kombinaci mělké čeřicí lázně a předehřívání kmene, aniž by došlo ke snížení tepelného výkonu. Mělká čeřicí lázeň podporuje důležitou kritickou dráhu proudění poblíž povrchu lázně skla, čímž se sníží teplotní rozdíl mezi ní a horní stavbou pece. Pec lze provozovat za nižších teplot než srovnatelnou konvenční pec. Tato technika je dále popsána v Oddíle 4.4.2.3. Další konstrukcí je pec Flex® melter, která přichází na trh jako alternativa pánvových pecí a denních van. Kombinuje elektřinu a zemní plyn, čímž vzniká kompaktní pec s nízkými provozními teplotami a nízkou energetickou spotřebou. Pec je rozdělena na tavicí a čeřicí část, které jsou spojeny průtokem. Čeřicí část je tvořena mělkou lavicí, za níž je hlubší zóna. Tavicí konec je elektricky otápěn a čeřicí část je otápěna plynem, ale na vstupu lze přidat elektrody. Spaliny z čeřicí části procházejí tavicí částí 52
Sklářský průmysl
Kapitola 2
a proudí nad kmenem. Několik nízkých oblouků brání sálání z teplejší části pece do chladnějších oblastí, takže velká část energie spalin se přenáší do kmene. Oddělení tavicí a čeřicí části je základem flexibility pece. Během odstavení se teploty sníží a zmenší se těkání z čeření. Není nutné vypouštění a díky malému objemu skla lze normální provozní teplotu zase rychle nastavit. Malý objem také napomáhá provádění rychlejších změn složení.
2.4 Obalové sklo [19, CPIV 1998] [2, UKDoE 1991] Tento oddíl se zabývá výrobou sodnovápenatého a upraveného sodnovápenatého obalového skla plně automatizovanými postupy. Výroba jiných produktů je zahrnuta v odvětví užitkového a speciálního skla. Typické složení obalového skla je uvedeno v Tabulce 2.4. Většinu technik tavení popsaných v Oddíle 2.3 lze nalézt při výrobě obalového skla, protože odvětví je velice diverzifikované. Tabulka 2.4: Typické složení obalového skla Složka
Hmotnostní procento
Oxid křemičitý (SiO2)
71–73
Oxid sodný (Na2O)
12–14
Oxid vápenatý (CaO)
9–12
Oxid hořečnatý (MgO)
0,2–3,5
Oxid hlinitý (AI2O3)
1–3
Oxid draselný (K2O)
0,3–1,5
Oxid sírový (SO3)
0,05–0,3
Modifikátory barev atd.
Stopová množství
Nejdůležitějšími parametry, které je třeba vzít v potaz při navrhování výrobního procesu, jsou: typ a kapacita pece (včetně regenerátorů), skladba zdrojů energie (topný olej, plyn, elektrická energie), předpokládaná spotřeba střepů a požadovaná přizpůsobivost (barvy, hmotnost a tvar konečných výrobků atd.). Nejtypičtější a nejvíce využívanou technikou tavení v odvětví obalového skla je U-plamenná regenerativní pec díky svému širokému rozsahu tavicí kapacity a přizpůsobivosti potřebné k uspokojení poptávky na trhu, a rovněž díky dobré energetické účinnosti. Nejčastěji využívaná kapacita pece je 300–350 t/den. Skleněné obaly jsou vyráběny dvoustupňovým tvarováním lisováním a foukáním. Automatická výroba lahví probíhá v pěti hlavních stupních:
Sklářský průmysl
53
Kapitola 2
1. 2. 3. 4. 5.
vytvoření dávky skloviny (kapky) se správnou hmotností a teplotou; vytvarování předního tvaru (baňky) v přední formě tlakem stlačeného vzduchu (foukání) nebo kovovým razníkem (lisování); přenesení předního tvaru (baňky) do konečné formy; dokončení tvarovacího procesu vyfouknutím obalu stlačeným vzduchem do tvaru konečné formy; vyjmutí hotového výrobku z formy a jeho další úpravy.
Sklovina teče z pece žlabem dávkovače k míse dávkovače umístěné na konci žlabu. Ze dna mísy se vhodně dimenzovanými kroužky vytváří jeden až čtyři paralelní proudy skla. Tyto proudy, řízené mechanickým plunžrovým systémem, se stříhají na přesné délky nůžkovým mechanismem a vytvářejí primitivní skleněné „kapky“, které mají tvar podobný nožičce párku. Celý systém pro tvarování kapek se nazývá mechanismus feedru. Kapky se odstřihují současně z paralelních proudů skla a současně se tvarují v paralelních formách na tvarovacím stroji. Ty se nazývají jedno-, dvou-, tří- a čtyřkapkové, čtyřkapkové jsou určeny pro velkoobjemovou výrobu menších obalů. Nejběžnější jsou dvoukapkové stroje. Pece na obalové sklo zásobují dva nebo více takových strojů, každý přes svůj žlab dávkovače. Nůžky se postřikují směsí vody a mazacího oleje, aby se zamezilo jejich přehřátí a aby se na ně nelepilo sklo. Kapky se od feedru vedou systémem vodicích žlabů do předních forem tvarovacího stroje. Tvarování probíhá ve dvou etapách, jak uvádí Obrázek 2.5. Konečné tvarování baňky se může provést podle typu obalu buď lisováním razníkem, nebo vyfouknutím stlačeným vzduchem. Tvarování ve formě do konečného dutého tvaru se provádí vždy foukáním. Tyto dva postupy se nazývají „lisofoukací“ a „dvakrát foukací“. Vytvarované lahve přecházejí na pásový dopravník a jsou odváděny k další úpravě. Lisofoukací způsob je zvláště vhodný pro výrobu sklenic, ale používá se i pro výrobu lehčených lahví. Dvakrát foukací způsob je univerzálnější a je preferován pro výrobu lahví se standardní hmotností a výrobků se složitějšími tvary. Zjednodušené diagramy dvou hlavních tvarovacích postupů jsou uvedeny na Obrázku 2.5.
54
Sklářský průmysl
Kapitola 2
1 Kapka padá do přední formy
2 Tvaruje se hrdlo
1 2 Kapka padá do Razník lisuje přední formy polotovar
3 Vyfouknutí baňky
3 Lisování baňky
4 Tvar baňky
4 Baňka
5 Baňka se přenáší do foukací formy
5 Baňka se přenáší do foukací formy
6 Vyfouknutí konečného tvaru
6 Vyfouknutí konečného tvaru
7 Hotová lahev
7 Hotová lahev
Obrázek 2.5: Dvakrát foukací způsob a lisofoukací způsob Během tvarování se teplota skla snižuje na 600 oC, aby lahve byly dost pevné pro přenesení na dopravník. Teplo se odvádí velkým množstvím vzduchu foukaným proti formám a skrze ně. Aby se sklo nelepilo na formy, nanášejí se na specifické části forem různá vysokoteplotní grafitová mazadla, buď ručně, nebo automaticky (vymazávání forem). Formy vyžadují periodické čištění a údržbu. Proud skla ze žlabu dávkovače musí být konstantní, aby byla zajištěna nezbytná teplotní stabilita, viskozita a homogenita skla dodávaného do tvarovacího procesu. Jestliže se tvarování na jedné ze sekcí přeruší, kapky horkého skla jsou odchýleny vodicí trubkou do suterénu stroje, kde se ochladí vodou, rozbijí a vrátí do kmenárny spolu s dalšími zmetky a recyklují se jako střepy. První automatické stroje byly rotační, a přestože tvarovací stroje na výrobu stolního skla tento princip stále používají, obaly se téměř výhradně vyrábějí na flexibilnějších strojích IS. Stroj IS je tvořen několika jednotkami (stanicemi) na výrobu jednotlivých obalů uspořádanými vedle sebe. Každá sekce má tvarovací dutiny odpovídající počtu kapek, které se mají tvarovat. Kapky se přivádějí postupně do sekcí hlavou žlábku a vodicí trubkou (rozdělovač a deflektor kapek). Typické stroje IS jsou tvořeny 6 až 20 sekcemi v závislosti na objemu a druhu trhu, pro který se vyrábí. Jednou z výhod strojů IS je možnost nezávislého zastavení sekcí při seřizování nebo výměně částí forem. Automaticky lze vyrábět lahve a sklenice téměř všech velikostí, tvarů a barev. Čím jednodušší je tvar, tím větší je rychlost výroby – lehčené kulaté pivní lahve se vyrábějí rychlostí až 750 ks za minutu (12sekční čtyřklapkový stroj IS). Rychlé ochlazení obalů na vnějším povrchu vytváří vysoká rozdílná napětí ve skle a způsobuje následnou křehkost. Aby se tomu zabránilo, procházejí obaly kontinuální chladicí pecí, kde se zahřívají na 550 oC, a poté se za řízených podmínek ochlazují, aby se zabránilo vzniku dalšího napětí. Chladicí pece jsou otápěny plynem nebo elektřinou, ale jakmile se ohřejí na provozní teplotu, většinu topné energie tvoří teplo ze vstupujících obalů. Po dostatečném ochlazení jsou všechny obaly automaticky kontrolovány, a pokud nevyhovují správným rozměrům nebo dalším kvalitativním
Sklářský průmysl
55
Kapitola 2
požadavkům, jsou vyřazovány. Po zkontrolování se výrobky řadí na paletách buď v kartonech, nebo volně ložené, balí se, skladují a zasílají zákazníkovi. Celková efektivita výroby je vyjádřena poměrem „pack to melt“, tj. indexem hmotnosti zabalených skleněných výrobků (připravených k expedici) v procentech k hmotnosti utavené skloviny v peci. Zařízení na výrobu obalů pro potraviny a nápoje obecně dosahuje poměru „pack to melt“ mezi 85 % a 94 %. Hodnotnější výrobky pro výrobu parfémů a farmaceutické účely podléhají přísnější kontrole, a jejich poměr je kolem 70 %. Aby se zlepšily vlastnosti výrobků, mohou se na ně nanášet povrchové povlaky, a to bezprostředně po vytvarování, když mají výrobky ještě teplotu více než 500 oC („pokovování za horka“ – často se používá SnO2), nebo po vychlazení („povlak za studena“ – polymerový povlak). Prakticky vždy se používá kombinace obou povlaků. Obecně se povlaky aplikují na vnější povrch obalů. Skleněné obaly procházejí různými systémy kontroly, balení, rozbalení, plnění a opětného balení. Aby se zabránilo poškození obalů a aby se umožnilo jejich klouzání vodicími systémy bez poškození, lze na studeném konci chladicí pece nanášet na výrobky mazadla. Používané materiály nejsou škodlivé pro potraviny. Jedná se o výrobky na bázi kyseliny olejové nebo polyetylénu, které se nanášejí stříkáním zředěné vodné suspenze nebo stykem s párou. Obecně tyto úpravy významně nezvyšují emise do okolního prostředí. Pokovy za horka, obvykle velice jemný povlak oxidu titaničitého nebo oxidu cíničitého, se mohou aplikovat na skleněné obaly bezprostředně po opuštění tvarovacího stroje. V kombinaci s následným povlékáním za studena tyto úpravy zabraňují poškození povrchu skla během další manipulace. Povlak oxidu kovu působí jako podklad pro udržení organických molekul mazadla na povrchu skla, a to umožňuje vysokou oděruvzdornost při použití jednoduchých neškodných mazadel. Úprava na horkém konci také zlepšuje mechanickou odolnost. Úpravy musí být neviditelné a tudíž extrémně tenké. Tloušťka povrchových povlaků nanášených na horkém konci je obecně <0,01 µm. Aby bylo možné dosáhnout stejnoměrných povlaků této tloušťky, nejčastěji se používá metoda chemické depozice z plynné fáze (CVD) s použitím bezvodých chloridů cínu nebo titanu nebo speciálních organokovových sloučenin. Množství materiálu je malé, řádově 2 až 10 kg/den na jednu výrobní linku podle rychlosti výroby. Vyrobené skleněné obaly mohou v určitých případech ještě před odesláním zákazníkovi projít sekundárním procesem, který jim dodá zdobnost a identifikační znaky. Provádí se to buď tlakovými, nebo smršťovacími etiketami nebo keramickým dekorem nanášeným za tepla.
56
Sklářský průmysl
Kapitola 2
2.5 Ploché sklo [19, CPIV 1998] Pojem ploché sklo zahrnuje všechna skla vyrobená v plochém tvaru bez ohledu na způsob výroby. Pro účely tohoto dokumentu se však tento pojem používá pro popis výroby plaveného a válcovaného skla. Většina dalších komerčně vyráběných skel patří buď do odvětví speciálního skla (např. sklokeramické desky), nebo jejich výroba nedosahuje 20 tun za den, jak je specifikováno ve Směrnici. Jiné způsoby výroby velkých množství plochého skla pro stavebnictví a automobilový průmysl se v Evropské unii považují za zastaralé. Tyto výrobky jsou označovány jako tabulové a zrcadlové sklo a jsou stručně popsány v Kapitole 1. Většina plochého skla má základní sodnovápenaté složení, typické složení plaveného skla (floatu) je uvedeno v Tabulce 2.5. Plavené sklo a lité (válcované) sklo se vyrábí většinou v příčně otápěných regenerativních pecích. Tabulka 2.5: Typické složení sodnovápenatokřemičitých plochých skel Složka
Hmotnostní procento
Oxid křemičitý (SiO2)
72,6
Oxid sodný (Na2O)
13,6
Oxid vápenatý (CaO)
8,6
Oxid hořečnatý (MgO)
4,1
Oxid hlinitý (AI2O3)
0,7
Oxid draselný (K2O)
0,3
Oxid sírový (SO3)
0,17
Minoritní materiály (modifikátory barev a náhodné nečistoty ze surovin)
Stopová množství
2.5.1 Plavení skla Základním principem plavení je lití skloviny na lázeň roztaveného cínu a tvarování pásu, jehož vrchní a spodní povrch jsou rovnoběžné vlivem gravitace a povrchového napětí. Plavicí vana (neboli lázeň) je tvořena ocelovým obalem podepřeným ocelovou konstrukcí a vyloženým žáromateriálem, který ohraničuje roztavený cín. Plavicí vana je dlouhá kolem 55 až 60 m, široká 4 až 10 m a je rozdělena do 15 až 20 polí. Vana je vzduchotěsná a směsí dusíku a vodíku je v ní udržována mírně redukční atmosféra. To je důležité k zamezení oxidace povrchu cínu, která by poškodila styčný povrch mezi sklem a cínem. Roztavený cín se používá jako tekutá lázeň proto, že je jedinou látkou, která zůstává v požadovaném teplotním rozsahu tekutá a bez významného tlaku par. Sklovina proudí z pece kanálem vyloženým žáruvzdorným materiálem, který může být vyhřívaný, aby byla zachována správná teplota skla. Na konci kanálu se sklo vylévá na cínovou lázeň skrze speciální žáruvzdorný lip zajišťující správné rozlití skla. Proudění skla je řízeno nastavitelnou zavěšenou žáruvzdornou clonou (předním „hradítkem“). Když se sklo dostane poprvé do styku s cínem, cín má teplotu kolem 1000 °C, u výstupu z lázně je ochlazen asi na 600 °C. Průchodem po povrchu lázně se sklo rozlévá do stejnoměrné tloušťky a přejímá téměř perfektní plochost roztaveného cínu.
Sklářský průmysl
57
Kapitola 2
Obrázek 2.6 ukazuje schematické znázornění plavení skla.
600oC 1050 C 550oC
1590oC o 1500oC 1100 C
o
200oC
cca. 200m
A B C D E F G
mísení surovin střepy olejová tavicí pec řízená atmosféra roztavený cín plavící lázeň chladící pec
H automatický sklad – není zobrazen I automatické stohování J objednávky K počítače L kontrolní místo M počítačem řízené řezání Pozn. Obrázek neodpovídá měřítku
Obrázek 2.6: Plavení skla Uvnitř plavicí vany je několik párů vodou chlazených rolen, u kterých lze nastavit směr, výšku, hloubku vniknutí do skla a úhel. Tyto rolny zachytávají skleněnou tabuli na obou okrajích ozubenými kolečky a roztahují ji do délky a šířky. Rychlost proudu skla a rychlost otáčení válečků pomáhají regulovat tloušťku skla, která může být od 1,5 mm do 19 mm. Sklo má na povrchu cínu maximální přirozenou tloušťku, a aby se vyrobilo tlustší sklo, je třeba vložit grafitové bariéry. Na výstupu z plavicí lázně se skleněný pás zvedá zvedacími válečky a prochází tunelem s řízenou teplotou – chladicí pecí – a ochlazuje se. Na začátku chladicí pece se na obě strany pásu aplikuje SO2, čímž se povrch skla chrání při styku s válečky. Pec je rozdělena na sekce, ve kterých probíhá ohřev a nepřímé nebo přímé chlazení nucenou a přirozenou konvekcí. Sklo je tedy postupně ochlazováno ze 600 °C na 60 °C, aby se zbytkové pnutí způsobené během tvarování snížilo na přijatelnou úroveň. Tato operace vyžaduje čas a prostor, od vylití skla na plavicí lázeň k řezací lince je nepřetržitý pás skla dlouhý 200 m. Ochlazený skleněný pás se řeže přímo na lince pohyblivým řezným nástrojem, úhel vůči lince závisí na rychlosti linky (90°, pokud se nepohybuje). Okraje pásu, na kterých jsou stopy po válečcích, se odřezávají a recyklují se do pece jako střepy. Skleněná tabule se pak kontroluje, balí a skladuje, buď k prodeji, nebo k dalšímu zpracování. Ke zdokonalení výrobku lze přímo na lince (on-line) na sklo aplikovat pokovy, které zlepšují jeho kvalitu (např. nízkoemisivní pokov). Nanášení on-line je specifické pro každý případ a celkový počet zařízení s pokovovacími linkami je velice nízký. Pohybující se pás skla se pokovovává za horka působením sloučenin křemíku nebo cínu na povrch, kde tyto sloučeniny reagují a vytvářejí požadovanou vrstvu. Proces má v podstatě dvě oddělené fáze – základní povlak na bázi křemíku a svrchní povlak, např. oxid cíničitý dopovaný fluorem. Vzhledem k povaze použitých chemikálií může dojít k emisím kyselých plynů a jemných částic, které se obecně upravují v příslušném absorpčním systému.
58
Sklářský průmysl
Kapitola 2
2.5.2 Válcování (vzorované sklo a sklo s drátěnou vložkou) Schematické znázornění výroby válcovaného skla je uvedeno na Obrázku 2.7.
Obrázek 2.7: Proces válcování skla Válcované sklo je nepřetržitě tvarováno dvojicí válců. Sklovina o teplotě asi 1000 °C prochází mezi vodou chlazenými ocelovými válci, čímž vzniká pás s řízenou tloušťkou a povrchovým vzorem. Sklo přichází z tavicí pece do předpecí, kde dosáhne teploty požadované pro průchod mezi válci. Podle kapacity pece a podle požadované celkové výroby lze z jedné pece zásobovat jeden nebo dva stroje. Rotující válce vtahují sklovinu do kanálu, odkud vychází jako pás o tloušťce dané mezerou mezi válci. Typická šířka pásu je kolem 2 metrů. Při průchodu mezi vodou chlazenými válci se odebírá ze skla teplo. Řízení teploty na styku je důležité pro správný provoz a kvalitu výrobku. Po výstupu z válců je pás dostatečně viskózní, aby významněji nezužoval a aby mohl být přenesen asi 2 metry přes pohyblivé válečky. Tam se dále chladí a při teplotě kolem 600 °C je přenesen do chladicí pece. U tohoto postupu plní válce tři funkce: tvarují pás, vtiskují zvolený vzor a odvádějí teplo. Válce musí být velice přesně opracovány, musí být perfektně osově symetrické a musí mít po celém povrchu stejnoměrný vzor bez jakéhokoli defektu. Vyrábí se široká paleta vzorů, takže se v reakci na požadavky trhu často provádějí změny. Proto je jedním z důležitých faktorů při konstrukci stroje jednoduchost výměny vzorovaných válců. Nejčastějším řešením je instalace dvou strojů vedle sebe na jedné kolejnici. Když je nutná výměna, mohou se nové vzorované válce namontovat na náhradní stroj, který bude poté v případě změn přesunut na místo. Tento postup vyžaduje zastavení toku skla pomocí kovového hradítka umístěného v kanálu před válci. Válcování se rozšířilo ve výrobu skla zpevněného drátěnou vložkou. Zde se používají dvě odlišné techniky. Při první se používají dva kanály pro přivedení dvou proudů skla do tvarovacího stroje, zatímco druhá metoda používá jenom jeden proud skla a jeden kanál. Z role zavěšené nad strojem se přivádí drátěné síto a zavádí se do tzv. „skleněného polštáře“, který je tvořen proudem skla Sklářský průmysl
59
Kapitola 2
vstupujícím do prostoru mezi dvěma válci. Pro kvalitu výrobku je velmi důležitá specifikace, řízení a úprava drátěného síta.
2.6 Nekonečná skleněná vlákna [19, CPIV 1998] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] [131, APFE 2008] Nejpoužívanějším složením pro výrobu nekonečného skleněného vlákna je E-sklo, které tvoří více než 98 % celkové výroby odvětví. Typické složení E-skla pro všeobecné použití je uvedeno v Tabulce 2.6. U výrobků ze sklovláknité příze se dává přednost složení podle normy ASTM D578-00, které je uvedeno v Tabulce 2.7. Při výrobě nekonečného skleněného vlákna se také používají jiná složení, ale v EU se vyrábějí jen ve velmi malém množství. Techniky tavení těchto odlišných složení jsou velice specifické a obecně nepředstavují techniky používané v odvětví jako takovém. Pro účely tohoto dokumentu se uvažuje pouze výroba E-skla. Tabulka 2.6: Typické složení E-skla pro výrobky ze skleněných vláken pro všeobecné použití Složka
% hm.
B2O3
0 až 10
CaO
16 až 25
AI2O3
12 až 16
SiO2
52 až 56
MgO
0 až 5
Celkem oxidy alkalických kovů
0 až 2
TiO2
0 až 1,5
Fe2O3
0,05 až 0,8
Fluoridy
0 až 1,0
Tabulka 2.7: Typické složení E-skla pro výrobky ze sklovláknité příze pro použití v tištěných spojích
Složka
% hm.
B2O3
5 až 10
CaO
16 až 25
Al2O3
12 až 16
SiO2
52 až 56
MgO
0 až 5
Na2O a K2O
0 až 2
TiO2
0 až 0,8
Fe2O3
0,05 až 0,4
Fluoridy
0 až 1,0
Sklovina pro výrobu nekonečného skleněného vlákna se obecně vyrábí na rekuperativní příčně otápěné vzduchopalivové peci. I když stále existují některé pece s kyslíkovým příhřevem, je zde značný příklon k pecím s úplným kyslíkopalivovým tavením (ze 43 % pecí provozovaných v Evropě 60
Sklářský průmysl
Kapitola 2
v roce 2005). Jak vzduchopalivové, tak kyslíkopalivové pece lze vybavit elektrickým přitápěním (v roce 2005 bylo takto vybaveno 50 % pecí). Regenerativní pece se nepoužívají, protože v tomto odvětví se používají relativně malé pece a protože při teplotě v regenerátorech by mohlo docházet ke kondenzaci boritanu, což by způsobilo vážné problémy. Nejpoužívanějším složením skla v tomto odvětví je E-sklo, které má velmi nízký obsah alkálií, z čehož vyplývá nízká elektrická vodivost. V době psaní tohoto dokumentu (2010) se nepovažovalo za ekonomicky schůdné tavit E-sklo v celoelektrické tavící peci. Sklovina teče z předního konce pece skrze řady feedrů vyložených žáromateriálem a otápěných plynem do žlabů platinových pícek. V hlavě každé pícky jsou průchodky dopravující roztavené sklo k tryskám v podkladní desce, kde dochází ke zvlákňování. Pícky jsou jakési krabice, jejichž základnu tvoří perforovaná kovová deska s několika stovkami kalibrovaných otvorů (ústí trysek), a které se vyrábí z ušlechtilých kovů, např. slitin platiny a rhodia. Pícka je elektricky ohřívána a její teplota se přesně reguluje po celém povrchu, aby byla dosažena konzistentní rychlost proudění skloviny z každého otvoru. Sklo proudící skrze ústí trysky je vytahováno a ztenčováno působením vysokorychlostního navíjecího zařízení, čímž se vytváří nekonečné vlákno. Precizní regulací lineární tažné rychlosti (která se může měnit od 5 m/s do 70 m/s) lze získat specifické průměry vlákna v rozmezí 5 µm až 24 µm. Přímo pod píckou se skleněné vlákno prudce ochlazuje kombinovaným účinkem vodou chlazených kovových žeber, mohutného proudu vzduchu a vodního postřiku. Vlákna jsou tažena společně a procházejí přes válec nebo pás, který na každé vlákno nanáší vodnou směs, většinou emulzi nebo roztok polymeru. Povlak je také označován jako pojivo nebo apretura a slouží jednomu nebo dvěma účelům: chrání vlákna před vlastní abrazí během dalšího zpracování a manipulace a/nebo zpevňuje polymer a zajišťuje dobrou adhezi skleněného vlákna k pryskyřici. Obsah pojiva na vláknech se obvykle pohybuje v rozmezí 0,5 % až 1,5 % hmot. Materiál, který lze použít jako povlak, se liší podle finálního použití výrobku. Typické složky povlaku jsou: filmotvorné látky (např. polyvinylacetát, škrob, polyuretan, epoxidová pryskyřice), pojiva (např. organofunkční silany), modifikátory pH (např. kyselina octová, chlorovodíková, amonné soli) a lubrikanty (např. minerální oleje, povrchově aktivní činidla). Povlečená vlákna se sbírají do svazků nazývaných také sklovláknité prameny, které procházejí dalšími úpravami podle typu zpevnění. Prameny se mohou zpracovávat konvenčním nebo přímým postupem. Při konvenčním zpracování se prameny navíjejí na rotující trn navíjecího zařízení a vytvářejí tzv. „kokony“ o hmotnosti až 50 kg. Kokony, obsahující až 1,5 % pojiva a až 15 % vody, se označí etiketou a odcházejí k dalšímu zpracování. Pro některá použití se kokony zpracovávají vlhké, ale většinou procházejí vytvrzovacími pecemi. Pece jsou otápěny plynem, párou, elektřinou nebo nepřímo horkým vzduchem. Hlavními výrobky jsou sekané vlákno, roving (prameny), rohože ze skleněné střiže, příze, tkaniny a mleté vlákno. Sekané vlákno se vyrábí rozvinutím kokonu a zavedením vláken do stroje s rotujícím válcem s lopatkami. Sekaná vlákna mají rozměry mezi 3mm a 25 mm a dopravují se do různých balení, až do hmotnosti 1 t. Roving se vyrábí rozvinutím a kombinováním pramenů z více kokonů tak, aby dosáhly požadované hmotnosti skla na délkovou jednotku. Rohož ze sekaných pramenů se vyrábí rozvinutím pramenů z kokonů nebo rovingů (pramenů) a jejich sekáním ve válcovitých sekačkách. Ty jsou uspořádány tak, aby nasekané prameny padaly na pohyblivý pásový dopravník o šířce až 3,5 m. Sekané prameny se postříkají sekundárním pojivem, tj. vodným roztokem polyvinylacetátu nebo práškem nasyceného polyesteru. Celkový obsah pojiva je v rozmezí 2 až 10 %. Dopravník přenáší mokrou rohož sušicí a vytvrzovací pecí a mezi párem zhutňovacích válců, a pak se rohož navíjí na trn. Rohož může mít různou specifickou hmotnost a šířku a balí se do beden s typickou hmotností 50 kg.
Sklářský průmysl
61
Kapitola 2
Příze se vyrábí buď z vysušených, nebo z vlhkých kokonů, kde k sušení pramenů dochází během skaní. Příze se vyrábí na skacím stroji, který nese až 100 kokonů. Prameny se odmotají z kokonu, zkroutí se do příze a navinou se na vřeteno. Je to komplexní proces podobný postupům v textilním průmyslu. Obvykle skací stroj vyrábí jenom jednu přízi z jednoho pramenu, ale (i když to není běžné) vyrábějí se i několikanásobně vinuté příze. Tkanina ze skleněných vláken se vyrábí sekáním pramenů odvinutých z kokonů ve válcovitých sekacích strojích, které se poté odvádějí buď přímo do rozvlákňovače, nebo do prozatímních zásobníků pro pozdější použití. Po rozptýlení v rozvlákňovači se vlákna nanesou mokrým procesem na sítěný dopravník. Jako pojivo se až do 20 % (obsah za sucha) přidává vodný roztok různých typů pryskyřic, polyvinylakoholu a latexu. Síto pronese tkaninu sušicí a vytvrzovací pecí, a pak se tkanina navine na buben. Tkanina ze skleněného vlákna může mít různou specifickou hmotnost a šířku. Mletá vlákna se vyrábějí mletím kokonů nebo sekaných pramenů na délku 50–300 µm. Mletá vlákna se dopravují do různých obalů od 20 kg do 1 tuny. Sekané vlákno, roving (prameny) a nekonečné rohože je rovněž možné vyrábět přímo. Sekané vlákno se vyrábí přímým zavedením pramenů do vysokorychlostní sekačky ihned po jejich povlečení. Prameny se sbírají a podle použití výrobku se buď balí za mokra, nebo se suší. Přímý roving (prameny) se vyrábí pomocí platinové pícky s tryskami s řadou otvorů s různými průměry odpovídajícími danému výrobku. Vlákna se povléknou a roving (prameny) se normálně usuší. Nekonečná rohož se vyrábí přímým položením pramenů na pohyblivý dopravník a jejich nastříkáním vodným nebo práškovým pojivem. O zajištění správného nanesení vláken na dopravník se stará speciální zařízení. Rohož prochází sušicí pecí a zhutňovacími válci, navíjí se na trn a balí se.
2.7 Užitkové sklo [28, Domestic 1998] Toto odvětví je jedním z nejrozmanitějších odvětví sklářského průmyslu a zahrnuje celou řadu výrobků a procesů. Tyto procesy sahají od složitých ručních výrob dekorativního olovnatého křišťálu k velkoobjemovým vysoce mechanizovaným metodám používaným k výrobě základních spotřebitelských výrobků s nižší cenou. Většina užitkového skla se vyrábí ze sodnovápenatého skla, které má složení blížící se složení skla obalového. Vzhledem k specifickým kvalitativním požadavkům a k různým způsobům tvarování jsou však tato složení komplexnější. Stejně jako u obalového skla lze přidávat barviva buď v peci, nebo ve feedru. Dalšími významnými typy užitkového skla jsou: • • • •
opálová (opakní) skla, která obsahují fluorid nebo fosforečnan. vysokoprocentní olovnatý křišťál, olovnatý křišťál, křišťálové sklo s oficiálními definicemi (složení a vlastnosti) podle Směrnice Rady 69/493/EHS o křišťálovém skle. boritokřemičité sklo, které obsahuje bor a které je zvláště vhodné pro varné nádobí díky velice nízkému koeficientu tepelné roztažnosti. sklokeramika pro varné nádobí rovněž s nižším koeficientem roztažnosti.
Široká škála výrobků a postupů znamená, že v odvětví lze skutečně použít všechny techniky tavení, popsané v Oddíle 2.3, od pánvových pecí po velké regenerativní pece. Na rozdíl od výroby obalů se cizí střepy příliš nepoužívají kvůli kvalitativnímu omezení, ale vlastní střepy se používají běžně.
62
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Proces tvarování lze rozdělit na dvě hlavní kategorie: automatické zpracování a ruční nebo poloautomatické zpracování. Automatické zpracování je podobné tomu, které se používá při výrobě obalů. Sklo z pece je dávkováno jedním nebo více žlaby do tvarovacích strojů, kde se ve formách tvarují výrobky. Přesná technika tvarování závisí na rozměrech výrobku. Existují čtyři hlavní techniky: lisofoukací, dvakrát foukací, lisovací a odstředivé lití. Lisofoukací a dvakrát foukací technika jsou v podstatě stejné metody jako u výroby skleněných obalů (viz Oddíl 2.4), a proto zde nebudou dále popisovány, přestože se design strojů a podmínky provozu liší (rychlost, kvalitativní požadavky). Lisování je relativně jednoduché a používá se u výrobků, které jsou velmi mělké a jejich ústí je širší nebo stejné jako základna. Probíhá zde lisování horké skleněné kapky mezi formou a razníkem, jak je uvedeno na Obrázku 2.8. Vstupní teplota skloviny se bude měnit podle složení, pro sodnovápenaté sklo je obvykle 1150 °C. Obrázek 2.8 ukazuje schematické znázornění výroby skleněných předmětů lisováním.
Obrázek 2.8: Tvarování skleněných výrobků lisováním
Odstředivé lití se používá k výrobě kruhovitých výrobků, jako jsou talíře nebo mělké mísy. Horká skleněná kapka skane do formy, která se pak roztočí a výrobek se vytvaruje odstředivou silou.
Obrázek 2.9: Tvarování skleněných výrobků odstředivým litím Vytvarované výrobky se žíhají a leští ohněm, aby bylo dosaženo požadované povrchové kvality. Často jsou nutné velmi vysoké teploty, které jsou dosahovány kyslíko-palivovým a v některých případech kyslíko-vodíkovým otopem. Tyto procesy mají výhodu v nižší specifické spotřebě energie, snadném použití a snížení objemů spalin. Sklářský průmysl
63
Kapitola 2
Po žíhání výrobek prochází chladicí pecí a mohou se na něj nanášet povlaky kovů. Chlazení a nanášení povlaků za studena jsou srovnatelné s postupy u obalového skla, a tak již nebudou dále popisovány (viz Oddíl 2.4). V některých případech výrobky neprocházejí chladicí, ale kalicí pecí, aby se zvýšila jejich odolnost vůči mechanickému a tepelnému šoku. Výroba určitých výrobků zahrnuje dodatečné připojení dvou nebo více dalších částí po místním natavení. Jedná se o nožky a dýnka skleniček a ouška šálků a skleniček. Tyto části se vyrábějí zvlášť lisováním, tažením nebo vytlačováním. Nožky se často vytáhnou ze skleněné baňky a připojí se pouze samotné dýnko. Při ruční výrobě skla nabírá sklář sklo píšťalou buď přímo z pece, nebo z nabírací buňky. Krátkým fouknutím do píšťaly se vytvoří malé duté těleso (baňka) a tvar se pak vytvaruje roztáčením v dřevěné nebo kovové formě. Výrobky se přenesou do chladicí pece, aby se odstranilo vnitřní pnutí, a jsou žíhány, leštěny ohněm nebo znovu zahřívány. Při poloautomatické výrobě některé kroky (nabrání, tvarování a manipulaci) provádějí stroje nebo roboty. Obecně bude ruční výroba skla pravděpodobně spadat pod Směrnici 2010/75/EU pouze tehdy, pokud bude prováděna v zařízení, kde probíhají další výrobní činnosti. Základní výrobky se potom mohou následně opracovávat za studena během jedné nebo více operací. Některé z nich jsou popsány níže. Broušení zahrnuje vyříznutí přesných předem zvolených vzorů na základním skleněném výrobku pomocí diamantových brusných kotoučů. Tento postup se podle výrobku může provádět buď ručně, nebo automaticky. Jako chladivo se při broušení používá voda (někdy dávkovaná spolu s mazadlem atd.). Ta také odvádí vzniklé jemné částečky skla. Voda se čistí a buď odtéká, nebo se recykluje. Hrany výrobků se někdy zabrušují a leští podobnými, ale méně specializovanými technikami. Broušení vytváří na skle šedý neupravený povrch. Původní vzhled povrchu skla se získává ponořením do lešticí lázně kyseliny fluorovodíkové a sírové. Kyseliny povrch vyrovnají, protože drsné oblasti se v důsledku větší povrchové plochy rozpouštějí snadněji. Na povrchu skla se vytváří bílá „kůže“ (tvořená síranem olovnatým). Po opláchnutí skla v horké vodě se obnoví jeho zářivý vzhled. Z hladiny lešticí lázně se uvolňují výpary HF a SiF4. Tyto výpary jsou čištěny ve věžových pračkách. Během této operace se vytváří kyselina fluorokřemičitá (H2SiF6) s typickou koncentrací až 35 % a kyselá oplachová voda se pak neutralizuje. Alternativně lze H2SiF6 rekuperovat a, je-li to možné, použít jako surovinu pro chemický průmysl. Kyselá oplachová voda také vyžaduje pravidelnou neutralizaci. Vyvíjejí se alternativní techniky ke kyselinovému leštění, např. mechanické leštění a vysokoteplotní leštění plamenem nebo laserem. K vytvoření atraktivních vzorů lze použít celou řadu jiných technik. Tyto techniky zahrnují: zdobení smaltem, matování pískováním nebo leptání kyselinou a rytí. Objemy emisí z těchto operací jsou malé ve srovnání s hlavními zpracovatelskými postupy.
2.8 Speciální (technické) sklo [26, Special 1998][2, UKDoE 1991][22, Schott 1996][132, Special 2008] Odvětví speciálního skla je extrémně různorodé a pokrývá celou řadu výrobků, které se mohou podstatně lišit složením, výrobními metodami a konečným použitím. Rovněž lze uvažovat, že se mnoho výrobků bude překrývat s jinými odvětvími, zvláště s výrobou boritokřemičitého skla pro odvětví užitkového skla. V minulosti bylo hlavním výrobkem odvětví speciálního skla sklo na katodové trubice. V době psaní tohoto dokumentu (2010) tento druh výroby v EU již téměř vymizel a hlavní produkce se skládá ze skleněných trubic a baněk.
64
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Většina dalších výrobků se vyrábí v relativně nízkých objemech a často značně pod hranicí 20 t/den. Mnoho z těchto nízkoobjemových výrobků se však vyrábí v zařízeních, jejichž celková výroba toto číslo přesahuje. Tabulka 2.8 uvádí složení hlavních skleněných výrobků v odvětví speciálního skla. Některá složení se výrobek od výrobku značně liší a výše uvedené hodnoty by měly být považovány pouze za vodítko. Tento oddíl poskytuje přehled o hlavních výrobních postupech používaných v odvětví speciálního skla. Vzhledem k rozmanitosti odvětví se používá řada tavicích technik, ale nízké objemy výroby znamenají, že se většinou jedná o velice malé pece. Nejběžněji používanými technikami jsou rekuperativní pece, kyslíko-plynové pece, elektrické pece a denní vany. V některých případech se také používají regenerativní pece, např. při výrobě obrazovkového skla. Je třeba uvést, že teploty tavení speciálních skel mohou být vyšší než u většiny konvenčních sériově vyráběných skel. Zejména boritokřemičité sklo a sklokeramika potřebují tavicí teploty vyšší než 1650 oC. Takto vysoké teploty a komplexní složení mohou vést k vyšším emisím do okolního prostředí na tunu, než je tomu např. u sodnovápenatých výrobků. Nižší rozsah výroby spojený s vyššími teplotami také znamená, že energetická účinnost je obecně nižší a životnost pecí je v tomto odvětví obecně kratší. Vyšší kvalitativní požadavky u některých výrobků, jako je optické sklo a sklokeramika, vyžadují konstrukci (nebo vyložení) pecních částí počínaje čeřicí oblastí platinou, aby se zamezilo kontaminaci. Stejně jako v jiných odvětvích teče sklovina po utavení a vyčeření z pece skrze žlab dávkovače s řízenou teplotou do tvarovacího zařízení. Hlavními technikami tvarování používanými v odvětví speciálního skla jsou: • • • • • • • • • • •
lisofoukání (boritokřemičité sklo, stolní sklo a kuchyňské výrobky) foukání do rotační formy (boritokřemičité sklo, svítidla) foukání (boritokřemičité sklo, užitkové sklo) válcování (plochá sklokeramika) lisování (obrazovky a svítidla) stužkový stroj (žárovky) odstředivé lití (boritokřemičité sklo) tažení trubic pomocí postupů Danner a Vello (skleněné trubice včetně osvětlovacích) lití (bloky optického skla a některé speciální výrobky) proces tažení (tažení dolů pro výrobu tenké skleněné fólie, např. pro displeje, tažení nahoru u boritokřemičitého skla) plavení (boritokřemičité sklo).
Lisofoukací a dvakrát foukací procesy jsou v podstatě stejné, jako procesy popsané v odvětví obalového skla (viz Oddíl 2.4). Válcování používané k výrobě např. sklokeramických desek pro sporáky, je zmenšenou verzí postupu popsaného v odvětví plochého skla, ale s použitím hladkých válců. Tyto procesy již nejsou dále popisovány a odkazujeme na předchozí oddíly (viz Oddíl 2.5.2). Při lisování je sklo ve styku se všemi částmi kovové formy. Lisovací forma se skládá ze tří částí: duté formy, razníku, který zapadá do formy a nechává prostor určující tloušťku skleněné stěny, a kroužku, který vede razník při jeho vytažení z formy. Do formy se nadávkuje kapka skloviny a hydraulicky nebo pneumaticky se lisuje razníkem skrz usměrňovací kroužek, dokud se sklo nezalisuje do všech oblastí formy. Razník a forma odvádějí ze skla velkou část tepla a po ztuhnutí se razník vytáhne. Většina lisů pracuje s otočnými stoly, které mají obvykle 4 až 20 forem. Maximum je 32 forem, pro výrobu obrazovek bývá nejčastěji 11. Sklo na otočném stole prochází postupně fázemi dávkování, lisování, chlazení a odebrání.
Sklářský průmysl
65
Kapitola 2
Žárovky se mohou vyrábět stužkovým způsobem. Pás skla se vytvaruje válcováním skloviny mezi dvěma vodou chlazenými válci. Po opuštění válců se pás skla dopraví strojem na řadu děrovaných desek, které vytvářejí nekonečný pás s otvory. Jak se skleněný pás pohybuje směrem dopředu, setkává se s nepřetržitou řadou horních foukacích hlav, přičemž každá foukací hlava souhlasí s otvorem v pásu. Fouknutí z hlavy vyfoukne sklo skrze otvor a sklo se v rotující formě vytvaruje na baňku. Dopředným pohybem pásu se vytvarovaná baňka uvolní z formy, ochladí se vzduchem a pak se uvolní z pásu a přenese se na pásový dopravník. Ten pronese baňky chladicí pecí k vychlazení, kontrole a zabalení. Lze dosáhnout rychlosti více než 1000 baněk za minutu. Protlačování se může u skel se strmou křivkou viskozity nebo u skel s tendencí ke krystalizaci použít k výrobě zboží s úzkou rozměrovou tolerancí. Je to hospodárný způsob výroby různých typů plných nebo dutých profilů s ostrým průřezem pro průmyslové použití. S použitím metody vrstveného protlačování lze zkombinovat dva nebo tři typy skla, např. komponenty opláštěné chemicky odolným sklem. Nejpoužívanější metodou pro kontinuální tažení skleněných trubic je proces Danner. Nepřetržitý proud skloviny teče na mírně skloněné pomalu rotující žáruvzdorné jádro nazývané Dannerův trn. Na spodním konci trnu se vytváří dutá baňka, z níž se táhne trubice. Dutým trnem se fouká vzduch, který vytváří ve skle dutinu. Po přesměrování do horizontální polohy se ztuhlá trubice převádí po válečcích k odebírací stanici, za níž se řeže na kusy o délce 1,5 m, někdy i delší. Tyto stroje mohou vyrobit více než 3 m skleněných trubic za sekundu. Druhým nejvíce používaným způsobem je proces Vello, který má přibližně stejný výkon jako proces Danner. Sklo z pece proudí žlabem a směrem dolů otvorem (kroužkem), dutina ve skle je udržována píšťalou s kónickým otvorem („zvonem“) umístěnou uvnitř kroužku. Stále ještě měkká trubice je přesměrována horizontálně a odtahuje se přes válečkovou dráhu, chladí se a řeže jako u procesu Danner. Variantou procesu Vello je tažení dolů, které lze použít k výrobě trubic o průměrech do 360 mm. Sklo se táhne dolů skrze vakuovou komoru a prochází utěsněnou irisovou clonou, kterou lze nastavit na různě velkou štěrbinu. Čtvrtým postupem je tažení nahoru, kdy se trubice táhne vertikálně vzhůru z rotující mísy. Tažná oblast je stíněna rotačním keramickým válcem, jehož jeden konec je ponořen do skla. Dutina se vytváří pomocí vzduchové trysky umístěné pod povrchem skla. Tato technika se používá zvláště k výrobě tlustostěnných trubic s velkými průměry. Optické sklo lze buď odlévat do bloků, nebo protlačovat do válců a dále do polotovarů, které se prodávají k dalšímu opracování. Formy jsou obvykle vyrobeny ze žáruvzdorných materiálů. Vodní sklo je nyní zahrnuto v referenčním dokumentu BREF pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií – pevných látek a ostatních (LVIC-S) (http://eippcb.jrc.es/reference/)
66
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Tabulka 2.8: Chemické složení hlavních výrobků v odvětví speciálního skla CRT sklo Složka
SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO PbO Sb2O3 As2O3 MnO2 MgO Na2O K2O SO3 F B2O3 BaO ZnO SrO ZrO2 P2O5 LiO2 SnO2 TiO2 CeO2 Nd2O3 V2O5 CsO Nb2O5 La2O3 Y2O3 Ta2O5 Gd2O3 WO3 GeO2 Bi2O3
Skleněné trubice Sodnovápenatokřemičité
Boritokřemičité
Boritokřemičité sklo, např. laboratorní sklo
hm.% 69 2–4 0–1 4–5
hm.% 67–81 2,0–7 0,01–2 0,01–1,5
hm.% 70–81 2,3–5,5 0,01–0,03 0,01–1
Stínítko
Kónus
hm.% 60–63 2–3,4
hm.% 53–55 1–5,2
0–3,2 0,15–0,8 0–0,3
0,9–3,8 14–23 0–0,35 0–0,3
0–0,9 0–0,06
0–1,2 6,6–9,4 6,6–8,4
0,6–2,2 5,8–6,7 7,8–8,1
2–3 9–16 1–11
0–0,06 0,01–5 0,01–0.5 3,5–12 0,01–2,5
1 1–6
5–13 0,01–3,5
8–13
0,01–1
0,01–1
8,3–13 0–0,8 2,2–8,8 0–2,3
0–2,5 0–0,8 0–0,5 0–0,2
0,01–5 0–1
Jiná osvětlovací skla Opakní sklo hm.% 63–68 3–3,5 0,15 1,4–8
Žárovky hm.% 73–75 1–4 0,5
Optické sklo Křemenné Sklokeramika sklo hm.% 55–70 15–25 0–0,2 0–4,0
(Bor) korunové
Optické olovnaté
Fluorofosfátové
Dopované prvky vzácných zemin
hm.% 99,9 0,005
hm.% 35–70 0–10
hm.% 25–60 0–15
hm.% 0–15
hm.% 0–28 0–3
0,001
0–10
0–10
0–25
0–0,1 0–0,1
0–0,2 0–0,1
0–5
0–1
0–2 0–1,5 0,01–0,5 3,4–6,5 0,5–1,5
0,01–5
1,4–4 9–10 6 0,2 4,0–5,4 0–1,6 2,3–3 3–4,8
0,5 3–4 1,5–2,5
0–1,0 0,5–1,5
12–17
0–3 0–3 0–3 0–1 0–2,5 0–8 2–4 0–1 1–4 0–1,3 0–0,3 0–0,5
0–3 0–2 0–2
0–0,3 0-0,3
25–70 0–0,1 0–0,3
0–10 0–20
0,5–10 0,5–8
0–10 5–20 0–42 0–10 0–5 0–1 0–50 0–1 0–1 0–3
0–20 0–5 0–20 0–5 0–25 0–3
0–5 0–45
0–10 0–20 0–60
Ostatní, např. diody hm.% 35
60
5,0 0–35 0–10 0–40 0–1 0–20 0–35 0–35
10–40 0–45 0–25 0–5 0–10 0–7 0–1 0–20
0–1
0–20 0–50 0–10 0–20 0–15 0–3
Zdroj: [132, Special 2008]
Sklářský průmysl
67
Kapitola 2
2.9 Minerální vlna [27, EURIMA 1998] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] [89, EURIMA Suggestions 2007] [133, EURIMA Contributions November 2008] Výroba minerální vlny je tvořena následujícími fázemi: přípravou surovin, tavením, rozvlákňováním skloviny, nanášením pojiva, tvarováním rohože, tvrzením, chlazením a konečnou úpravou výrobku. Minerální vlnu lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: skleněná vata a kamenná/strusková vata. Výrobky se používají v podstatě stejně a liší se především surovinami a metodami tavení. Po tavení jsou postupy a ekologické problémy v podstatě identické. Charakteristická složení minerální vlny jsou uvedena v Tabulce 2.9. Povšimněte si, že oxidy železa, TiO2 a P2O5 nejsou úmyslnou nebo potřebnou složkou skla a že se objevují jako občasné nečistoty. Proto bude jejich množství ve skleněné a kamenné vatě záviset na kvalitě surovin a hodnoty uvedené v tabulce jsou možné extrémní hodnoty. Tabulka 2.9: Typická složení minerální vlny Oxidy Minerální Alkalické SiO2 alkalických vlna oxidy zemin Skleněná 57–70 12–18 8–15 vata Kamenná 38–57 0,5–5 18–40 vata Strusková 38–52 0,5–3 30–45 vata
B2O3
Oxidy železa
AI2O3
TiO2
P2O5
0–12
<0,5
0–5
Stopová množství
0–1,5
0,5–12
0–23
0,5–4
0–1,5
0–5
5–16
<1
Stopová množství
Stopová množství Stopová množství
2.9.1 Skleněná vata Na Obrázku 2.10 je zobrazeno typické zařízeni na výrobu skleněné vaty.
Obrázek 2.10: Typické zařízení na výrobu skleněné vaty
68
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Suroviny pro výrobu skleněné vaty se většinou přepravují v cisternách na nákladních automobilech a pneumaticky se dopravují do skladovacích násypek. Každý proces používá své suroviny a přesné složení kmene se může podstatně lišit. Základními materiály pro výrobu skleněné vaty jsou písek, soda, dolomit, vápenec, síran sodný, dusičnan sodný a minerály obsahující bor a hliník. Ve většině postupů se také používají jako surovina střepy. Jedná se o rozbité sklo, které bylo vyrobeno ochlazením proudu skloviny z pece vodou po přerušení rozvlákňování. Střepy z procesu mají stejné složení jako finální výrobek a jsou ihned recyklovány zpět do pece. Ostatní druhy skleněných střepů, např. z obalového skla a sodnovápenatokřemičitého plochého skla se rovněž v širokém rozsahu využívají jako surovina. Tento typ materiálu se hůře recykluje a jeho použití velmi závisí na ceně, složení, čistotě a konzistenci dodávek. Jedním z limitujících faktorů pro používání střepů jako suroviny představuje sklokeramika. Stejně jako u jiných druhů skel se přítomnost sklokeramických střepů v recyklovaném skle stává rostoucím problémem. Někteří výrobci také do pecí recyklují odpad z upravených vláken a prach sebraný z proudu pecních spalin. Vláknitá povaha většiny odpadu ho dělá prakticky nerecyklovatelným bez dalších úprav. Suroviny se do pecí zakládají jako prášek nebo v granulované formě, takže odpadový materiál se před založením musí rozmělnit nebo peletizovat. Toho se obvykle dosáhne určitou formou mletí. Odpad z výroby a odfiltrovaný odpad obsahují významná množství organických pojiv. Ve sklářské peci představuje obsah uhlíku v odpadu řadu potenciálních problémů, např.: snížení přenosu tepla, pěnění, destabilizaci podmínek tavení a změnu chemického složení v peci. Tyto problémy lze zmírnit, ale množství odpadu, které lze recyklovat zpět do pece, je omezené. Dále může být nutné přidat jako čeřivo dusičnan sodný nebo draselný a rozklad těchto materiálů může významně přispět k emisím oxidů dusíku. Různé suroviny se automaticky navažují a mísí, aby vytvořily přesné složení kmene. Smísený kmen se poté před přidáním do pece přepravuje do mezizásobníků. V tomto odvětví se až na několik vzácných výjimek používají pece elektrické, tradiční rekuperativní otápěné plynem nebo méně často kyslíkoplynové. Tyto techniky byly popsány v Oddíle 2.3. Proud skloviny proudí z pece skrz vyhřívaný a žáromateriálem vyložený žlab dávkovače a vylévá se řadou jednoduchých trysek (obvykle jedna až deset) na speciálně zkonstruovaný rotační odstředivý rozvlákňovací kotouč. K primárnímu zvláknění dochází odstředivým účinkem rotačního rozvlákňovacího kotouče a dalším ztenčením plynem z horkého plamene kruhového hořáku. Tím se vytvoří závoj z nahodile propletených vláken různé délky a průměru. Závoj prochází postřikovacím prstencem, který stříká na vlákna roztok pojiva na bázi fenolové pryskyřice a minerálního oleje a dodává jim celistvost, pružnost, odolnost a způsobilost pro zpracování na finální výrobek. Pojivo se do značné míry ředí vodou, aby řádně pokrylo vlákna, která mají velkou povrchovou plochu. Voda slouží jako nosné médium pro pojivo, a poté se odpaří. Vlákno povlečené pryskyřicí se podtlakem přenáší na pohyblivý pás, kde vytváří vláknitou rohož. Tato rohož prochází plynem otápěnou pecí při přibližně 250 °C, ve které se výrobek suší a vytvrzuje se pojivo. Výrobek se poté chladí a před balením se nařeže na formáty. Odříznuté okraje se mohou granulovat a vefukovat zpět do závoje z vláken nebo je lze kombinovat s přebytečným materiálem a vytvářet výrobky z volné vaty. Některé výrobky se nevytvrzují v peci, např. výrobky tvrzené mikrovlnami, lisované za horka, netvrzené nebo bez pojiv. Rovněž se vyrábějí laminované výrobky aplikací povlaku, např. hliníkové fólie nebo skleněné tkaniny, které se nanáší přímo na lince za pomocí lepidla. U většiny následných procesů se do potrubí vstřikuje voda, aby se zamezilo hromadění vláknitého a pryskyřičného materiálu, což by mohlo způsobit požár nebo zablokování, a aby se odstranil materiál unášený kouřovými plyny. Voda se také používá k čištění sběrných pásů a dalších částí zařízení. Systém vody v procesu je obvykle uzavřený okruh, voda je sbírána, filtrována a opět používána k Sklářský průmysl
69
Kapitola 2
postřiku jako oplachovací voda a k ředění pojiva. Typický vodní systém při výrobě skleněné vaty je uveden na obr. 2.11. Značná část vody se vypařuje při těchto výrobních činnostech: nástřik pojiva, mokré čištění odpadních plynů, chlazení a oplachování zařízení.
Obrázek 2.11: Typický vodní systém při výrobě skleněné vaty Celková vodní bilance typického zařízení na výrobu skleněné vaty při běžném provozu přináší spotřebu 3 až 5 m3 vody na tunu vyrobené vaty (viz také Oddíl 3.8.3). Téměř všechna voda z provozu odchází buď komínem, nebo výparem ve formě vodní páry nebo plynem unášených kapek vody. Voda však v systému oplachovací užitkové vody neustále cirkuluje, takže vnitřní průtok vody používané při výrobě skleněné vaty je ve skutečnosti mnohem vyšší a může činit až 100 m3/t skla. Většina této vody (obvykle 70 %) se využívá ve tvarovacích úsecích a k nim přidružených zařízeních na snižování emisí. Tato oplachovací užitková voda obsahuje rozpuštěné organické látky a pevné části (především vlákna). Nerozpuštěné pevné látky se v zařízení odstraní s použitím cyklónů, pevných nebo vibrujících sítových filtrů, odstředivých filtrů nebo podobných zařízení. Aby se zabránilo přílišné koncentraci rozpuštěných organických látek, je část oplachové užitkové vody odčerpávána, filtrována a znovu přiváděna do směsi vody s pojivem, která se nanáší na výrobek. Tímto způsobem se dosahuje rovnováhy mezi obsahem rozpuštěných pevných látek v daném složení pojiva a obsahem pojiva v produktech. Vlastnosti oplachové vody jsou pravidelně monitorovány, zejména proto, že efektivita čištění plynů závisí na koncentraci rozpuštěných pevných látek. Mohou zde být podstatné rozdíly v závislosti na takových parametrech, jako jsou složení a množství použitého pojiva a počasí / roční období. Při ostatních způsobech použití vody se používají čisticí systémy jako chlazení vzduchu, reverzní osmóza, výměna iontů a odolejování. Odpadní užitková voda z čištění zařízení na přípravu pojiva, ohrazení souboru nádrží nebo druhotných čisticích operací může být recyklována interně do systému oplachové vody nebo stáčena 70
Sklářský průmysl
Kapitola 2
do usazovacích nádrží a před vypuštěním do kanalizace vyčištěna podle místních zákonných požadavků. Často nedochází k žádnému vypouštění odpadní vody ze zařízení, a výjimkou dohodnutých mimořádných podmínek, nebo dochází k vypouštění do splaškové kanalizace v souladu s místními povoleními. Obvyklé maximální emise činí 50 tun vody denně (viz také Oddíl 3.8.3). Z vyrobeného skleněného vlákna lze vyrobit řadu sekundárních výrobků. Jedná se o granulovanou izolační vatu pro foukanou izolaci, o balenou netvrzenou vatu pro další zpracování a o laminované výrobky. Významným sekundárním výrobkem je izolace potrubí, obvykle se používá shrnutá nevytvrzená vata z hlavního procesu lisování a tvrzení. Alternativně se vata může navíjet na teleskopické vyhřívané trny, které vytvářejí otvory, a vzniklý tvar se tepelně zpracovává, aby se vytvořila vnější stěna předtím, než se přenese k vytvrzení. Pojivo se připravuje smísením částečně polymerizované pryskyřice s určitými aditivy, která zlepšují účinnost nanášení, podporují přilnavost pryskyřice k vatě, potlačují vznik prachu, způsobují vodovzdornost a podporují ředění pojiva. Pojivo se ředí před aplikací na závoj z vláken velkým množstvím vody (pokud možno užitkové). Nejčastěji používaná pryskyřice je termoset složená z fenolu, formaldehydu a katalyzátoru. Pryskyřice je na vodné bázi a obsahuje až 50 % pevných částic. Detailnější popis chemického složení pojiva je uveden v Oddíle 4.5.6.1. Pryskyřice se může dovážet od specializovaných výrobců nebo se vyrábí přímo v zařízení na výrobu minerální vlny. Výroba pryskyřice na místě je obvykle dávkový proces, kde suroviny reagují za řízené teploty, aby se získal požadovaný stupeň polymerizace a pevných částic. Výroba pryskyřice je považována za chemický proces a v tomto dokumentu se o ní nehovoří.
2.9.2 Kamenná vata [89, EURIMA Suggestions 2007][133, EURIMA Contributions November 2008] Obrázek 2.12 ukazuje typické zařízení na výrobu kamenné vaty.
Obrázek 2.12: Typické zařízení na výrobu kamenné vaty
Sklářský průmysl
71
Kapitola 2
Nejčastěji se při výrobě tradiční kamenné vaty používá tavení v kupolových pecích s předehřátým vzduchem otápěných koksem, jejichž provoz lze srovnat s provozem ocelářských vysokých pecí. Tato technika spočívá v tavení kombinace hlinitokřemičité horniny (obvykle čediče), vápence nebo dolomitu a někdy i vysokopecní strusky. Do pece se dávají celé kameny, aby se v ní vytvořil sloupec materiálu, kterým může proudit vzduch, což umožní udržovat proces přenosu tepla. Kmen může rovněž obsahovat recyklovaný odpad z výroby nebo z produktů spojený do briket přibližně stejné velikosti jako kameny. Kupolová pec je tvořena u dna uzavřeným válcovitým ocelovým pláštěm, který může být vyložen žáromateriálem. Na Obrázku 2.13 je vyobrazena kupolová pec s předehřátým vzduchem.
zakládací otvor vodní plášť
horkovzdušný prstenec
výstup taveniny pod dmýšní trubicí
dmýšní trubice
výklopné dno pece
Obrázek 2.13: Typická kupolová pec s předehřátým vzduchem Celý povrch pece má vodní chlazení otevřeným konvekčním okruhem. Suroviny, brikety a kusový koks se zakládají do kupolové pece shora ve střídajících se vrstvách nebo se někdy mísí a vyplní prostor pece. Koks na dně pece se zapálí a vytvoří pásmo hoření, kde dochází k tavení kamene. Vzduch, který se často předehřeje ve výměníku tepla a někdy je obohacený kyslíkem, je přiváděn do spalovací zóny asi 1 až 2 metry ode dna přes dmýšní trubice ve stěně pece. To je nejteplejší část pece – přibližně 2000 °C. Roztavený materiál se hromadí u dna pece a vytéká výpustí a krátkým žlábkem umístěným nad rozvlákňovacím strojem. Materiál nad pásmem hoření, který byl předehřátý plyny stoupajícími pecí vzhůru, poté poklesne do pásma hoření a je nahrazen čerstvou vsázkou surovin svrchu pece. Tímto způsobem může kupolová pec produkovat roztavený kámen téměř nepřetržitě po dobu dvou až tří týdnů, než se vyprázdní a zaveze novou vsázkou. Čedič a v menší míře i vysokopecní struska obsahují železité (Fe3+) a železnaté (Fe2+) sloučeniny. V redukčních podmínkách některých oblastí kupolové pece se železo redukuje na kovové železo. To se hromadí u dna pece, a kdyby se ho nahromadilo tolik, že by počalo vytékat ze žlábku, mohlo by poškodit nákladné rozvlákňovací zařízení. Aby se to nestalo, železo se pravidelně vypouští (odpichuje) v nejnižším bodě spodní části pece. Železo lze sbírat do zvláštních forem, které musí být správně umístěny, aby jej zachytily, než odteče do odpadní části pod pecí a smíchá se s kamenným odpadem. Tímto způsobem lze usnadnit externí recyklaci odděleného železa.
72
Sklářský průmysl
Kapitola 2
V kupolových pecích s předehřátým vzduchem může být jakýkoli volný vláknitý nebo prašný materiál při plnění unášen horkým vzduchem ven z pece. Jak již bylo naznačeno dříve, volný materiál může rovněž negativně ovlivnit poréznost lože a narušit proudění vháněného vzduchu. Přijatelným řešením tohoto problému je mletí materiálu a výroba briket srovnatelně velkých s jinými materiály. Běžným pojivem pro brikety je cement, ale ten může vést k vyšším emisím oxidu siřičitého ze síry v cementu. Briketování má však i další výhody, např. menší spotřebu energie a možnost přidávat do kmene další jemné materiály, zvláště jiné odpady, jako je např. slévárenský písek. Tavenina dopadá na rychle se otáčející kotouče rozvlákňovacího stroje a je rozprašována na jemné částice vytvářející vlákna. Vzduch je foukán zezadu rotačních kotoučů a ztenčuje vlákna a směruje je na sběrný pás, kde se vytváří rohož. Na vlákna se řadou postřikovacích trysek nastříká vodný roztok fenolové pryskyřice. Sběrný pás má silný podtlak, což plní tři funkce: vlákna se dobře usazují na pás, odstraňuje se vzduch znečištěný v rozvlákňovací komoře a dochází k lepšímu rozprostření fenolového pojiva po rohoži. Fenolová pryskyřice poskytuje pevnost a tvar jako při výrobě izolace ze skleněných vláken. Primární rohož je vrstvená, aby měl výrobek požadovanou hmotnost na jednotku plochy. Může se rovněž použít tvarování v dlouhé komoře, které dává výrobku specifickou hmotnost v jednom stupni, ale to není běžné. Rohož prochází pecí otápěnou fosilním palivem při teplotě přibližně 250 °C. V peci se reguluje tloušťka rohože, výrobek se suší a vytvrzuje se pojivo. Výrobek se poté chladí a před balením se nařeže na formáty. Způsobem popsaným u výroby skleněné vaty v Oddíle 2.9.1. lze vyrobit izolace potrubí a některé sekundární výrobky. Do potrubí se může vstřikovat voda, aby se zamezilo hromadění pryskyřice a vlákna, snížilo se riziko požáru, a aby se ze spalin odstranil unášený materiál. Voda se rovněž používá v řadě čisticích operacích. Jako při výrobě izolace ze skleněných vláken se užitková voda shromažďuje, filtruje a opakovaně používá. Kamennou vatu lze také vyrábět v plamenových pecích nebo v elektrických obloukových pecích. Další kroky procesu včetně rozvlákňování jsou stejné. Konstrukce a provoz plamenových pecí používaných k výrobě kamenné a struskové vaty jsou v podstatě srovnatelné s plamennými pecemi používanými k výrobě skleněné vaty. Pec je tvořena žáruvzdornou vanou otápěnou hořáky na fosilní palivo buď příčně, nebo s U-plamenem. Tavicí plochy mohou být velké až 100 m2. I zde se ze surovin redukuje kovové železo a je nutné ho vypouštět, např. otvorem ve dně pece. Elektrická oblouková pec na výrobu kamenné vaty je tvořena válcovitým ocelovým pláštěm, který může být vyložen žáromateriálem a chladí se buď vodou, nebo olejem. Elektrody jsou ponořeny do taveniny svrchu pece a odporovým ohřevem vytvářejí energii potřebnou pro tavení. Suroviny se zakládají shora a vytvářejí nad povrchem taveniny pokrývku (studená klenba). Vzhledem k uspořádání elektrod je ale vždy kolem elektrod otevřená lázeň taveniny. Alternativně může elektrická pec pracovat pouze při částečném pokrytí povrchu taveniny (horká klenba). Používají se grafitové elektrody a v důsledku toho se ze surovin redukuje malé množství volného kovového železa. Vypouštění železa je nutné, ale méně časté (jednou za týden nebo méně) než u kupolových pecí.
Sklářský průmysl
73
Kapitola 2
2.10 Vysokoteplotní izolační vata (ASW/RCF a AES) [9, IPC Guidance S2 3.03 1996][71, VDI 3469-5 2007] [116, ECFIA 2008] [129, EN 1094-1 2008] Oba druhy vaty – vata z křemičitanů alkalických zemin (AES) i amorfní hlinito-křemičitá vata / žáruvzdorná keramická vlákna (ASW/RCF) – se vyrábí stejným technologickým postupem: tavením v elektrické odporové peci. Teploty tavení AES vaty jsou nižší než 1600 °C kvůli obsahu alkálií a alkalických zemin v surovině. Naproti tomu, teploty tavení ASW/RCF vaty se pohybují okolo 2000 °C, což je způsobeno vysokou čistotou surovin. Výrobní proces lze rozdělit na dvě části: výrobu vaty a její úpravu na různé výrobky. Typické chemické složení amorfní vysokoteplotní izolační vaty (ASW/RCF a AES) je uvedeno v Tabulce 2.10. Tabulka 2.10: Typické chemické složení ASW/RCF a AES vaty, v hmotnostních procentech Typické chemické složení AES vyjádřené v hmotnostních procentech oxidů Typ výrobku
SiO2
CaO + MgO
vápenato-křemičitá vata
70–80
18–25
vápenato-hořečnato-křemičitá vata
60–70
25–40
vápenato-hořečnato-zirkoničito-křemičitá vata
60–70
25–40
hořečnato-křemičitá vata
70–80
18–27
ZrO2
3–7
Typické chemické složení ASW/RCF vyjádřené v hmotnostních procentech oxidů Typ výrobku
SiO2
AI2O3
hlinito-křemičitá vata (vysoké čistoty)
48–54
46–57
hlinito-zirkoničito-křemičitá vata
47–50
35–36
ZrO2 15–17
Oxidy hliníku, vápníku, hořčíku, křemíku a zirkonu se dodávají po silnici v cisternách na sypký materiál a pneumaticky se dopravují do skladovacích sil. Menší objemy surovin včetně organických aditiv jsou dodávány a dávkovány ze sudů nebo pytlů. Sypké suroviny se převádějí ze skladu do mísičky, kde se smísí na požadované složení. Smísený materiál se dopraví do pece, kde se taví elektrickým odporovým otápěním při teplotách do 2000 oC při výrobě ASW/RCF a 1600 °C v případě AES. Pece jsou kolem 1 m hluboké a 2–3 m v průměru a jsou shora otevřené, zakryté vrstvou neutaveného kmene. Amorfní vysokoteplotní izolační vata se vyrábí vyfukováním nebo tavným rozvlákňováním (viz Obrázek 2.14, Obrázek 2.15 a Obrázek 2.16).
74
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Tavenina Výstupní tryska
Chlazení vodou Stlačený vzduch
Paprsek taveniny Vyfukovací tryska Amorfní vysokoteplotní izolační vata
Zdroj: [71, VDI 3469-5 2007] Obrázek 2.14: Metoda paralelního vyfukování
Tavenina Výstupní tryska
Chlazení vodou Stlačený vzduch
Paprsek taveniny Amorfní vysokoteplotní izolační vata Vyfukovací tryska
Zdroj: [71, VDI 3469-5 2007] Obrázek 2.15: Metoda horizontálního vyfukování
Tavenina Výstupní tryska Chlazení vodou
Paprsek taveniny
Rozvlákňovací kotouče
Amorfní vysokoteplotní izolační vata ¨
Zdroj: [71, VDI 3469-5 2007] Obrázek 2.16: Rozvlákňování
Sklářský průmysl
75
Kapitola 2
Proud taveniny teče z pece a padá buď na kotouče otáčející se vysokou rychlostí, které rozstřikují vlákna do sběrné komory, nebo před vysokotlaký paprsek vzduchu, který ztenčuje taveninu na vlákna. Ani v jednom případě se k vláknům nepřidává pojivo, ale může se přidat malé množství lubrikace, což usnadní zpevňování. Jestliže se výroba vaty přeruší, proud taveniny se nezastaví, chladí se ve vodě, a pokud je to možné, vrací se do procesu. Vata se ze sběrné komory přenáší na neustále se pohybující dopravníkový pás, na který se může použit vakuum. Když výsledná vata sestupuje z ukládacího dopravníku, může se odebírat a lisovat do balíků a pytlovat nebo může dál pokračovat po výrobní lince, kde se z ní vytvoří rohož. Tento materiál se může balit jako hotový výrobek nebo zpevňovat, aby spletená vlákna zajistila dodatečnou pevnost. Zpevněný výrobek může procházet pecí, aby se před svinutím do role nebo před řezáním na formáty odstranily lubrikanty. Rovněž se mohou provádět další následné procesy. Vakuové tvarování sestává z přívodu vlhké koloidní směsi škrobu, latexu, koloidního SiO2 nebo jílu do vhodně tvarovaných forem. Vzniklé tvary se obvykle suší v plynové peci a mohou se před balením a expedicí ořezávat a řezat na formáty. Rovněž se může vyrábět papír, plst a lepenka. Na vakuový buben se nanese vodná suspenze vláken a pak se vysuší v peci. K vodné suspenzi se může přidat směs pojiv a aditiv.
76
Sklářský průmysl
Kapitola 2
2.11 Frity [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] [47, ANFFECC 1999] [92, ITC - C071603 2007] [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005] [134, ANFFECC 2008] Skleněné frity se používají jako surovina při výrobě keramických glazur. Jedná se o skelný povlak aplikovaný na keramický předmět a utavený vlivem tepla. Podobně se při výrobě smaltu používají jako surovina smaltéřské frity. Aplikují se na kovy kvůli dekoraci a/nebo ochraně. Glazury a smalty lze nanášet za sucha nebo za mokra, metoda za mokra převládá a používá se ve formě břečky nebo suspenze. Proces fritování se skládá z tavení ve vodě rozpustných surovin na nerozpustné sklo, díky čemuž se tyto materiály snadněji stejnoměrně rozprostřou v glazovací nebo smaltovací suspenzi během následných procesů. Krom toho jsou některé ze surovin používaných při výrobě glazur nebo smaltů toxické a rozpustné. Převedení těchto materiálů do nerozpustného skla minimalizuje rozpouštění toxických látek a tím možnost jejich úniku do ovzduší.
2.11.1 Výroba frit Frity se vyrábí roztavením surovin v tavicí peci za vysokých teplot, dosahujících až 1550 °C. Vzniklý materiál se poté prudce zchladí ve vodní lázni a přemění se na pevné, nerozpustné fragmenty. Ve výrobě frit se používá množství surovin poskytujících základ (jíl, živec, křemen atd.), a taviv vytvářejících sklo (kalcinovaná soda, potaš, borax atd.). Dále se používají kaliva (oxid titaničitý a oxid zirkoničitý, sloučeniny fluoru) a barviva (oxidy, prvky nebo soli), která glazurám dodají požadovaný vzhled. Výroba keramických (skleněných) frit tvoří kolem 95 % celkové produkce odvětví (keramických a smaltéřských frit). Schematické znázornění výroby frit je uvedeno na Obrázku 2.17.
Obrázek 2.17: Schematické znázornění výroby frit
Sklářský průmysl
77
Kapitola 2
2.11.2 Tavicí pece používané při výrobě frit V odvětví keramických frit se nejčastěji používají kontinuální pece. Diskontinuální pece se naopak používají pouze zřídka. Volba typu pece závisí na stupni rozsahu výroby a složení výrobku. Obvyklým postupem je výroba široké škály různých složení frit v malých tavicích pecích, které vyžadují vysokou flexibilitu, aby se mohly přizpůsobit častým změnám výroby. Většina moderních pecí na výrobu frit se otápí zemním plynem. V závislosti na obsahu kyslíku při spalování je zde několik možností tavení. Kromě tradičního vzducho-plynového tavení značné množství pecí používá kyslíko-palivové otápění (zejména v Itálii), které se používá asi v 15 % pecí v Evropě. Ve Španělsku se zase často používá obohacení spalovacího vzduchu různým množstvím kyslíku, čímž se získává vyšší teplota v tavicí peci a následně vyšší objem výroby. Volba různých možností otápění závisí na druhu složení / výrobku a na teplotě potřebné k tavení. Pece na výrobu frit jsou běžně provozovány za mírně negativního tlaku, aby se zajistila jak oxidační atmosféra, tak proudění taveniny. Tato podmínka způsobuje, že do pece vniká cizí vzduch, čímž znesnadňuje optimalizaci poměru palivo/vzduch (kyslík) pro ekologické účely. Většina pecí (s výjimkou kyslíko-palivových) je vybavena systémem regenerace tepla. Spalovací vzduch se předehřeje na 470–570 °C. Po průchodu výměníkem tepla je teplota kouřových plynů stále příliš vysoká na to, aby mohly být odvedeny do jednotky na odstranění znečišťujících látek (obvykle tkaninový filtr), proto je potřeba je ochladit přidáním čerstvého vzduchu. Ve většině případů jsou kouřové plyny unikající z tavných pecí svedeny do jednoho systému na odstranění znečišťujících látek nebo se podle vlastností složení kmene seskupují do několika takových systémů nainstalovaných v daném zařízení. Kombinace kouřových plynů z různých pecí, které používají různé techniky otápění (kyslíko-palivové, obohacení kyslíkem, vzducho-palivové), má za následek to, že kouřové plyny unikající komínem mají vysokou koncentraci kyslíku, která se normálně pohybuje mezi 14 a 19 %, ale může být i vyšší. Typické tavicí pece na výrobu frit s kyslíkem obohacovaným vzducho-palivovým otopem a regenerací tepla a s kyslíko-palivovým otopem jsou zobrazeny na Obrázku 2.18 a na Obrázku 2.19.
78
Sklářský průmysl
Kapitola 2
Obrázek 2.18: Schematické znázornění typické tavicí pece na výrobu frit s kyslíkem obohacovaným vzducho-palivovým otopem a regenerací tepla
Obrázek 2.19: Schematické znázornění typické tavicí pece na výrobu frit s kyslíko-palivovým otopem Suroviny používané na přípravu kmene se mohou skladovat v silech a k navažování se dopravují pneumaticky nebo mechanicky. Pouze v několika málo případech, kdy jde o malé výrobce, se některé materiály skladují v pytlích a navažují se ručně. Různé suroviny se přesně automaticky navažují a mísí na kmen, který je před založením do pece chemicky a fyzikálně homogenní.
Sklářský průmysl
79
Kapitola 2
Do kontinuálních pecí se suroviny zakládají šnekovým dopravníkem a v místě založení vytvářejí hromádku. Hořáky umístěné po stranách pece zajišťují vhodnou teplotní stabilitu a umožňují kontinuální odtavování hromádky. Menší tavicí pece musí být otápěny na jednom konci jednoduchým hořákem. Jak se suroviny taví, v základně pece se vytvoří mělká vrstva, která odtéká výtokem na protilehlém konci pece. Výroba je konstantní díky kontinuálnímu zakládání surovin na vstupu. Tavenina může téci přímo do vodní lázně nebo se může ochladit mezi vodou chlazenými válci a vytvořit vločkovitý produkt. Tavicí pece mají tvar krabice nebo válce, jsou vyloženy žáruvzdornými cihlami a stojí na podpěrách tak, aby byla umožněna určitá rotace. Aby se zamezilo kontaminaci, jsou tyto pece obvykle určeny pro podobné typy složení s podobnými vlastnostmi. Typická teplota tavení se pohybuje mezi 1350 a 1550 °C. Nižší teploty se používají k tavení keramických frit s nízkým bodem tavení, které v kmeni obsahují taviva. Doba zdržení v peci je určena dobou nutnou k dosažení kompletní přeměny složek kmene na taveninu.
2.11.3 Frity jako surovina při výrobě glazur a smaltů Glazury se vyrábějí smícháním surovin s jednou nebo více jemně rozemletými fritami. Mletí většinou probíhá v mlecím zařízení s korundovými koulemi a vodou. Během různých fází mletí je třeba přidat ostatní složky glazur, např. kaolin, barviva, elektrolyty a kaliva. Doba mletí se může pohybovat od 6 do 16 hodin. Po rozemletí se smíchané suroviny nalijí na síto a projdou přes magnet, aby se odstranily kovové nečistoty. U suchých výrobků se výsledná surovina musí vysušit nebo lze použít mletí za sucha.
80
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3 SOUČASNÉ ÚROVNĚ SPOTŘEBY A EMISÍ 3.1 Úvod Tato kapitola podává informace o rozsahu spotřeby a úrovních emisí, se kterými se ve sklářském průmyslu setkáváme napříč procesy a technikami uvedenými v Kapitole 2. Vstupy a výstupy jsou diskutovány pro sklářství jako celek, a poté jsou provedeny specifické úvahy pro každé odvětví. V této kapitole jsou stanoveny klíčové emisní charakteristiky, zdroje emisí a energetické problémy a dále jsou tato data diskutována pro každou techniku v Kapitole 4. Cílem informací v této kapitole je zvážení úrovní emisí a spotřeby pro každé jednotlivé zařízení, které má být schváleno, v kontextu s jinými procesy v tomtéž odvětví nebo ve sklářském průmyslu jako celku. Většina surovin pro sklářský průmysl jsou v přírodě se vyskytující minerály nebo uměle připravené anorganické látky. Většina používaných minerálů se v hojné míře vyskytuje v přírodě a obecně jejich získávání nezpůsobuje větší ekologické problémy. Jednou z úloh Směrnice je však minimalizace spotřeby surovin ve spojitosti s technikami BAT. Synteticky vyrobené suroviny se obecně vyrábějí v odvětvích, která podléhají zvláštním předpisům. Zbytky z výroby a spotřebitelský sběr jsou stále důležitější jako suroviny pro sklářství, zvláště v odvětvích obalového skla a minerální vlny. Hlavním ekologickým problémem sklářského průmyslu jako celku jsou emise do ovzduší a energetická spotřeba. Sklářská výroba je vysokoteplotní energeticky náročný proces a energie je dodávána buď přímo spalováním fosilních paliv, elektrickým ohřevem, nebo kombinací obou technik. Obecně nejvýznamnější emise zahrnují oxidy dusíku, pevné částice, oxid siřičitý, halogenidy (fluoridy a chloridy) a v některých případech kovy. Znečištění vody není pro většinu zařízení ve sklářství největším problémem, přestože jistě existují výjimky. Voda se používá hlavně k mytí a chlazení a lze ji snadno čistit nebo recyklovat. Hladiny odpadu z výrobních procesů jsou relativně nízké s vysokým podílem pevného odpadu recyklovaného během procesu. Sklářství je velice rozmanité a výše uvedené shrnutí je samozřejmě velmi obecné. Pro konkrétní možnosti výroby nebo pro jednotlivá zařízení existují výjimky a ekologické priority se mohou mezi odvětvími lišit. Tam, kde jsou v konkrétním odvětví výjimky, jsou diskutovány v příslušných oddílech. Není však možné postihnout všechny eventuality pro všechna zařízení a u jednotlivých zařízení lze narazit na některé emise neuvažované v tomto dokumentu. Proto zde uvedené informace o emisích z výroby nelze považovat za vyčerpávající. Informace uvedené v tomto oddíle se týkají celé řady velikostí zařízení a činností, ale nezahrnují speciální režimy, jako je spouštění a odstavování provozu. Některé z nejnižších úrovní emisí se týkají provozu pouze v jednom zařízení, který dosahuje těchto úrovní z místně specifických důvodů a výsledky nemusí nutně označovat nejlepší dostupnou technologii v odvětví. Emise se mohou mezi odvětvími a u jednotlivých zařízení značně lišit. Hlavními faktory jsou: základní rozdíly v surovinách a výrobcích v každém sektoru, výběr výrobního procesu (zvláště výběr tavicího agregátu), rozsah procesu a účinnost použitého opatření ke snížení emisí. Když se zvažují emise z různých odvětví a zařízení, je kromě koncentrací emisí důležité zvažovat i celkové množství každé emitované látky a hmotu emitovanou na tunu výrobku nebo skloviny.
Sklářský průmysl
81
Kapitola 3
Některé z údajů o emisích uvedených v této kapitole jsou nutně obecné a mohou se pohybovat v širokých mezích. Tyto meze jsou reprezentativní, ale nutně neposkytují dost detailů pro srovnání s jednotlivými uvažovanými zařízeními. Z tohoto důvodu je v celém dokumentu v příslušných oddílech uvedena řada případových studií, které jsou reprezentativnější pro daná rozmezí, nebo které představují příklady provozu v jednotlivém odvětví.
3.2 Obecný přehled sklářského průmyslu Tato část poskytuje kvalitativní diskusi o těch problémech, které jsou společné pro většinu procesů a odvětví ve sklářském průmyslu. Specifické problémy týkající se každého odvětví jsou uvedeny v dalších částech, které, je-li to možné, uvádějí kvantitativní informace o spotřebě a hladinách emisí. Podrobnější úvahy o mechanismech vzniku emitovaných látek a o faktorech ovlivňujících hladiny těchto emisí jsou uvedeny v Kapitole 4.
3.2.1 Provozní vstupy [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007] Základní vstupy do výrobního procesu můžeme rozdělit do čtyř základních kategorií: suroviny (takové materiály, které tvoří součást výrobku), energie (paliva a elektřina), voda a pomocné materiály (prostředky k opracování, čisticí materiály, chemikálie na úpravu vody atd.). Energetickými problémy se zabývá Oddíl 3.2.3. Sklářský průmysl, jak je popsán v rozsahu tohoto dokumentu, zahrnuje řadu různých procesů se širokou škálou výrobků, surovin a možností zpracování. V dokumentu tohoto typu není možné pokrýt všechny provozní vstupy ani v jednotlivých kapitolách specifických pro daná odvětví. Proto se tento dokument soustřeďuje na vstupy, které jsou pro toto odvětví nejběžnější, a na vstupy, které mají největší vliv na životní prostředí. Sklářské suroviny jsou většinou pevné anorganické látky, buď minerály vyskytující se v přírodě, nebo syntetické produkty. Sahají od velmi hrubých materiálů až k jemně namletým práškům. Ve velké míře se také používají kapaliny a plyny, buď jako pomocné materiály, nebo jako paliva. Tabulka 3.1 uvádí nejběžnější suroviny používané k výrobě skla. Vzhledem k velkému rozsahu možných surovin by se tato tabulka měla považovat pouze za informativní a ne za vyčerpávající. Suroviny používané při tvarování výrobků a v dalších následných činnostech (např. povlaky a pojiva) jsou pro každé odvětví specifické a jsou diskutovány v dalších oddílech. Stále důležitější surovinou pro tavení je recyklovaný prach ze zařízení na zachytávání prachu. Složení prachu bude záviset na povaze procesu a na tom, zda byly použity absorbenty.
82
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.1:
Nejběžnější suroviny používané ve sklářství
Surovina
Forma
Popis
Zdroj/komentáře
Křemičitý písek
Zrnitý
Hlavní zdroj SiO2
Dobývá se jako zrnitý písek nebo jako pískovec, který se následně drtí, třídí a upravuje, aby se odstranily nečistoty. Je nutná vysoká čistota.
Střepy z výroby (vlastní střepy)
Zrnitý
Sklo
Recyklované sklo z výrobního procesu. Složení skla stejné jako vyráběné sklo.
Sklo
Recyklované sklo ze sběru. Většinou je potřeba střepy ze spotřebitelského sběru nejdříve omýt a přetřídit. Čistota střepů a barevná homogenita se mohou měnit.
Hlavní zdroj Na2O
V Evropě se vyrábí z přírodní soli Solvayovým postupem, a proto obsahuje určité množství NaCl. Přírodní uhličitan sodný se také dováží z USA. Africké zdroje jsou v Evropě využívány zřídka.
Sklotvorné materiály
Střepy ze spotřebitelského sběru (cizí střepy)
Zrnitý
Polotovary a modifikátory Uhličitan sodný (kalcinovaná soda Na2CO3)
Zrnitý
Vápenec (CaCO3) a nehašené vápno
Zrnitý
Hlavní zdroj CaO
Dolomit (CaCO3.MgCO3) a pálený dolomit
Zrnitý
Zdroj CaO a MgO
Nefelinický syenit (3Na2O.K2O.4Al2O3 .8SiO2)
Zrnitý
Hlavní zdroj oxidu hlinitého v čirém skle.
Oxidy hliníku
Zrnitý
Zdroj Al2O3
Oxid zirkoničitý
Zrnitý
Zdroj ZrO2
Uhličitan draselný
Zrnitý
Zdroj K2O
Práškový
Zdroj bóru
Borax
Zrnitý
Zdroj bóru
Kyselina boritá (H3BO3)
Zrnitý
Zdroj bóru
Živec
Zrnitý
Zdroj Al2O3
Fluorit (CaF2)
Zrnitý
Zdroj fluoru
Kolemanit
Oxidy olova
Přírodní materiál dobývaný/těžený, drcený a tříděný. V odvětví výroby kamenné vaty se vápenec používá ve větších kusech, obvykle > 50 mm v průměru. Přírodní materiál dobývaný, drcený a tříděný. V odvětví výroby kamenné vaty se dolomit používá ve větších kusech, obvykle > 50 mm v průměru. Dobývá se, drtí a třídí. Nízký obsah železa. Hlavní světové zdroje: Norsko, Čína a Kanada. Používá se při výrobě vysokoteplotní izolační vaty (tj. ASW/RCF). Používá se při výrobě vysokoteplotní izolační vaty (ASW/RCF). Používá se při výrobě speciálního skla (olověného křišťálu, obrazovkových skel, atd.) a jedná se o syntetický produkt. Přírodní boritan z Turecka, který se používá při výrobě nekonečného skleněného vlákna. Syntetický boritan sodný, zejména z Kalifornie v USA. Syntetický produkt používaný zejména při výrobě nekonečného skleněného vlákna. Hlavní zdroj oxidu hlinitého v barevném sodnovápenatém skle. Přírodní produkt. Přírodní produkt používaný zejména v opálovém skle.
Práškový
Zdroj PbO
PbO v olověném křišťálu a ve speciálním skle.
Uhličitan barnatý
Zrnitý
Zdroj BaO
Čedič
Zrnitý
Hlinitokřemičitan
Bezvodý síran sodný
Zrnitý
Čeřicí a oxidační činidlo, zdroj Na2O
Uměle vyráběný produkt.
Síran vápenatý a sádra
Zrnitý
Čeřicí a oxidační činidlo, druhotný zdroj CaO
Jak přírodní, tak uměle vyráběný produkt.
Uměle vyráběný produkt používaný zejména ve speciálním skle. V odvětví výroby kamenné vaty se používá ve větších kusech, obvykle > 50 mm v průměru.
Sklářský průmysl
83
Kapitola 3
Surovina Kaolín
Forma Práškový
Popis
Zdroj/komentáře
Zdroj oxidu hlinitého
Přírodní produkt, který se využívá zejména při výrobě nekonečného skleněného vlákna.
Dusičnan sodný
Zrnitý
Čeřicí a oxidační činidlo, zdroj Na2O
Uměle vyráběný produkt.
Dusičnan draselný
Zrnitý
Čeřicí a oxidační činidlo, zdroj K2O
Uměle vyráběný produkt.
Oxid antimonitý
Práškový
Oxid arzenitý
Práškový
Struska (křemičitany a sulfidy Ca, Al, Mg, Fe)
Uhlík Chlorid sodný Barviva
Zrnitý
Čeřicí a oxidační činidlo Čeřicí a oxidační činidlo Zdroj oxidu hlinitého, modifikačních oxidů, čeřidel, taviv a barviv.
Zrnitý nebo Redukční činidlo práškový Krystalický Čeřidlo
Chromitan železitý (Fe2O3.Cr2O3)
Práškový
Barvivo
Oxid železitý (Fe2O3)
Práškový
Barvivo
Oxid titaničitý
Práškový
Barvivo
Oxid kobaltnatý
Práškový
Barvivo
Kovový selen / seleničitan zinečnatý nebo sodný
Práškový
Barvivo
Uměle vyráběný produkt, součást složení speciálního skla. Uměle vyráběný produkt, součást složení speciálního skla a olovnatého křišťálu. Vedlejší produkt vysoké pece. Velikost částic se musí přizpůsobit velikosti sklářských surovin. Vyráběný nebo upravený přírodní produkt, malé množství se používá k výrobě skla s redoxním stavem při výrobě zeleného, ambrového a někdy čirého skla. Používá se u některých boritokřemičitých skel. Dobývá se, drtí a třídí. Chromitan železitý je barvivo používané při výrobě zelených obalových skel a barevných plochých skel. Uměle vyráběný produkt používaný hlavně jako barvivo při výrobě zelených a ambrových obalových skel. Uměle vyráběný produkt používaný hlavně jako barvivo při výrobě ambrových obalových skel. Uměle vyráběný produkt používaný při výrobě modrého skla jako odbarvovací činidlo i jako barvivo. Uměle vyráběný produkt, stopová množství jsou rovněž používána jako odbarvovací činidlo (korektor barvy). Velká množství se používají pro bronzové sklo.
Zdroj: [19, CPIV 1998] [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007]
Sklářský průmysl jako celek není velkým spotřebitelem vody. Voda se zde používá převážně k chlazení, čištění a vlhčení kmene. Některá odvětví používají vodu k jiným účelům, které jsou diskutovány dále v příslušných oddílech. Kde je to možné, jsou používány uzavřené vodní okruhy s doplňováním odpařených ztrát. Vodu lze odebírat buď z vodovodní sítě, nebo z přírodních zdrojů. Pojem „pomocné materiály“ se používá k popisu těch látek, které se používají při výrobě, ale které netvoří součást finálního výrobku. Jsou to např. cín a vodík používané v lázních na plavení skla, kyslík v kyslíkopalivových systémech, oxid siřičitý používaný při povrchové dezalkalizaci plochého skla (a příležitostně obalového skla) a řezné kapaliny a lešticí kyseliny používané při výrobě olovnatého křišťálu. Tyto druhy materiálů jsou specifické pro každé odvětví, a jsou proto probrány v následujících oddílech. Vliv těchto materiálů na emise z provozu se bude případ od případu lišit. Některé mohou být ekologicky významné, např. leštění kyselinou, zatímco jiné způsobují velmi nízké emise, např. cín z plavicích lázní. Výroba skla je energeticky náročný proces, a proto mohou paliva tvořit významný vstup do procesu. Hlavními energetickými zdroji ve sklářství jsou topný olej, zemní plyn a elektřina. Problémy s energií a palivy jsou diskutovány v Oddíle 3.2.3 a v oddílech specifických pro jednotlivá odvětví.
84
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.2.2 Provozní výstupy Hlavní výstupy z provozu můžeme rozdělit na pět základních kategorií: výrobek, emise do vzduchu, kapalný odpad, pevné zbytky z procesu a energie. Toky kapalných a pevných odpadů lze recyklovat nebo odstraňovat v závislosti na problémech spojených s daným procesem. Sklářská zařízení obecně nemají významné toky doprovodných produktů nebo vedlejších produktů. Stále častěji se však materiál, který by jinak byl odstraněn jako součást toku odpadů, přeměňuje na prodejný (nebo zdarma poskytovaný) materiál, který se používá buď jako výchozí produkt pro další procesy, nebo jako koncový produkt. Obecně výroba skla zahrnuje tavení významného množství materiálů, jako jsou oxidy kovů, uhličitany, sírany a dusičnany. Při tavení se tyto materiály rozkládají a uvolňují plyny, jako je oxid uhličitý, vodní pára a oxidy síry a dusíku. Suroviny kmene mohou také obsahovat vlhkost (mezi 0 a 4 %, buď fyzikálně, nebo chemicky vázanou) a jak se materiál ohřívá, uvolňuje se vodní pára. Obecně se 3 až 20 % hmotnosti kmene může uvolňovat ve formě plynů. V provozech, kde se používá velké množství střepů, budou úrovně emisí na spodní hranici tohoto rozsahu (1 tuna střepů nahradí přibližně 1,2 tuny surovin při výrobě sodnovápenatokřemičitého skla). Dalšími provozními výstupy mohou být také hluk a zápach. Hluk vzniká při řadě činností: z ventilátorů, motorů, manipulace s materiály, z pásů dopravujících skleněné výrobky, z pohybů vozidel, strojírenských činností a ze systémů stlačeného vzduchu. Ve sklářství se hluk nepovažuje za zvláštní problém. Zdroje hluku však zde samozřejmě existují a mohou vést k problémům v poblíž ležících obytných oblastech. Obecně se jakékoli problémy s hlukem dají eliminovat vhodným designem zařízení a tam, kde je to nutné, také protihlukovými opatřeními. Některé techniky řízení znečištění mohou také vyžadovat řízení hlučnosti, což může přispět k růstu celkových nákladů. Zápach není obecně ve sklářství problémem, ale může vznikat z některých činností a může být potřeba zavést protizápachová opatření, aby se předešlo problémům v oblastech ležících mimo závod. Hlavní činnosti, které mohou způsobovat problémy se zápachem, jsou sušení minerální vlny, předehřívání střepů a někdy skladování oleje.
3.2.2.1 Emise do ovzduší Suroviny Všechna odvětví ve sklářském průmyslu zahrnují použití práškových, zrnitých nebo prachových surovin. Skladování a manipulace s těmito materiály představují významný potenciál pro vznik prachových emisí. Pohyb materiálů skrze systémy zahrnující sila a míchací nádoby vytlačuje vzduch, který může obsahovat velmi vysoké koncentrace prachu, jestliže není čištěn. To platí obzvláště pro pneumatické přenosové systémy. Významné prachové emise mohou také vznikat při přepravě materiálů dopravníkovými systémy a při ruční manipulaci. V řadě procesů se ve sklářství používají střepy (buď vlastní, nebo cizí), které mohou před použitím v peci vyžadovat třídění a drcení. Jako u všech podobných procesů je i zde potenciál pro vznik prachových emisí. Úroveň emisí bude záviset na faktorech, jako je např. konstrukce zařízení, jestli dochází k filtraci vzduchu před jeho vypuštěním, jak dobře jsou budovy utěsněny atd. Některé procesy také zahrnují použití těkavých kapalin, u kterých může dojít k úniku par výdechem z nádrže, nebo vytěsňování par během přepravy kapalin.
Tavení U mnoha výrobních procesů spadajících do tohoto dokumentu vzniká největší potenciál ke znečištění životního prostředí při tavení. Obecně hlavními znečišťujícími látkami vznikajícími z tavení jsou:
Sklářský průmysl
85
Kapitola 3
• •
produkty spalování fosilních paliv a vysokoteplotní oxidace dusíku ve spalovací atmosféře (tj. oxid siřičitý, oxid uhličitý a oxidy dusíku) částice vznikající hlavně z těkání a následné kondenzace těkavých surovin v kmeni a
•
plyny emitované ze surovin a taveniny během tavení.
Při použití celoelektrické pece se studenou klenbou jsou emise produktů spalování a NOX ze spalin eliminovány a emise pevných částic vznikají hlavně z úletu kmene. Částečná náhrada otápění fosilním palivem otápěním elektrickým sníží přímé emise ze zařízení v závislosti na úrovni náhrady a na konkrétních podmínkách spalování. Kyslíko-palivové otápění podstatně snižuje hladinu dusíku v peci, čímž snižuje potenciál pro vznik NOX. S výrobou elektřiny a kyslíku jsou obvykle spojeny emise vznikající mimo výrobní závod, které je třeba brát v úvahu při posuzování jeho celkového dopadu na životní prostředí. Pece, se kterými se můžeme setkat ve sklářském průmyslu a v jednotlivých odvětvích, se významně liší velikostí, výrobní kapacitou, technikou tavení, designem, stářím, použitými surovinami a technikami snižování emisí. Proto jsou v udávaných emisích značné rozdíly. Existují zde také velké rozdíly v metodologiích používaných k měření emisí, a to může zkreslit přímá porovnání některých aktuálních údajů. Minimální úrovně ne vždy označují nejlepší technologii a mohou pouze odrážet příznivější provozní podmínky (např. velkoobjemovou stabilní výrobu nebo nízkoemisní složení) nebo zařízení s nižší celkovou výrobou. Většinu nižších emisí vykazují moderní zařízení s moderními opatřeními na snížení emisí neboli s „čistými“ technologiemi. Tento problém byl brán v potaz při určování úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami, které jsou detailněji projednávány v Kapitolách 4 a 5. Emise do ovzduší se většinou uvádí jako koncentrace (mg/Nm3) nebo měrné hmotnostní emise (kg/t skla). Všechny úrovně emisí uvedené v koncentracích se vztahují k normálním podmínkám: suchý plyn, teplota 273 K, tlak 1013 hPa. Není-li uvedeno jinak, běžné referenční podmínky pro údaje uváděné v oddílech v Kapitole 3 a následujících kapitolách jsou uvedeny v Tabulce 3.2. Tabulka 3.2: Normální podmínky pro údaje o emisích Provozní podmínky Jednotka Tavicí činnosti Konvenční tavicí pec mg/Nm3 s nepřetržitým provozem Konvenční tavicí pec s mg/Nm3 přerušovaným provozem Kyslíko-palivové pece Elektrické pece Pece na tavení frity (1) Všechny typy pecí
Normální podmínky 8 % objemových kyslíku 13 % objemových kyslíku
Použití měrných hmotnostních emisí (kg/t vytaveného skla) kg/t utavené skloviny je přesnější. Pokud se však hlásí koncentrace emisí, nelze použít úpravy zohledňující referenční obsah kyslíku kg/t vytaveného skla Nelze použít úpravy koncentrace emisí zohledňující nebo mg/Nm3 referenční obsah kyslíku Koncentrace se vztahují k 15 % obj. kyslíku. kg/t vytaveného skla Měrné hmotnostní emise se vztahují na jednu tunu 3 nebo mg/Nm roztavené frity Měrné hmotnostní emise se vztahují na jednu tunu utavené kg/t skla skloviny
Netavicí činnosti Všechny procesy
mg/Nm3
Všechny procesy
kg/t skla
Bez úprav zohledňujících kyslík Měrné hmotnostní emise se vztahují na jednu tunu vyrobeného skla.
(1) Použití koncentrací (mg/Nm3) nebo měrných hmotnostních emisí (kg/t skloviny) závisí na provozních podmínkách (kyslíkové otápění, kyslíkem obohacené vzducho-plynové otápění – viz Tabulka 5.1).
Hlavní emise vznikající při tavení ve sklářství jsou shrnuty v Tabulce 3.3.
86
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.3: Shrnutí emisí do ovzduší vznikajících při tavení Emise
Zdroj/Komentáře
Pevné částice
Těkání složek kmene z taveniny a následná kondenzace na velmi jemné prachové částice. Unášení jemných materiálů z kmene. Produkt spalování některých fosilních paliv.
Oxidy dusíku
NOX ze spalin způsobený vysokými teplotami tavicí pece a rychlá tvorba NOX. Rozklad sloučenin dusíku v kmeni. Oxidace dusíku obsaženého v palivech.
Oxidy síry
Síra v palivu. Rozklad sloučenin síry v kmeni, zejména z čeřicího procesu s použitím síranů. Oxidace sirovodíku v kupolových pecích s předehřátým vzduchem.
Chloridy/HCl
Přítomny jako nečistota v některých surovinách, zvláště synteticky připraveném uhličitanu sodném a cizích střepech. NaCl použitý jako surovina (čeřidlo) u některých speciálních skel.
Fluoridy/HF
Přítomny jako minoritní nečistota v některých surovinách včetně cizích střepů. Přidané jako surovina při výrobě smaltových frit k přidání určitých vlastností finálního výrobku. Přidané jako surovina v odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna na ovlivnění procesu tvarování (povrchové napětí) a v některých sklářských kmenech ke zlepšení tavení nebo k ovlivnění některých vlastností skla, např. opalescence. Tam, kde se fluoridy přidávají ke kmeni, hlavně jako kazivec, může být neřízený únik velmi vysoký.
Přítomny jako minoritní nečistoty v některých surovinách, ve střepech ze spotřebitelského sběru a v palivech. Použité v tavidlech a barvivech při výrobě frit, zejména smaltéřských (zvláště olovo Těžké kovy (např. V, a kadmium). Ni, Cr, Se, Pb, Co, Sb, Používá se v některých složeních speciálních skel (např. olovnatý křišťál a některá As, Cd) barevná skla). Selen se používá jako barvivo (bronzové sklo) nebo odbarvovací činidlo u některých čirých skel a může vytvářet jak plynné, tak pevné emise. Oxid uhličitý
Produkt spalování. Emitovaný po rozkladu uhličitanů ve kmeni (např. kalcinovaná soda, vápenec).
Oxid uhelnatý
Produkt neúplného spálení, zvláště v kupolových pecích s předehřátým vzduchem.
Sirovodík
Vzniklý ze síry v surovinách nebo v palivu v kupolových pecích s předehřátým vzduchem v důsledku redukčních podmínek v částech pecí.
U některých procesů mohou vznikat významné koncentrace emisí těžkých kovů a stopových prvků, obvykle jsou přítomny jako prach. Tabulka 3.4 uvádí klasifikační skupiny všeobecně používané pro emise kovů na základě jejich odhadovaného potenciálního dopadu na životní prostředí (viz TA Luft 1986, francouzská a italská legislativa). Tabulka 3.4:
Klasifikace kovů a jejich sloučenin Kovy skupiny 1 a jejich sloučeniny
Kovy skupiny 2 a jejich sloučeniny
Arzen
Antimon
Kobalt
Olovo
Nikl
Chrom III
Selen
Měď
Chrom VI
Mangan
Kadmium
Vanad Cín
V Tabulce 3.5 jsou uvedeny některé aktuální příklady úrovní emisí, které byly převzaty ze [42, VDI 1997][162, ICG-TC 13 2006] a které uvádějí ilustrativní maximální úrovně emisí těžkých kovů nesvědčící o použití BAT.
Sklářský průmysl
87
Kapitola 3
Tabulka 3.5:
Potenciální nekontrolované emise těžkých kovů ze sklářských procesů Kov
Vanad (při otápění topným olejem) Nikl (při otápění topným olejem) Chrom, celkem (zelené sklo) Selen, celkem (zelené obalové sklo) Selen, plynný (flintové duté sklo) Selen, celkem (flintové duté sklo) Selen, celkem (plavené bronzové sklo) Olovo Kadmium Antimon Arzen
Obalové sklo 3
až 4 mg/Nm až 0,5 mg/Nm3 až 3 mg/Nm3 až 0,8 mg/Nm3 až 14 mg/Nm3 až 25 mg/Nm3 3
až 4 mg/Nm až 0,3 mg/Nm3
Ploché sklo
Olovnaté křišťálové sklo
3
až 2 mg/Nm až 0,4 mg/Nm3
až 80 mg/Nm3 až 1 mg/Nm3 až 0,1 mg/Nm3
až 700 mg/Nm3 až 10 mg/Nm3 až 20 mg/Nm3
Zdroj: [42, VDI 1997] [162, ICG-TC 13 2006]
Navazující procesy Tento pojem se používá k popisu činností následujících po tavení a zahrnuje např. tvarování, chlazení, povrchovou úpravu atd. Emise z následných procesů se mezi odvětvími značně liší, a jsou proto diskutovány ve specifických oddílech věnovaných jednotlivým odvětvím. I když řada odvětví sdílí některé podobné techniky tavení, navazující procesy bývají výlučné pro každé odvětví. Obecně mohou emise do vzduchu vznikat: •
z nanášení povrchových povlaků a/nebo sušení (např. u minerální vlny, nekonečného skleněného vlákna, obalového skla a některého plochého skla);
•
ze všech činností prováděných s vyrobenými materiály, jako je řezání, leštění nebo sekundární opracování (např. minerální vlna, užitkové sklo, speciální sklo, vysokoteplotní izolační vata)
•
z některých postupů tvarování výrobku (např. minerální vlna a vysokoteplotní izolační vata).
Fugitivní/difuzní emise Fugitivní a difuzní emise mohou být spojené s různými činnostmi v rámci výroby skla. Obecně však nepředstavují v tomto odvětví významný problém. Hlavní zdroje fugitivních/difúzních emisí společné pro všechna sklářská odvětví souvisí s následujícími oblastmi: •
manipulace se surovinami a jejich skladování
•
zakládací prostor pece (zakládací přístavek)
•
tavicí pec.
Manipulace se surovinami a jejich skladování Pevné emise mohou vznikat z písku a/nebo střepů uložených v otevřených prostorách a z úniků ze skladovacích sil. Plynné emise mohou vznikat při skladování a manipulaci s těkavými kapalnými a/nebo plynnými chemickými látkami, zejména používanými v následných činnostech nebo při čištění kouřových plynů (tj. skladování amoniaku). Informace o prevenci a minimalizaci fugitivních/difuzních emisí ze skladování jsou k dispozici v Referenčním dokumentu BREF pro emise ze skladování (EFS BREF) [121, EC 2006]. Obecně je působení fugitivních a difuzních emisí na pracovišti řízeno předpisy BOZP, které zahrnují informovanost zaměstnanců a dodržování daných předpisů. Na evropské úrovni byly stanoveny limitní úrovně expozice na pracovišti (OEL) pro vybrané látky, přičemž mnoho dalších OEL je založeno na národních nebo mezinárodních předpisech a seznamech mezních úrovní (např. evropský seznam OSHA; americký ACGIH, německý MAK atd.). Difuzní emise dýchatelného krystalického křemene (křemičitý písek, důležitá složka kmene pro výrobu skla může být zdrojem částeček dýchatelného krystalického křemene) jsou předmětem Evropského sociálního dialogu: „Dohoda o ochraně zdraví pracovníků prostřednictvím správné manipulace a správného používání krystalického křemene a produktů, které ho obsahují“, podepsaného v roce 2006 [135, NEPSI 2006] [169, NEPSI-Good Practice Guide 2006].
88
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Zakládací prostor pece (zakládací přístavek) Pevné a plynné emise mohou vzniknout unášením, odpařováním a rozkladem při zakládání kmene do tavicí pece. Obecně se zakládací prostor (zakládací přístavek) pokud možno nechává zavřený, aby se zabránilo jak vnikání vzduchu, tak difuzním emisím. V některých případech je oblast zakládacího přístavku vybavena odsávacím systémem s výstupem vně nebo méně často uvnitř budovy v oblasti střechy. V jiných případech je u konkrétních typů pecí zakládací přístavek úplně uzavřený. Tavicí pec Difuzní emise mohou vznikat ze spalin fosilních paliv a z odpařování/kondenzace těkavých látek v kmeni. Tavicí pec nemůže být úplně utěsněna kvůli pozorovacím otvorům, hořákovým vletům a štěrbinám mezi žáruvzdornými cihlami. Odhadovaný objem fugitivních plynů lze posoudit prostřednictvím látkové bilance významné znečišťující látky, např. oxidu siřičitého, která dokazuje, že množství odpadních plynů unikajících z pece je nízké v porovnání s celkovým objemem odpadních plynů vznikajících při tavení.
3.2.2.2 Emise do vody Obecně jsou emise do vodního prostředí relativně nízké a ve sklářství je jen několik větších specifických problémů. Voda se všeobecně používá hlavně k čištění a chlazení a lze ji vhodně recyklovat nebo upravovat standardními technikami. Většina činností bude používat určité kapaliny, často pouze chemikálie na úpravu vody a maziva nebo topný olej. Všechny kapalné suroviny mohou být potenciální hrozbou pro životní prostředí v důsledku rozlití nebo defektu ochranné nádrže. Zpravidla však ke zvládnutí jakýchkoli potenciálních emisí postačí dobrý provozní postup a design. Specifické problémy týkající se emisí do vody jsou diskutovány v oddílech specifických pro jednotlivá odvětví. Jako příklad je na Obrázku 3.1 uvedeno typické provozní schéma rozvodu vody v odvětví výroby obalového skla.
Obrázek 3.1:
Sklářský průmysl
Typický rozvod vody v zařízení na výrobu obalového skla
89
Kapitola 3
3.2.2.3 Emise jiných odpadů Pro většinu sklářských odvětví je charakteristické, že se větší část interně vzniklého skleněného odpadu recykluje zpět do pece. Výjimkou jsou odvětví výroby nekonečného vlákna, vysokoteplotní izolační vaty a výrobci kvalitativně náročných výrobků v odvětví výroby speciálního a užitkového skla. Odvětví výroby minerální vlny a frit vykazují velké rozdíly v objemu odpadu recyklovaného do pece – od nuly po téměř 100 % dosahovaných na některých zařízeních na výrobu kamenné vaty. Další vznik odpadu zahrnuje odpad z přípravy surovin a zacházení s nimi, usazování odpadů (obvykle sulfátů) ze spalin a odpadové žáromateriály na konci životnosti pece. V některých odvětvích sklářství se ke konstrukci horních částí stěn, klenby a regenerátorů používají žáruvzdorné materiály s obsahem chromu. Chrom vytvářející v kombinaci s hořčíkem hořečnato-chromité cihly je velice odolný vůči unášení částic kmene a vůči produktům spalování za vysokých teplot, které se vyskytují v komorách regenerátoru. Chrom používaný k přípravě těchto materiálů (Cr3+) je v podstatě neškodný, má nízkou rozpustnost a představuje nízké riziko. Za vyšších teplot a v alkalických a oxidačních podmínkách však jisté množství chromu bude během kampaně pece oxidovat na Cr6+. Sloučeniny Cr6+ jsou vysoce rozpustné, toxické a karcinogenní. Jako u všech pecních odpadů je na konci kampaně soustředěno veškeré úsilí na to, aby se materiály recyklovaly. Tam, kde to není možné, se stanoví obsah Cr6+ v použitém hořečnato-chromitém žáromateriálu a zajistí se správná klasifikace a řádné odstranění těchto materiálů. Průmysl postupně dalším vývojem a přepracovanými designy snižuje množství žáruvzdorných materiálů obsahujících chrom. Rovněž lze použít malé tonáže žáruvzdorných materiálů z oxidu chromitého vysoké čistoty. Ty se obecně kupují s tím, že na konci kampaně pece si je výrobce vezme zpět k recyklaci. Velké množství tohoto materiálu se používá v pecích na výrobu nekonečného skleněného vlákna.
3.2.3 Energie [15, ETSU 1992][19, CPIV 1998] Výroba skla je energeticky velmi náročná, a proto jsou hlavními hledisky při konstrukci pece výběr energetického zdroje, topné technologie a způsobu regenerace tepla. Tato hlediska také patří mezi nejdůležitější faktory, které ovlivňují environmentální profil a energetickou účinnost tavení. Jedním z nejdůležitějších druhů vstupů do procesu výroby skla je tedy energie. Třemi hlavními energetickými zdroji jsou topný olej, zemní plyn a elektřina. Výjimkou je výroba minerální vlny, kde převládá technika tavení v kupolových pecích, které se otápějí koksem. Výběr zdroje energie silně závisí na individuálních energetických strategiích a/nebo politice každého členského státu (např. podpora používání fosilních paliv místo jaderné energetiky). Použitý druh energie má přímý vliv na emise látek znečišťujících ovzduší (např. SOX z paliv obsahujících síru nebo NOX ze zemního plynu obsahujícího významná množství dusíku atd.). Rovněž ovlivňuje to, zda budou emise uvolňovány přímo v závodě nebo nepřímo mimo něj. V minulých desetiletích byl převažujícím palivem pro výrobu skla topný olej, i když v několika evropských zemích je nyní převažujícím palivem zemní plyn. Existují různé druhy topného oleje od těžkého k lehkému, s proměnlivou čistotou a obsahem síry. Mnoho velkých pecí je vybaveno jak pro provoz na zemní plyn, tak na topný olej a není až tak neobvyklé, že pece převážně otápěné plynem spalují na jednom nebo dvou hořácích olej. Také je stále častějším jevem spalování oleje a plynu na stejném hořáku.
90
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Třetím běžným zdrojem pro výrobu skla je elektřina, kterou lze použít jako jediný zdroj energie nebo v kombinaci s fosilními palivy. Jedinou technikou, která našla ve sklářství široké komerční uplatnění, je odporové elektrické vytápění. Nepřímé elektrické vytápění se používá jen na velmi malých vanách a pánvových pecích nebo k ohřevu části vany (např. pracovní části tavicí vany nebo žlabu dávkovače). Obecně energie nutná k tavení skla tvoří přes 75 % celkových energetických potřeb odvětví výroby skla. Dalšími významnými oblastmi použití energie jsou žlab dávkovače, tvarování, chlazení, vytápění závodu a obecné služby. Typické využití energie v odvětví výroby obalového skla, které odpovídá cca 53 % výroby v EU je následující: pec 79–82 %, žlab dávkovače 6 %, stlačený vzduch 4 %, chladicí pec 2 %, ostatní činnosti 6 %. Je třeba poznamenat, že čísla týkající se energie uváděná v tomto dokumentu se vztahují k energii v době použití a nejsou přepočtena na primární energii. Přestože jsou mezi odvětvími a jednotlivými zařízeními velké rozdíly, lze příklad obalového skla považovat za orientační pro celý průmysl. Výjimkou z tohoto zobecnění je odvětví minerální vaty, kde jsou rozvlákňovací provoz a sušicí pec rovněž velkými spotřebiteli energie. V odvětví výroby obalového skla představuje specifický případ výroba flakonů, kde je na tavení spotřebováno cca 50 % celkové spotřeby energie kvůli zvláštním požadavkům na kvalitu konečného výrobku. Jak již bylo uváděno výše, převažujícími energetickými zdroji pro tavení jsou topný olej a zemní plyn, s malým procentním podílem elektřiny. Žlaby dávkovačů a chladicí pece se otápějí plynem nebo elektřinou, a elektřina se rovněž používá k pohonu vzduchových kompresorů a ventilátorů nutných pro výrobní proces. Obecné pomocné provozy zahrnují čerpání vody, výrobu páry pro skladování paliva a vyhřívání potrubí, vlhčení a zahřívání kmene a vytápění budov. Některé pece jsou vybaveny spalinovými kotli k výrobě buď části, nebo celého množství potřebné páry. Ke stanovení výchozí úrovně energetické účinnosti procesu je vhodné vzít v úvahu teoretické energetické nároky tavení skla. Teoretické energetické požadavky tavení nejčastěji se vyskytujících skel podle složení kmene bez recyklace střepů jsou uvedeny v Tabulce 3.6. Kalkulace předpokládá, že veškeré teoreticky nutné teplo je plně využito a že má tři hlavní složky: •
reakční teplo pro tvorbu skla ze surovin
•
reakční teplo (entalpie) potřebné ke zvýšení teploty skla z 20 na 1500 oC a
•
obsah tepla v plynech (zejména CO2) uvolněných z kmene při tavení.
Teoretické úrovně uvedené v Tabulce 3.6 se vztahují pouze k energii potřebné na roztavení daného složení skla. Další energie bude potřeba na čeření, tvarování a konečnou úpravu skla a na ostatní pomocné provozy, jako např. stlačený vzduch.
Sklářský průmysl
91
Kapitola 3
Tabulka 3.6:
Teoretické energetické požadavky pro tavení nejčastěji se vyskytujících skel podle složení kmene bez recyklace střepů Reakční teplo
Entalpie skla
Entalpie emitovaných plynů
GJ/t
GJ/t
GJ/t
Teoretický energetický požadavek GJ/t
Sodnovápenaté (ploché/obalové sklo)
0,49
1,89
0,30
2,68
Boritokřemičité (8 % B2O3)
0,41
1,70
0,14
2,25
Boritokřemičité (13 % B2O3)
NA
NA
NA
2,4
Křišťálové sklo (19 % PbO)
0,40
1,69
0,16
2,25
Křišťálové sklo (24 % PbO)
NA
NA
NA
2,1
Baryové křišťálové sklo
1,02
1,91
0,31
3,24
Typ skla
NA = není k dispozici. Zdroj:[15, ETSU 1992] [102, ARC Energy requirement 2008]
Skutečné požadavky na tavicí energii kolísají podle zkušeností z různých odvětví v širokém rozmezí od asi 3,3 do více než 40 GJ/t utavené skloviny. Toto číslo značným způsobem závisí na konstrukci pece, velikosti a metodě provozu a typu skla. Většina skla se však vyrábí na velkých pecích a energetické požadavky pro tavení činí obvykle méně než 8 GJ/t. Energetická spotřeba je dále uváděna pro každé odvětví, pokud jsou tyto informace dostupné. Obecně se energie do tavicí pece dodává: •
spalováním paliva
•
předehříváním spalovacího vzduchu
•
elektrickou energií
•
citelným teplem paliv, kyslíku nebo přebytečného vzduchu
•
(předehřátým) kmenem.
Protože je výroba skla energeticky náročný vysokoteplotní proces, je zde velký potenciál pro tepelné ztráty. V minulých letech byl učiněn velký pokrok při zvyšování energetické účinnosti a některé postupy (např. velké regenerativní pece) se blíží teoretické minimální energetické spotřebě při tavení, přičemž se bere v úvahu inherentní omezení procesů. Moderní regenerativní pec na tavení obalového skla bude mít celkovou tepelnou účinnost kolem 50 % (maximálně 60 %), se spalinovými ztrátami kolem 30 % a se ztrátami konstrukcí tvořícími velkou část zbývající hodnoty. Tato účinnost je dobře srovnatelná s jinými velkými spalovacími aktivitami, zvláště s výrobou elektřiny, která má typickou účinnost mezi 35 a 45 %. Ztráty konstrukcí jsou nepřímo úměrné velikosti pece, hlavním důvodem je změna poměru plochy pece k jejímu objemu. Elektricky otápěné a kyslíko-palivové pece mají obecně lepší specifickou energetickou účinnost než pece s fosilním palivem, ale jsou s nimi spojeny nevýhody, které budou diskutovány níže v tomto dokumentu. Tabulka 3.7 uvádí typické rozdělení vynaložené energie při výrobě nejběžnějších průmyslových skel.
92
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.7: Příklady rozdělení vynaložené energie při výrobě nejběžnějších průmyslových skel Typ skla
Ploché sklo
Obalové sklo
Typ pece
Plavící, příčně otápěná regenerativní
U-plamenná regenerativní
600 t/den
260 t/den
25 %
83 %
6,48 GJ/t utavené skloviny
3,62 GJ/t utavené skloviny
Odpar vody (zvlhčení kmene)
1%
1,5 %
Endotermní reakce
6%
2,4 %
Citelné teplo taveniny (netto)
33 %
44,2 %
Ztráty tepla stěnou pece
15 %
18,3 %
Ztráty tepla chlazením a únikem
9%
3,7 %
Ztráty z kouřových plynů ve spodní části regenerátoru
32 %
27,6 %
Ztráty tepla v regenerátoru (konstrukce)
4%
2,3 %
Výkon pece Střepy Celková spotřeba energie (GJ/t utavené skloviny)
Zdroj: [97, Beerkens Energy Balances 2006]
Dále uvádíme některé z obecnějších faktorů ovlivňujících energetickou spotřebu pecí otápěných fosilními palivy. Pro každé jednotlivé zařízení je důležité vzít v úvahu místně specifické problémy, které ovlivňují platnost níže uvedených obecných informací. Tyto faktory také ovlivňují emise na tunu skla u těch látek, které se týkají přímo množství spáleného fosilního paliva, zvláště CO2, SO2 a NOx. Hlavními místně specifickými problémy jsou: a.
Kapacita pece významně ovlivňuje spotřebu paliva na tunu utaveného skla, protože větší pece jsou energeticky účinnější v důsledku nižšího poměru povrchové plochy k objemu.
b.
Také výkon pece je důležitý – většina pecí dosahuje nejvyšší energetické účinnosti při špičkovém zatížení. Změny v zatížení pece silně závisí na trhu a mohou mít velké rozmezí, zvláště u některých obalových skel a užitkového skla.
c.
Jak stoupá stáří pece, její tepelná účinnost obvykle klesá. Ke konci kampaně pece může být energetická spotřeba na tunu utaveného skla až o 20 % vyšší než na začátku kampaně.
d.
Použití elektropříhřevu zlepšuje energetickou účinnost pece. Když se však vezme v úvahu cena elektřiny a účinnost její výroby a distribuce, celkové zlepšení je menší (nebo dokonce záporné). Elektropříhřev se spíše než ke zlepšení energetické účinnosti používá obvykle ke zlepšení tavicí schopnosti pece.
e.
Použití střepů může významně snížit energetickou spotřebu, protože chemická energie vyžadovaná k utavení surovin již byla poskytnuta. Obecně platí, že každých 10 % podílu střepů přinese úsporu energie při tavení o 2–3 %.
f.
Kyslíko-palivové otápění může rovněž snížit energetickou spotřebu, zvláště v menších pecích. Eliminace většiny dusíku ze spalovací atmosféry snižuje objem odpadních plynů opouštějících pec o 60–70 %. To znamená, že je možné ušetřit energii, protože není nutné zahřívat atmosférický dusík na teplotu plamenů. Většina kyslíko-palivových pecí není vybavena systémy regenerace tepla.
Výše uvedené místně specifické problémy neberou v potaz některé důležité problémy mimo daný závod, které ovlivňují použitelnost různých technik tavení, především cenu elektřiny a účinnost její výroby a distribuce.
Sklářský průmysl
93
Kapitola 3
Energetická účinnost je velmi komplexní problém, o němž se bude hovořit v oddílech specifických pro jednotlivá odvětví jak v této kapitole, tak v Kapitole 4. Od 60. let minulého století sklářství jako celek snižovalo měrnou energetickou spotřebu průměrně o 1,5 % za rok. Dnes je tempo snižování nižší, protože měrná spotřeba se již přiblížila termodynamickým mezím. Tabulka 3.8 uvádí užitečné příklady měrné spotřeby energie v moderních, energeticky účinných sklářských pecích.
94
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.8: Příklady měrné energetické spotřeby pro řadu sklářských pecí Typ vanové pece
Typ skla
Tavicí plocha Hloubka skleněné Kapacita vany – Poměr délky k šířce (*) (m2) lázně – tavicí část (mm) tavicí část (t) vany
Výstup (t/den)
Měrný výkon (t/m2 den)
Měrná spotřeba energie(2) (kJ/kg skloviny)
Příčně plamenná pec s regenerativním předehříváním vzduchu
Obalové sklo
15–155
1200–1700
50–500
1,9–3,0 : 1
40–500
2,5–4,0
4200
Regenerativní U-plamenná pec
Obalové sklo
15–140
1200–1700
50–500
1,9–2,5 : 1
40–450
2,5–4,0
3800
Rekuperativní pec
Obalové sklo
až 250
1100–1600
50–650
2,0–2,8 : 1
40–450
2,0–3,0
5000
Kyslíko-palivová pec
Obalové sklo
110–154
1300–1700
390–600
2,0–2,4 : 1
350–425
2,3–3,5
3050–3500(3)
Příčně plamenná pec s regenerativním předehříváním vzduchu
Ploché sklo
100–400
1200–1400
300–2500
2,1–2,8 : 1
150–900
2,3–2,7
6300
Příčně plamenná pec s regenerativním předehříváním vzduchu
CRT sklo (stínítka)
70–300
900–1100
160–700
2,0–3,0 : 1
100–500
1,1–1,8
8300
Stolní sklo
15–60
1100–1300
40–180
1,8–2,2 : 1
15–120
1,0–2,0
6700- 11000(4)
Stolní sklo
30–40
800–1000
65–100
2,0–3,0 : 1
40–60
1,2–1,6
8000- 11000
Stolní sklo
45–70
800–1800
100–250
1,8–2,2 : 1
120–180
2,0–3,0
5000 - 6000
Skleněná vata
15–110
800–1500
50–200
2,8 : 1
30–350
3,4
4300-6500
Pec s rekuperativním předehříváním vzduchu Příčně plamenná pec s regenerativním předehříváním vzduchu Regenerativní U-plamenná pec Pec s rekuperativním předehříváním vzduchu
(1) Povrch sklářské pece pro tavení a čeření. Obvykle část mezi zakládacím přístavkem a průtokem. V případě pece na plavené sklo bez neotápěné čeřicí části. (2) Měrná spotřeba energie bez pracovní části a feedru během najetí a při provozu při jmenovitém zatížení (spotřeba energie se obecně zvýší o 0,1 až 0,2 % za měsíc kvůli stárnutí pece, bez elektropříhřevu, předehřívání taveniny a sekundárního využití odpadního tepla) je normalizována na: • 70 % střepů u obalového skla • 20 % střepů u plaveného skla • 40 % střepů u CRT a stolního skla • energetické úspory na přidané procento střepů: 0,15 až 0,3 %. Měrná energetická spotřeba je přibližná směrná úroveň pro nové středně velká a velká zařízení. Není vhodná pro energetické bilancování, protože v jednotlivých případech může dojít k velkým rozdílům. Účinná měrná energetická spotřeba nezávisí jen na obsahu střepů a stáří vany, ale kromě jiného také na složení kmene, na předehřívání vzduchu, měrném zatížení vany, izolaci vany a na požadované kvalitě skla. (3) Uváděné údaje se opírají o provozní zkušenosti ve dvou zařízeních využívajících kyslíko-palivovou technologii. Energie vyžadovaná na výrobu kyslíku není zahrnuta do měrné energetické spotřeby. (4) Nižší úroveň měrné spotřeby energie u rekuperativních pecí může souviset s nižší kvalitou vyráběného skla. Obecně regenerativní pece vykazují nižší měrnou spotřebu energie než pece rekuperativní. Zdroj: [42, VDI 1997] [136, EURIMA 2008] [137, Domestic glass 2008]
Sklářský průmysl
Březen 2012
95
Kapitola 3
3.2.4 Hluk V některých odvětvích sklářského průmyslu, zejména ve výrobě obalového a užitkového skla, může hluk představovat vážný problém. Opatření na prevenci a snižování hluku nejsou vždy proveditelná a tam, kde nelze snížit úroveň hluku, se většinou provádějí bezpečnostní opatření na ochranu zdraví zaměstnanců. Úrovně hluku v závodě představují problém zejména z pohledu bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Účinek hluku na zaměstnance nespadá pod rámec tohoto dokumentu. Hodnocení ekologických dopadů sklářského provozu by se mělo provádět s ohledem na blízkost zařízení k oblastem citlivých receptorů. Významnými zdroji emisí hluku jsou: •
stlačený chladicí vzduch
•
větráky pro vhánění spalovacího vzduchu
•
větráky pro odvod odpadních plynů
•
tvarovací stroje (např. v odvětvích obalového, užitkového a speciálního skla)
•
dopravníkové pásy na přepravu skleněných výrobků
•
řezání (např. u plochého a speciálního skla)
•
broušení, leštění (např. u užitkového a speciálního skla).
Úrovně hluku (v decibelech) jsou specifické pro každý provoz/zařízení a v některých částech závodu mohou překračovat hranici 85 dBA. Nejčastěji používanými protihlukovými opatřeními jsou: •
izolace hlučných zařízení/provozů ve zvláštních budovách
•
používání ochranných bariér k odstínění zdroje hluku.
3.3 Obalové sklo [19, CPIV 1998] [64, FEVE 2007] [126, FEVE 2009] Jak bylo uvedeno v Kapitole 1, obalové sklo je největším sklářským odvětvím EU, které představuje mezi 50–60 % celkové výroby (58 % v roce 2007). V roce 2005 bylo v provozu zhruba 300 pecí v přibližně 170 závodech. Používají se zde příčně otápěné regenerativní, U-plamenné regenerativní, rekuperativní, elektrické a kyslíko-palivové pece. Jejich velikosti se rovněž značně liší – od méně než 50 000 tun za rok (10 000 u výroby flakonů) po více než 150 000 tun za rok. Výroba v závodě s několika pecemi může přesahovat 1000 tun za den. Samozřejmě takové velké a rozmanité odvětví vykazuje značné rozdíly v počtu a typech výrobních vstupů a výstupů. Výrobky tohoto odvětví však mají téměř výhradně sodnovápenaté nebo modifikované sodnovápenaté složení, a tak jsou rozdíly v používaných sklářských surovinách omezené. Poměr surovinového vstupu k vyrobené sklovině se bude lišit v závislosti na množství použitých střepů, které ovlivňuje objem plynů uvolňujících se ze surovin během tavení. Odplynění a sušení surovin může tvořit 3 % až 20 % vstupu a 1 tuna střepů nahradí přibližně 1,2 tuny surovin. Poměr „pack to melt“ se může pohybovat od méně než 50 % u některých speciálních složitých parfémových flakonů po více než 90 % u vysokoobjemové výroby standardních obalů s recyklací většiny vlastního odpadu z výroby zpět do pece.
96
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.9 uvádí přehled hlavních vstupů do procesu a výstupů z něj. Emise reprezentují typické pece středního rozsahu. Jedná se o složená data z odborných posudků a údajů ze šetření provedeného Evropskou federací výrobců obalového skla (FEVE). Uváděné úrovně by měly být považovány za směrné. Přesnější údaje týkající se spotřeby energie a emisí jsou uvedeny v Oddíle 3.3.2.2.
Tabulka 3.9:
Přehled hlavních vstupů a výstupů výroby obalového skla (směrné úrovně se vztahují na jednu tunu utavené skloviny) Vstupy
Střepy ze spotřebitelského sběru Křemičitý písek Uhličitany Minoritní minerální složky Pecní žáromateriál Obalový materiál Formy a jiné Energie, olej/plyn celkem (*) Energie, elektřina celkem (*) Voda Výstupy Hotové zabalené výrobky
Jednotky/t (utavené skloviny) t t t t t t t GJ GJ m3
0 0,04 0,02 0,002 0,005 0,040 0,004 4 0,6 0,3
– – – – – – – – – –
0,85 0,66 0,40 0,05 0,01 0,080 0,007 14 1,5 10
(0,40) (0,35) (0,20) (0,02) (0,008) (0,045) (0,005) (6,5) (0,8) (1,8)
t
0,75
–
0,97
(0,91)
(430) (2,0) (1,3) (0,3) (0.017) (0.029) (0.027) (0,007) (0,002) (0,004) (0,001) (1,8)
Rozsah (střední úroveň)
Emise do ovzduší CO2 NOx SOx Prach (bez sekundárních opatření) Prach (se sekundárními opatřeními) HCl (bez sekundárních opatření) HCl (se sekundárními opatřeními) HF (bez sekundárních opatření) HF (se sekundárními opatřeními) Kovy (bez sekundárních opatření) Kovy (se sekundárními opatřeními) H2O (vypařování a spalování)
kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg t
300 0,2 0,2 0,2 0,002 0,02 0,005 0,001 0,00005 0,0002 0,00006 0,3
– – – – – – – – – – – –
1000 4,4 4,1 0,6 0,05 0,08 0,06 0,022 0,007 0,015 0,002 10
Odpadní voda Odpad k recyklaci Jiný odpad
m3 t t
0,2 0,002 0,003
– – –
9,9 (1,6) 0,006 (0,005) 0,015 (0,005)
(*) Celková energie (pec a jiné) pro typické zařízení s pecemi příčně otápěnými fosilním palivem. Zdroj: [19, CPIV 1998] [64, FEVE 2007]
Sklářský průmysl
97
Kapitola 3
3.3.1 Provozní vstupy V Tabulce 3.10 je uveden souhrn surovin používaných v odvětví obalového skla. Tabulka 3.10:
Suroviny používané v odvětví obalového skla
Popis
Suroviny
Sklotvorné suroviny
Křemičitý písek, střepy z výroby, střepy ze spotřebitelského sběru
Skleněné polotovary a modifikátory
Uhličitan sodný, vápenec, dolomit, vysokopecní struska, živec, nefelinický syenit, uhličitan draselný, uhlík, filtrační prach
Oxidanty a čeřidla
Síran sodný, uhlík, dusičnan sodný nebo dusičnan draselný
Barviva a odbarvovací činidla
Chromitan železitý, oxid železa, sulfid železa, oxid kobaltu, oxid ceru, selen nebo seleničitan zinečnatý
Povrchové povlaky (povrchové úpravy za horka)
Chloridy anorganických nebo organických kovů. Převážně chlorid cíničitý nebo titaničitý a chlorid monobutylcínu
Maziva na výrobky
Mazadla na bázi polyetylenu a mastné kyseliny (např. kyselina olejová)
Paliva
Topný olej, zemní plyn, elektřina, butan, propan
Voda
Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.)
Pomocné materiály
Obalové materiály včetně plastů, papíru, lepenky a dřeva. Mazadla na formy, obecně separační činidla pro vysoké teploty na bázi uhlíku. Maziva pro stroje, převážně minerální oleje. Provozní plyny, kyslík a oxid siřičitý. Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
Zdroj: [ 19, CPIV 1998 ]
Největšími vstupy do procesu jsou materiály obsahující oxid křemičitý (písek a skleněné střepy) a uhličitany (kalcinovaná soda, dolomit a vápenec). Suroviny pro sklářský kmen se mísí ve vhodném poměru a vytvářejí řadu různých složení skel uvedených v Oddíle 2.4. Ve většině složení obalových skel tvoří oxidy křemíku, sodíku a vápníku vyjádřené jako oxidy více než 90 % skla (71–73 % SiO2, 12–14 % Na2O a 10–12 % CaO). Oxid křemičitý pochází hlavně ze střepů a z písku. Oxid sodný se získává hlavně ze střepů a kalcinované sody a oxid vápenatý hlavně ze střepů a z vápence a v menší míře z dolomitu. Řada výrob obalového skla využívá ve složení značný podíl střepů. Průměr odvětví činí okolo 50 %, přičemž se jedná o střepy vlastní i ze spotřebitelského sběru. Používání střepů ze spotřebitelského sběru se značně liší (od 0 do více než 80 %), ale téměř všechny výroby recyklují vlastní střepy, které tvoří obvykle kolem 10 % kmene. Vstupy dalších sklotvorných surovin, zvláště písku, kalcinované sody, vápence a dolomitu se budou lišit v závislosti na množství a složení použitých střepů. Použití materiálů k povrchovému zušlechtění výrobků, tj. povrchových povlaků a maziv, se mění proces od procesu. Avšak množství použitého materiálu je velmi nízké v porovnání se sklotvornými surovinami, obecně v řádu několika kilogramů na jednu výrobní linku za den (viz Oddíly 3.3.2.3 a 4.5.1). Použitá paliva se mění v závislosti na procesu, ale obecně se k tavení skla používají topný olej, zemní plyn a elektřina, a to buď odděleně, nebo v kombinaci. Žlaby dávkovačů a chladicí pece se otápějí plynem nebo elektřinou, které se používají také k vytápění a v obecných pomocných provozech. Lehký topný olej, propan a butan se někdy používají jako záložní palivo. Voda se v odvětví obalového skla používá především v chladicích okruzích a k mytí. Voda se běžně používá (obvykle jako pára) k vlhčení kmene (0 až 4 % vlhkosti), aby se zabránilo odmísení materiálu a aby se snížil úlet prachu z pece. Chladicí voda se používá v uzavřených nebo otevřených okruzích k chlazení různých zařízení a horkého skla z výrobního odpadu s odpovídajícími ztrátami vypařováním a proplachy. Skutečná spotřeba vody a emise vodní páry se mohou měnit podle místních podmínek (např. klima, zeměpisná poloha a tvrdost vstupující vody). 98
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.3.2. Emise do ovzduší 3.3.2.1 Suroviny U většiny moderních postupů výrob obalového skla jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/Nm3. Měrné emise jak z filtrovaných, tak z nefiltrovaných systémů budou záviset na počtu přenosů, velikosti zrn a na množství materiálu, se kterým se manipuluje.
3.3.2.2 Tavení V odvětví obalového skla jsou největší potenciální emise do okolního prostředí emise do ovzduší z tavicích činností . Emitované látky a související zdroje jsou identifikovány v Oddíle 3.2.2.1. Většina pecí v tomto odvětví je otápěna převážně fosilními palivy, jak zemním plynem, tak topným olejem. Avšak vzhledem k velikosti a šíři odvětví je zde v provozu široká škála pecí, které mají značné rozmezí hladin emisí. To je zřetelně ukázáno v tabulkách uvedených v tomto oddíle, které podrobně uvádějí charakteristiky pecí a hlášené úrovně emisí ze statistického šetření prováděného mezi členy Evropské federace výrobců obalového skla (FEVE). Údaje jsou uváděny pro 244 pecí na fosilní paliva a čtyři celoelektrické pece za referenční rok 2005. Reprezentují tak přibližně 80 % zařízení v rámci EU-27. V tabulkách jsou rozsahy emisí vhodným způsobem rozděleny na emise s použitím a bez použití primárních a sekundárních opatření na snižování emisí. Povšimněte si, že uváděné údaje o emisích odpovídají analýzám provedeným v kontextu požadavků na vykazování v zemích/regionech, ve kterých se tyto závody nacházejí, a že použité techniky odběru vzorků a měření nejsou stejnorodé. Vycházejí z omezeného časového rámce (obecně méně než tři hodiny), a budou proto náchylné na ovlivnění přechodnými provozními podmínkami. Krom toho, tam, kde se používají standardizované metody, není jejich neurčitost zvažována při uvádění výsledků. Z těchto důvodů je třeba údaje uvedené v Tabulce 3.13, Tabulce 3.14, Tabulce 3.15, Tabulce 3.16 a Tabulce 3.17 považovat pouze za vyjádření rozsahu současných emisí v době provádění šetření. Aby se zvýšila reprezentativnost uváděných úrovní emisí, jsou tyto údaje uváděny jako aritmetický průměr/minimum/maximum celého souboru dat (100 % dat) a středních 90 % (tj. 5 až 95 %). Je rovněž třeba zdůraznit, že v průběhu provádění šetření již probíhalo zavádění povolenek podle IPPC. Konkrétně došlo mezi lety 2003–2005 ke zvýšení počtu instalací zařízení na snižování prachových emisí. Od roku 2005 bylo uvedeno do provozu značné množství nových systémů na snižování emisí. Předpokládá se, že tento trend bude pokračovat i nadále a v době provádění šetření v roce 2005 bylo očekáváno mnoho nových instalací. Tabulka 3.11 uvádí statistické rozdělení typů a velikostí pecí ze šetření provedeného FEVE, které mapuje situaci v roce 2005.
Sklářský průmysl
99
Kapitola 3
Tabulka 3.11:
Statistické údaje o velikostech a typech pecí ze šetření provedeného FEVE (úrovní z r. 2005)
Velikosti pecí podle typů Všechny typy produktů Všechny typy pecí Příčně plamenná, regenerativní U-plamenná, regenerativní Rekuperativní Kyslíko-palivové spalování Elektrická Výroba lahví/sklenic Všechny typy pecí Příčně plamenná, regenerativní U-plamenná, regenerativní Rekuperativní Kyslíko-palivové spalování Elektrická Výroba flakonů Všechny typy pecí U-plamenná, regenerativní Rekuperativní Kyslíko-palivové spalování Elektrická Smíšená výroba lahví/flakonů Všechny typy pecí U-plamenná, regenerativní
Utavené sklo (t/den) (1) Průměr Min. Max.
Uváděná data
Počet údajů
100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
248 55 152 29 8 4
233 289 229 185 180 61
22 130 40 22 75 40
521 520 521 376 305 100
100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
222 55 138 23 5 1
249 289 240 214 242 100
56 130 56 80 200 100
521 520 521 376 305 100
100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
20 10 5 2 3
80 97 69 76 47
22 40 22 76 40
300 300 127 76 60
100 % 100 %
6 4
147 171
75 98
245 245
(1) Výroba skla (v t utavené skloviny/den) je příkladem provozních podmínek pece odpovídajících poskytnutým údajům o emisích. Zdroj: [126, FEVE 2009]
U-plamenné rekuperativní pece představují více než 60 % vzorku a pokrývají prakticky celý rozsah intenzity výroby. Bylo hlášeno pouze osm kyslíko-palivových pecí (3,2 % celku). Hodnoty především zdůrazňují rozdíl v průměru utaveného skla u pecí na výrobu flakonů odpovídajícímu 80 t/den v porovnání s výrobou lahví a sklenic, která představuje hlavní proud v tomto odvětví s průměrem 250 t/den. V Tabulce 3.12 jsou uváděna statistická data týkající se celkového podílu střepů používaných při výrobě různých barev skel. Tyto údaje pocházejí ze šetření pro rok 2005 provedeného FEVE. Celkové podíly střepů uváděné v Tabulce 3.12 jsou vyjádřeny jako celkový podíl střepů na tunu utavené skloviny. Tyto hodnoty neodpovídají mírám recyklace v EU, a to z několika důvodů. Údaje EU se vztahují k sebranému sklu, ne ke střepům používaným v závodech na výrobu skla v EU. Sebrané sklo nevyhnutelně obsahuje určité procento nečistot (až 5 %). Všechno sebrané sklo není znovu využito při výrobě obalového skla. Údaje EU nezahrnují vlastní střepy. Ne všechno sklo vyrobené v EU bude v EU znovu použito. Ne všechno sklo používané v EU bude vyrobeno v EU.
Tabulka 3.12: Statistické údaje o celkových podílech střepů v pecích na obalové sklo v EU uváděné ve statistickém šetření FEVE pro různé barvy skla (hodnoty v r. 2005)
100
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Podíl střepů
Uváděná data
Počet údajů
100 % 100 % 100 % 100 %
123 37 76 13
Flintové sklo (bezbarvé) Ambrové sklo Zelené sklo Jiné barvy
Celkový podíl střepů na pec (% celkových střepů / utavené skloviny v t)(1) Průměr (2) Min. Max. 33 5 74 49 15 81 72 30 96 55 20 85
(1) Celkové podíly střepů na pec jsou vyjádřeny jako celkový podíl střepů na tunu utavené skloviny (vlastních i cizích). Tyto hodnoty neodpovídají podílům použití recyklovaného skla v EU (viz text v předmluvě k této tabulce). (2) Uváděné průměrné hodnoty jsou aritmetickým průměrem podílu střepů v jednotlivých pecích a nepředstavují celkový průměr podílu střepů. Zdroj: [126, FEVE 2009]
Podíly střepů se značně liší v celém rozsahu od 5 do 96 % a v praxi jsou omezeny dostupností střepů vhodné kvality. To platí zejména pro bezbarvé „flintové“ sklo, u kterého musí úroveň barevných nečistot odpovídat požadavkům na zabarvení konečného produktu. Některé trhy vyžadují vysoce čisté bezbarvé sklo (nazývané „extra flintové“) např. na parfémy a některé prémiové destiláty, a z toho vyplývají odpovídající požadavky na vysokou čistotu všech surovin. V tomto případě je proto podíl recyklovaných střepů omezen na vlastní střepy, což odpovídá zjištěným nízkým hodnotám (všechny barvy skla a flintové sklo). Ve většině případů jsou zelená skla nejméně citlivá na tato omezení a vykazují nejvyšší podíly střepů. Kvalita a dostupnost střepů se dále diskutují v Oddíle 4.8.3. Je třeba zdůraznit, že podíl střepů u konkrétní pece (nebo barvy skla) musí být zvažován v širším regionálním, národním nebo mezinárodním kontextu dodávky a poptávky po recyklovaném skle ze spotřebitelského sběru. Podíl střepů má významný systémový dopad na tavicí energii u jakékoli technologie nebo velikosti pece, a jak již bylo řečeno, je v mnoha případech omezen vnějšími vlivy, zejména dostupností vhodných střepů. V Tabulce 3.13 je uvedena tavicí energie v rozdílných typech pecí a rozsahy velikostí získané ze šetření prováděném FEVE za rok 2005. Měrné úrovně spotřeby energie k tavení byly proto upraveny na 50 % střepů s použitím vztahu uvedeného v tomto dokumentu (-2.5 % energie na každých přidaných 10 % střepů). Pro úpravu byla celková spotřeba tavicí energie (EM) z každé pece v přehledu (čistá výhřevnost fosilních paliv + přímá elektrická energie) vynásobena číslem odpovídajícím celkovému podílu střepů (CT), čímž se získala spotřeba energie upravená na 50 % podíl střepů (EM50). Přibližný vzorec použitý při výpočtu je uveden níže: EM50 = EM/{1 + [(50 - CT) x 0.025]/10} kde: EM50 (GJ/t taveniny) = spotřeba energie upravená na 50 % střepů EM (GJ/t taveniny) = celková spotřeba tavicí energie CT (%) = celkový podíl střepů. Aby bylo možné základní srovnání mezi vzducho-palivovým a kyslíko-palivovým otápěním, je při určování měrné spotřeby tavicí energie třeba zvážit i elektrickou energii potřebnou k výrobě kyslíku. Aby odpovídala výpočtu spotřeby elektrické energie v tomto oddíle, je energie použitá při výrobě kyslíku uváděna jako energie spotřebovaná ve sklářském zařízení. Odpovídající množství je odhadováno na základě (konzervativního) pevného koeficientu elektrické energie pro výrobu kyslíku odpovídajícímu 0,07 GJ na GJ čisté výhřevnosti fosilních paliv používaných v peci. Tento výpočet je již obsažen v kalkulaci tavicí energie upravené na 50% celkový podíl střepů. Je však nutné uvést, že spotřeba energie 0,07 GJ v místě využití odpovídá asi 0,2 GJ primární energie potřebné k vyrobení takového množství elektřiny. Tabulka 3.13:
Měrná spotřeba tavicí energie v různých typech a velikostech pecí podle šetření provedeného FEVE (údaje za rok 2005)
Velikosti pece podle typů Jednotka Sklářský průmysl
Uváděná data
Počet údajů
Měrná spotřeba tavicí energie upravená na 50% celkový podíl střepů (GJ čistá výhřevnost/tuna utavené skloviny) Průměr
Min.
Max. 101
Kapitola 3
U-plamenná < 100 t/den 100–250 t/den 250–400 t/den > 400 t/den Příčně plamenná < 100 t/den 100–250 t/den 250–400 t/den > 400 t/den Rekuperativní < 100 t/den 100–250 t/den 250–400 t/den > 400 t/den Kyslíko-palivové spalování Kyslíko-palivové spalování + výroba O2 (1) Elektrická
100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 %
153 12 81 54 6 56 0 17 31 7 29 5 14 10 0 8 8 3
4,8 6,9 4,8 4,3 4,1 4,6 5,0 4,5 4,4 6,3 9,1 5,8 5,6 4,4 4,7 3,3
3,4 5,5 3,4 3,4 3,4 3,3 3,3 3,7 3,5 4,1 5,9 4,1 4,3 3,5 3,8 2,9
10,7 11,7 6,7 9,5 5,1 6,6 6,6 5,8 5,2 11,6 11,6 6,8 7,3 5,2 5,5 3,6
(1) Byla zvážena elektrická energie potřebná k výrobě kyslíku. Nebyla však zvažována primární energie potřebná k výrobě spotřebované elektrické energie. Zdroj: [64, FEVE 2007]
Při srovnání U-plamenných, příčně otápěných a kyslíko-palivových pecí lze pozorovat shodné průměrné úrovně měrné spotřeby tavicí energie. U kyslíko-palivových pecí se zvažuje odhadovaná elektrická energie potřebná k výrobě kyslíku (ne primární energie) (viz Tabulka 3.13 a rovněž Obrázek 3.4). Jak se dalo očekávat, u malých pecí jsou vidět vyšší hodnoty měrné spotřeby tavicí energie, což je zejména případ výroby flakonů, pro kterou jsou na Obrázku 3.2 uvedeny křivky trendů celkové spotřeby tavicí energie. Křivky znázorněné v tomto obrázku ukazují, že spotřeba tavicí energie prudce vzrůstá se zmenšující se velikostí pece. Při výrobě flakonů se používají regenerativní, rekuperativní, elektrické i kyslíko-palivové pece v závislosti na různých činitelích: objem investic, prostor k dispozici, zatížení základů a další místní podmínky. Na Obrázku 3.2 jsou uvedeny průměrné, minimální a maximální úrovně součtu spotřeby fosilních paliv (čistá výhřevnost) společně s přímo spotřebovanou elektrickou energií (použitou na příhřev). Nebyly zde zahrnuty všechny elektrické pece. Dále je třeba poznamenat, že křivky zobrazené na Obrázku 3.2 neberou v potaz nepřímou spotřebu energie potřebné na výrobu kyslíku nebo elektřiny.
102
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Obrázek 3.2:
Křivky trendů u celkové tavicí energie při výrobě flakonů podle šetření provedeném FEVE (data za rok 2005 – není zde zahrnuta primární energie pro elektrický příhřev nebo výrobu kyslíku)
V referenčním roce provedeného šetření (2005) bylo 41 % (101 pecí z 247) pecí na obalové sklo zahrnutých do studie FEVE vybaveno sekundárním opatřením na snižování emisí. Ve všech případech se toto opatření skládalo ze snižování obsahu prachu pomocí elektrostatických odlučovačů (77 pecí) nebo tkaninových filtrů (24 pecí) v kombinaci s protiproudým odsiřováním za účelem odstranění kyselinotvorných znečisťujících plynů (SOx, HF, HCl) a prevence vzniku kyselých kondenzátů na bázi síry, které by mohly poškodit filtrační zařízení. Instalace elektrostatických odlučovačů (ESP) nebo tkaninových filtrů byla od té doby v tomto odvětví prosazována ve shodě s progresivním zaváděním Směrnice a s ní spojených povolenek. V době psaní tohoto dokumentu (2010) bylo již ESP nebo tkaninovými filtry vybaveno větší množství pecí. Údaje o emisích spojených s pecemi zahrnutými do šetření prováděného FEVE jsou uvedeny v Tabulce 3.14, Tabulce 3.15, Tabulce 3.16, Tabulce 3.17 a Tabulce 3.18. Uvedené údaje by měly být hodnoceny na základě níže uvedených poznámek. 1.
Uváděné údaje pochází ze skutečných měření emisí, která v každém případě odráží konkrétní podmínky. Do výsledků šetření mohou být zahrnuty údaje z jednorázových a kontinuálních měření a hodinové nebo denní průměrné úrovně získané z 248 pecí řídících se rozdílnými regionálními a/nebo národními předpisy týkajícími se monitorování emisí. Strategie a techniky měření proto nejsou stejnorodé a standardizované.
2.
Údaje jsou ve všech případech uváděny tak, jak byly nahlášeny (100 % hodnoty) a jako středních 90 % (tj. 5 %–95 % hodnot). Druhý způsob se používá proto, aby se do určité míry vyloučily nepravdivé údaje.
3.
Data uváděná v koncentracích upravených na 8 % O2 nezahrnují kyslíko-palivové a celoelektrické pece.
4.
Data uváděná jako emisní faktory nezahrnují celoelektrické pece. U kyslíko-palivových pecí jsou emisní faktory uváděny tak, jak byly nahlášeny, zatímco u vzducho-palivových pecí byly emisní faktory vypočítány s použitím přepočtových koeficientů odvozených od standardních měrných
Sklářský průmysl
103
Kapitola 3
objemů suchého odpadního plynu s 8 % O2, odpovídajících 385 Nm3/GJ u zemního plynu a 400 Nm3/GJ u topného oleje, s úpravou zohledňující příspěvek provozních emisí CO2 k objemu odpadních plynů (v obráceném poměru k celkovému podílu střepů) činící 92 Nm3/t skloviny ze surovin (tento objem odpovídá 180 kg CO2/t skloviny ze surovin). 5.
U dané koncentrace emisí se emisní faktor zvyšuje se stoupající spotřebou fosilních paliv. U malých pecí, zejména u těch, které souvisejí s malým objemem výroby (flakony), tak budou obecně vykazovány vyšší emisní faktory.
6.
Tam, kde jsou dvě nebo více pecí napojeny na jedno zařízení na snižování emisí, bude úroveň emisí uváděná jako koncentrace považována za stejnou pro každou pec. Emisní faktory pro takové pece jsou odhadovány s použitím úrovně koncentrace vynásobené měrným objemem plynů z pece vypočítaným podle čísla (4) výše.
V Tabulce 3.14 jsou uvedeny úrovně týkající se prachových emisí jak pro celý rozsah (100 % dat), tak pro středních 90 % (5 %–95 % dat). Tabulka 3.14:
Emise z tavných pecí do ovzduší Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními Elektrostatický odlučovač Tkaninový filtr
Prachové emise z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) Prachové emise Emise vyjádřené jako koncentrace Emise vyjádřené jako emisní faktory mg/Nm3 suchý plyn, kg/t utavené skloviny Uváděná Počet Uváděná Počet 8 % O2 data údajů data údajů Průměr Min. Max. Průměr Min. Max. 100 % 137 150 17 430 100 % 141 0,31 0,03 1,48 5 %–95 %
123
150
60
330
5 %–95 %
127
0,28
0,10
0,58
100 %
92
10
0,01
57
100 %
95
0,019
0,000014
0,11
5 %–95 %
81
9,2
1,5
26
5 %–95 %
85
0,017
0,0016
0,050
100 % 5 %–95 % 100 % 5 %–5 %
74 65 18 16
11,2 10,2 6,0 5,2
1,0 3,7 0,01 0,5
57 27 26 21
100 % 5 %–95 % 100 % 5 %–95 %
75 67 20 18
0,020 0,018 0,013 0,012
0,0020 0,0046 0,000014 0,00063
0,106 0,053 0,050 0,048
Zdroj: [64, FEVE 2007][126, FEVE 2009]
Techniky monitorování prachových emisí jsou zatíženy chybou jak v používaných technikách, tak z důvodu komplexní povahy rovnovážného vztahu mezi různými sloučeninami síry, a to i když jsou měření prováděna oficiálně uznávanými nezávislými laboratořemi. Například standardní metoda EN 132841(2003) pro monitorování nízkých úrovní prachu vykazuje nejistotu okolo 3 mg/Nm3 při měření koncentrací mezi 4–5 mg/Nm3. Některé vysoké nebo nízké úrovně koncentrace prachu udávané v Tabulce 3.14 mohou tedy být způsobeny chybou měření. Nízké úrovně uváděné v tabulce, které pocházejí z pecí bez systémů snižování emisí, jsou považovány za nereálné i na 5% úrovni, a podobné pochybnosti se objevují i u vysokých úrovní nad 95 %. Úrovně emisí prachu nižší než 100 mg/Nm3 mohou být v určitých případech sledovány i bez druhotných opatření na snižování emisí, ale takto nízké hodnoty nejsou příliš časté. Systémy na odlučování prachu účinně snižují emise prachu z průměrné úrovně 150 mg/Nm3 bez protiprachových opatření na průměrnou úroveň 10 mg/Nm3 s použitím ESP a průměrnou úroveň cca 5 mg/Nm3 dosaženou s použitím tkaninových filtrů. Je třeba zdůraznit, že uváděné úrovně emisí jsou převzaty především z oficiálních měření prováděných během omezené doby (průměrně několik hodin). I zde je třeba brát nízké úrovně s rezervou kvůli omezené přesnosti monitorovacích metod. Kromě možných chyb při měření vyšší úrovně svědčí o rozdílech ve výkonnosti zařízení na snižování emisí.
104
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Faktory, které by mohly ovlivnit účinnost sekundárních systémů na snižování emisí (ESP a tkaninové filtry), jsou projednávány v Oddíle 4.4.1.2 a Oddíle 4.4.1.3. V Tabulce 3.15 jsou uvedeny úrovně emisí oxidů síry (SOX) jak pro celý rozsah (100 % dat), tak pro středních 90 % (5 %–95 % dat). Emise SOX z tavení obalového skla vyplývají z hmotnostní bilance síry, se vstupy zahrnujícími síru obsaženou v palivech (zejména v těžkém topném oleji), sírany přidávané do kmene (v závislosti na typu skla) a síru vstupující do pece s externími střepy. Jenom část síry přidané do kmene (suroviny a střepy) je vstřebána do skleněných výrobků. Přebytky jsou vylučovány společně s odpadními plyny nebo odstraňovány jako prach z filtrů. Údaje o emisích uváděné v Tabulce 3.15 jsou tak rozděleny mezi plynem otápěné, topným olejem otápěné a smíšené pece, přičemž se bere v úvahu, že výběr paliva je mimo rámec BAT, protože závisí na rozdílných strategiích a energetických politikách členských států. U pecí spalujících zemní plyn je obsah síry v palivu zanedbatelný a emise SOX tak znázorňují podíl na složení kmene (suroviny a cizí střepy) se širokým rozsahem úrovní emisí, jak je vidět v Tabulce 3.15. Přesto se však minimální i maximální úrovně uváděné ve 100 % rozsahu (3, respektive 2100 mg/Nm3) zdají být zjevně chybné s ohledem na reálné hodnocení hmotnostní bilance. Část bilance představovaná kmenem se zjevně značně liší i v rámci středních 90 %, s koncentracemi od 100 mg/Nm3 do 1000 mg/Nm3 a s průměrem okolo 500 mg/Nm3. Údaje ze šetření provedeného FEVE naznačují, že prach z filtrů je u 80 % pecí vybavených sekundárními systémy na odlučování prachu zcela (nebo z více než 90 %) recyklován do taveniny, zatímco u zbývajících 20 % se prach vůbec nerecykluje. Recyklace prachu z filtrů může být omezena jeho chemickou vhodností pro požadovanou kvalitu skla a možnými problémy při manipulaci kvůli fyzikálním vlastnostem prachu. Z údajů uvedených v Tabulce 3.15 lze rovněž vypozorovat, že tam, kde jsou nainstalována sekundární protiprachová opatření, se zdá, že se zvyšují minimální úrovně emisí (s odpovídajícím účinkem na průměrné úrovně), a to i v rámci středních 90 %. Tento trend lze připsat vyšším počátečním úrovním emisí SOX u zařízení s čisticími systémy a částečně je to také důsledek recyklace prachu z filtrů. U údajů hlášených u pecí otápěných topným olejem lze vypozorovat opačný účinek, i když v tomto případě budou výsledné úrovně emisí rovněž ovlivněny rozdíly v obsahu síry v topném oleji. Tento možný maskovací účinek je zřetelněji vidět u úrovní uváděných u pecí se smíšeným otopem, kde nižší úrovně u pecí se sekundárními protiprachovými opatřeními rovněž odpovídají pecím s vyšším podílem zemního plynu v palivové směsi (u předložených dat byl průměrný podíl zemního plynu u pecí vybavených odlučovači prachu 79 % oproti 53 % u pecí bez odlučovačů). U otápění topným olejem bylo statisticky zjištěno, že průměrně přispívá přibližně 800 mg/Nm3 k průměrným úrovním emisí na jednu pec v porovnání s otopem na zemní plyn, což by odpovídalo v průměru méně než 1 % obsahu síry v topném oleji u pecí zahrnutých do šetření provedeného FEVE.
Sklářský průmysl
105
Kapitola 3
Tabulka 3.15:
Emise SOX z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření prováděného FEVE (referenční rok 2005) Emise SOX (1) Emise vyjádřené jako koncentrace
Emise z tavných pecí do ovzduší Plynový otop Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními (2) Otop topným olejem Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními (2) Smíšený olejoplynový otop (3) Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními (2)
Emise vyjádřené jako emisní faktory
3
mg/Nm suchý plyn, 8 % O2 Průměr Min. Max. 490 3 2100 460 110 1100 470 3 1830
Uváděná data
Počet údajů
100 % 5–95 % 100 %
141 127 88
5 %–95 %
76
439
93
100 %
53
530
5–95 %
46
100 % 5–95 % 100 %
45 39 24
5–95 %
20
100 %
kg/t utavené skloviny
Uváděná data
Počet údajů
100 % 5–95 % 100 %
150 127 92
Průměr 0,80 0,88 0,90
Min. 0,00 0,20 0,00
Max. 2,00 2,00 3,00
950
5–95 %
82
0,83
0,16
2,01
150
2100
100 %
58
0,90
0,00
3,10
498
233
1050
5–95 %
52
0,86
0,25
2,23
1260 1300 1260
350 750 510
2200 1700 2200
100 % 5–95 % 100 %
45 39 25
2,40 2,41 2,50
0,80 1,41 0,80
4,60 3,20 4,60
1366
983
2188
5–95 %
21
2,49
1,28
4,07
21
1260
350
1660
100 %
20
2,30
1,10
3,90
5–95 %
20
1310
770
1662
5–95 %
18
2,25
1,13
3,42
100 % 5–95 % 100 %
41 34 22
705 749 919
84 139 369
1498 1250 1498
100 % 5–95 % 100 %
41 37 22
1,22 1,19 1,59
0,13 0,17 0,63
3,54 2,18 3,54
5–95 %
18
925
554
1250
5–95 %
18
1,54
0,94
2,18
100 %
19
456
84
1123
100 %
19
0,79
0,13
2,09
5–95 %
14
575
139
1123
5–95 %
17
0,76
0,17
1,74
(1) Emise SOX jsou konvenčně vyjádřeny jako odpovídající množství SO2. (2) Sekundární protiprachové opatření (ESP nebo tkaninový filtr) obecně zahrnuje suché nebo polosuché čištění kyselinotvorných plynů, aby se odstranily kyselé plynné emise a/nebo aby se zabránilo ucpání/korozi filtračního systému. Prach z filtrů je poté ve většině případů recyklován zpět do tavicí pece, a proto tento způsob nelze považovat za snižování emisí SOX jako takové. Přidání prachu do kmene může ovlivnit celkové emise SOX v souladu s celkovou hmotnostní bilancí síry. (3) Údaje pro smíšené otápění zemním plynem / topným olejem uváděné v provedeném šetření se pohybují od 17 do 98 % podílu zemního plynu (a naopak 83 až 2 % topného oleje), s celkovým průměrným podílem zemního plynu činícím 65 % (u úrovní emisí na jednu pec). Zdroj: [64, FEVE 2007][126, FEVE 2009]
V tabulce 3.16 jsou uvedeny úrovně emisí oxidů dusíku (NOX) jak pro celý rozsah (100 % dat), tak pro středních 90 % (5 %–95 % dat).
106
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.16:
Emise NOX z pecí na obalové sklo u rozdílných typů paliva a pecí, podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) Emise NOX (1) Emise vyjádřené jako koncentrace
Emise z tavných pecí do ovzduší
Emise vyjádřené jako emisní faktory
3
Uváděná Počet data údajů
mg/Nm suchý plyn, 8 % O2
kg/t utavené skloviny Min Max Průměr . .
Uváděná data
Počet údajů
384 3355
100 %
144
2,30
0,60 9,30
685 2100
5–95 %
128
2,15
1,05 4,40
384 3355
100 %
99
2,46
0,57 9,32
700 2300
5–95 %
88
2,32
1,13 4,57
840 1990
100 %
25
2,00
1,20 3,20
850 1538
5–95 %
21
1,94
1,31 3,08
547 2324
100 %
20
1,87
0,91 5,13
588 1687
5–95 %
18
1,75
0,93 2,97
384 3355
100 %
83
2,2
0,57
9,3
671 1993
5–95 %
73
2,0
0,96
4,0
650 2850
100 %
41
2,5
1,10
5,6
814 2324
5–95 %
37
2,4
1,43
4,5
725 1725
100 %
20
2,5
1,23
8,3
785 1699
5–95 %
18
2,3
1,50
4,0
424 2112
100 %
86
1,83
0,65 5,57
521 1680
5–95 %
76
1,72
0,83 3,85
420 2100
100 %
50
1,90
0,30 5,00
605 1725
5–95 %
44
1,86
0,72 3,88
430 1730
100 %
19
1,70
0,30 5,60
5–95 %
17
1,53
0,65 3,38
427 1655
100 %
19
1,49
0,80 3,76
543 1600
5–95 %
17
1,39
0,83 3,02
424 2112
100 %
65
1,8
0,65
5,6
543 1725
5–95 %
57
1,7
0,83
3,8
643 1680
100 %
12
2,1
0,80
4,4
714 1600
5–95 %
10
1,9
0,99
3,7
427 1256
100 %
9
1,7
0,95
3,4 2,2
Průměr Min. Max.
Nekontrolované (bez specifických primárních opatření) Typ paliva Typ pece 100 % 144 1211 5–95 127 1171 % 100 % 99 1259 Plynem Všechny typy 5 – 9 5 otápěné 88 1222 % 100 % 25 1170 Otápěné Všechny typy 5 – 9 5 topným olejem 20 1139 % 100 % 20 1025 Otápěné směsí Všechny typy 5 – 9 5 plynu a oleje 18 980 % 100 % 83 1165 Všechny typy U-plamenná 5–95 73 1121 % 100 % 41 1391 Příčně Všechny typy 5 – 9 5 plamenná 37 1356 % 100 % 20 1037 Všechny typy Rekuperativní 5–95 18 1016 % Primární opatření (nezahrnují kyslíko-palivové spalování) 100 % 86 915 Všechny typy Všechny typy 5–95 76 884 % 100 % 48 1000 Plynem Všechny typy 5 – 9 5 otápěné 42 977 % 100 % 19 750 Otápěné Všechny typy 5–95 topným olejem 17 710 % 100 % 19 852 Otápěné směsí Všechny typy 5 – 9 5 plynu a oleje 17 830 % 100 % 65 925 Všechny typy U-plamenná 5–95 58 902 % 100 % 12 1029 Příčně Všechny typy 5 – 9 5 plamenná 10 1003 % 100 % 9 687 Všechny typy Rekuperativní 5–95 7 643 % Sekundární opatření na snížení 100 % 4 460 emisí (SCR) Kyslíko-palivové spalování Všechny typy
Všechny typy
521
941
428
925
5–95 %
7
1,6
1,06
460
460
100 %
4
0,81
0,69 0,95
100 %
8
0,54
0,23 0,88
1
( ) Emise NOX jsou konvenčně vyjádřeny jako odpovídající množství NO2. Zdroj: [64, FEVE 2007][126, FEVE 2009]
Primární opatření na snížení emisí NOX (např. hořáky s nízkými emisemi NOX, postupné spalování, recirkulace kouřových plynů) byla uváděna u cca 35 % pecí v souboru dat. Z hlášených úrovní emisí Sklářský průmysl
107
Kapitola 3
s použitými primárními opatřeními a bez nich lze zřetelně vypozorovat všeobecné snížení průměrné úrovně emisí (všechny typy pecí a paliv) z cca 1200 mg/Nm3 na ~900 mg/Nm3. Široký rozsah úrovní hlášených v obou případech však svědčí o rozmanitosti situací, se kterými se lze setkat v praxi. U některých pecí ve 100 % souboru dat bez primárních opatření jsou tak hlášeny nízké úrovně činící méně než 600 mg/Nm3 nebo 1,0 kg/t utavené skloviny, což lze připsat konkrétním příhodným provozním podmínkám a nastavení pece, které nemusí být nutně příkladem běžného provozu. Srovnání údajů o emisích u rozdílných typů paliva a pecí potvrzuje, že otápění topným olejem nebo směsí topného oleje a plynu vytváří méně emisí NOX než otápění zemním plynem, a že U-plamenné nebo rekuperativní pece vytvářejí méně emisí NOX než pece příčně otápěné. Ovlivňující faktory, které mohou tyto výsledky vysvětlit, jsou popsány v Oddíle 4.4.2. Vysoké úrovně emisí (více než 1500 mg/Nm3) by měly být sledovány jen ve zvláštních případech, např. tam, kde jsou jako čeřicí a oxidační činidla používány dusičnany, nebo u některých konfigurací stávajících pecí, kde je nesnadné zamezit vysokým místním teplotám plamene a/nebo neřízenému pronikání vzduchu do plamenů. Sekundární opatření na snižování emisí NOX (pomocí selektivní katalytické redukce) bylo v referenčním roce (2005) v EU v provozu pouze v jednom zařízení na výrobu obalového skla (čtyři pece napojené na společný systém se selektivní katalytickou redukcí). Data z osmi kyslíko-palivových pecí zahrnutých do provedeného šetření jsou uváděna pouze jako měrné hmotnostní toky, protože nebylo možné tyto údaje porovnat běžným způsobem (8 % O2) s daty uváděnými u vzducho-palivových pecí, a jak bylo očekáváno, jsou hlášeny hodnoty nepřesahující 1 kg/t utavené skloviny. V Tabulce 3.17 jsou uvedeny úrovně emisí HCl a HF pro celý rozsah (100 % dat) i pro středních 90 % (5 %–95 % dat). Tabulka 3.17:
Emise HCl a HF z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005)
Emise z tavných pecí do ovzduší
Emise HCl a HF Emise vyjádřené jako koncentrace Emise vyjádřené jako emisní faktory mg/Nm3 suchý plyn, kg/t utavené skloviny Uváděná Počet Uváděná Počet 8 % O2 data údajů data údajů Průměr Min. Max. Průměr Min. Max.
HCl Všechny úrovně Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními (1) HF Všechny úrovně Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními (1)
100 % 5–95 % 100 %
206 185 116
17 16 17
1,0 1,1 1,0
107 37 48
100 % 5–95 % 100 %
215 193 121
0,03 0,028 0,030
0 0,0023 0,0007
0,17 0,071 0,116
5–95 %
99
17
1,4
39
5–95 %
109
0,029
0,0018
0,079
100 %
90
17
1,0
107
100 %
94
0,029
0,0018
0,170
5–95 %
80
16
3,7
29
5–95 %
84
0,027
0,0047
0,059
100 % 5–95 % 100 %
204 178 116
3,0 2,5 5,0
0,00 0,39 0,00
74 11 74
100 % 5–95 % 100 %
211 189 121
0,0072 0,0002 0,0046 0,00068 0,0103 0,00040
0,267 0,021 0,267
5–95 %
105
3,7
0,41
14
5–95 %
109
0,0066 0,00074
0,022
100 %
88
2,0
0,00
13
100 %
92
0,0029 0,00004
0,028
5–95 %
78
1,4
0,20
4
5–95 %
82
0,0024 0,00045
0,007
1
( ) Sekundární protiprachové opatření (ESP nebo tkaninový filtr) obecně zahrnuje suché nebo polosuché čištění kyselinotvorných plynů na odstranění kyselých plynných emisí a/nebo aby se zbránilo ucpání/korozi filtračního systému. Absorpce HCl a HF závisí na typu použitého činidla. Prach z filtrů je poté ve většině případů recyklován zpět do tavicí pece, a proto tento způsob nelze považovat za snižování emisí HCl/HF jako takové. Zdroj: [64, FEVE 2007][126, FEVE 2009]
Nízké úrovně emisí HCl (méně než 10 mg/Nm3) mohou být pozorovány tam, kde se používá uhličitan sodný s nízkým obsahem chloridu (z přírodních nalezišť) a vysoký podíl střepů. Povšimněte si, že v případě vysoké místní úrovně recyklace spojené s recyklací filtračního prachu bude obsah plynného chloru v surových spalinách progresivně stoupat, zvláště když se ve stejném systému budou čistit kouřové plyny 108
Sklářský průmysl
Kapitola 3
obsahující HCl z pokovování za horka společně s kouřovými plyny z pece. V takovém případě sekundární snižování prachových emisí (ESP nebo tkaninové filtry s protiproudým čištěním odpadních plynů alkalickými činidly) nemusí být nutně spojeno s nejnižšími úrovněmi emisí, zejména tehdy, když podmínky používané pro odstraňování SOX nemusí být optimální pro snižování emisí HCl stejným absorpčním činidlem. Účinnost odstraňování rozdílných znečišťujících plynných látek (SOX, HCl, HF) u jednotlivých alkalických činidel je projednávána v Oddíle 4.4.3.3. Fluorid je náhodná nečistota v některých přírodních surovinách. Může být přítomen i jako nečistota v recyklovaném skle (např. v malých množstvích opálového skla, které může obsahovat fluor, přestože jeho přítomnost specifikace střepů vylučuje). O nízkých úrovních emisí nelze učinit žádné obecné závěry, přestože tyto úrovně mohou být spojeny s nízkým množstvím recyklovaného skla a/nebo sekundárními opatřeními. Co se týče HCl, sekundární systémy na snižování emisí skládající se z ESP nebo tkaninových filtrů s protiproudým čištěním odpadních plynů alkalickými činidly s recyklací prachu z filtrů mohou být v závislosti na použitých absorpčních činidlech spojeny s nízkými nebo vysokými úrovněmi emisí HF, které odpovídají obzvlášť příhodným nebo nepříhodným podmínkám, v závislosti na několika parametrech (např. typ činidla, provozní podmínky, úrovně vstupů atd.). V Tabulce 3.18 jsou uvedeny úrovně emisí kovů pro celý rozsah (100 % dat) i pro středních 90 % (5 %–95 % dat) se systémy pro snižování emisí i bez nich. Nízké hladiny emisí kovů (méně než 1 mg/Nm3) lze v příznivých případech pozorovat u neupravených spalin, zvláště při nízkých podílech střepů (olovnaté nečistoty), otopu topným olejem s nízkým obsahem vanadu nebo u plynového otápění a v nepřítomnosti selenu v surovinách (což platí u všech skel s výjimkou některých bílých flintových skel). Vysoké úrovně (> 5 mg/Nm3) jsou obecně spojovány s vysokým podílem střepů (olovo), s palivovým otopem nebo s výrobou bílého flintového skla (selen).
Sklářský průmysl
109
Kapitola 3
Tabulka 3.18:
Emise kovů z pecí na výrobu obalového skla se systémy snižování emisí a bez nich podle šetření provedeného FEVE (referenční rok 2005) Emise kovů (1)
Emise z tavných pecí do ovzduší Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními Bez sekundárních protiprachových opatření Se sekundárními protiprachovými opatřeními Bez sekundárních protiprachových opatření
Emise vyjádřené jako koncentrace Emise vyjádřené jako emisní faktory mg/Nm3 suchý plyn, kg/t utavené skloviny Uváděná Počet Uváděná Počet 8 % O2 data údajů data údajů Průměr Min. Max. Průměr Min. Max. 100 % 135 1,7 0 22 100 % 135 0,0028 0 0,0296 5–95 %
98
1,4
0,0001
9,5
5–95 %
98
0,0025
0,0000002
0,013
100 %
95
0,2
0
2,0
100 %
95
0,0003
0
0,003
5–95 %
77
0,21
0,000
0,90
5–95 %
75
0,00032 0,0000011
0,0012
100 %
110
0,67
0
10,0
100 %
110
0,00133
0
0,0184
5–95 %
65
0,55
0,008
3,75
5–95 %
65
0,0012
0,000010
0,0065
100 %
87
0,13
0
1,88
100 %
87
0,0002
0
0,0030
5–95 %
67
0,09
0,001
0,76
5–95 %
67
0,00014
0,000001
0,0012
100 %
119
0,04
0
1,10
100 %
119
0,00007
0
0,0015
5–95 %
75
0,038
0,00001
0,13
5–95 %
75
0,03824
0,00001
0,1300
100 %
81
0,014
0
0,15
100 %
81
0,00027
5–95 %
56
0,013
0,0001
0,08
5–95 %
56
100 %
134
0,284
0
20
100 %
134
0,00002 0 0,00002 0,0000001 2 0,00052 0
5–95 %
92
0,13
0,0000
0,67
5–95 %
92
0,00024 0,00000001
0,0010
100 %
74
0,04
0
0,47
100 %
74
0,00078
5–95 %
51
0,036
0,0002
0,10
5–95 %
51
100 %
135
0,10
0
1,0
100 %
135
0,00007 0 0,00006 0,0000004 2 0,00021 0
5–95 %
90
0,11
0,00000 9
0,37
5–95 %
90
Se sekundárními 100 % protiprachovými opatřeními 5–95 %
85
0,03
0
0,27
100 %
85
61
0,022
Bez 100 % sekundárních protiprachových 5 – 9 5 % opatření Cr Se sekundárními 100 % protiprachovými 5–95 % opatřeními
136
0,31
0
96
0,22
86 58
Pb
Se
Cd
As
Ni
0,00019 0,00000002 31
0,00010 0,040
0,00021 0,0030 0,0008
6,60
5–95 % 100 %
136
0,00004 8 0,00003 8 0,0005
0,00000 9
1,3
5–95 %
96
0,00038 0,00000002
0,0023
0,03
0
0,4
100 %
86
0,0007
0,025
0,00013
0,11
5–95 %
58
0,00005 0 0,00004 0,0000004 4
0,0004 0,083
61
0
0,00048
0,000001
0,00022
0
0,0103
0,00020
(1) Kovy jsou přítomny zejména v prachových emisích, a proto se na ně vztahuje stejné zohlednění týkající se omezené přesnosti měření jako u měření emisí prachu. Nulové úrovně uvedené ve 100 % rozsahu představují úrovně mimo detekční limit. Zdroj: [64, FEVE 2007][126, FEVE 2009]
110
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.3.2.3 Navazující procesy Aplikace povrchových povlaků na horké povrchy a povrchové úpravy studených povrchů mohou způsobit emise kouře a par, zejména HCl a sloučenin cínu. Povrchové úpravy skleněných obalů za horka (vnějšího povrchu) se obvykle provádějí chloridem cíničitým, organickým cínem (chlorid monobutylcínu) nebo chloridem titaničitým při vytvoření velmi tenké vrstvičky oxidu cíničitého nebo oxidu titaničitého na povrchu skla. Ve zvláštních případech se provádí úprava vnitřního povrchu skleněných nádob, zejména při výrobě nádob, které budou přicházet do kontaktu s farmaceutickými výrobky a u kterých se provádí ošetření pomocí SO3, aby se účinně odstranily vyluhovatelné ionty sodíku/vápníku z povrchu skla. V jiných specifických případech se do lahví/flakonů ihned po vytvarování vstřikuje 1,1-difluoroethan, aby vytvořil modifikovanou vnitřní kontaktní plochu, která poté funguje jako bariéra proti migraci iontů. Tato technika se okrajově používá, aby bránila vzniku zákalu (na vnitřní straně) u nádob z čirého skla během dlouhého skladování v oblastech s vysokou vlhkostí. Množství použitého materiálu je velmi nízké. Úrovně emisí se budou proces od procesu lišit a budou záviset na mnoha faktorech, zejména na množství vzduchu použitého v odsávacím zařízení, které se používá na zachycování přebytečných par. Typické úrovně nekontrolovaných emisí spojených s používáním povrchových úprav za horka chloridem cíničitým se obecně pohybují v rozsahu uvedeném v Tabulce 3.19. Tabulka 3.19:
Typické úrovně nekontrolovaných emisí z povrchových úprav obalového skla s použitím chloridu cíničitého
Znečišťující látka Plynné chloridy jako HCl Celkové částice Cín vyjádřený jako Sn (plynný + pevný)
Typické koncentrace emisí mg/Nm3 15–300 5–50 1–30
Typické emisní faktory g/t utavené skloviny 3–30 1–70 0,2–0,8
Zdroj: [84, Italy Report 2007]
Povšimněte si, že u značného počtu zařízení jsou emise odsáté z povrchových úprav za horka čištěny stejným systémem pro snižování emisí jako odpadní plyny z pecí. V ostatních případech, kdy jsou emise z povrchových úprav za horka čištěny odděleně, jsou typické úrovně koncentrací < 10 mg/Nm3 u pevných částic, < 5 mg/Nm3 u Sn a < 30 mg/Nm3 u HCl. Typické úrovně emisí z povrchových úprav vnitřní strany skleněných nádob pomocí SO2/SO3 před tím, než projdou specifickým čištěním kouřových plynů (většinou pračkou plynů), se většinou pohybují v rozsahu uváděném v Tabulce 3.20. Tabulka 3.20:
Typické úrovně nekontrolovaných emisí z povrchové úpravy obalového skla s použitím SO3
Znečišťující látka Oxidy síry vyjádřené jako SO2
Typické koncentrace emisí
Typické emisní faktory
mg/Nm3 200–900
g/t utavené skloviny 100–600
Zdroj: [84, Italy Report 2007]
Úrovně koncentrace SOX vyjádřených jako SO2 se po vyčištění většinou pohybují v rozmezí < 100–200 mg/Nm3.
Sklářský průmysl
111
Kapitola 3
Množství emisí z následných procesů je obecně velmi nízké díky malému množství použité látky a koncentrace bude silně závislá na množství odtahovaného vzduchu. Metody pro řízení těchto emisí jsou projednávány v Oddíle 4.5.1.
3.3.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavními zdroji fugitivních/difuzních emisí specifických pro odvětví obalového skla jsou zakládací přístavek, žlaby dávkovačů, tvarovací zóna a povrchové úpravy. Specifický problém oblasti zakládacího přístavku spočívá v unášení částic kmene (prachové emise) a rozkladu organických materiálů, které mohou být přítomny ve střepech. Ze žlabů dávkovačů se mohou uvolňovat spaliny a výpary. Tvarovací stroje v tvarovací oblasti jsou vysoce mechanizované a mohou se z nich uvolňovat mlhy mazacích olejů. Z tepelné úpravy forem a z chladicí pece se mohou uvolňovat spaliny. Z povrchové úpravy za studena mohou vznikat organické mlhy obsahující polyetylen a kyselinu olejovou. Všechny tyto specifické problémy jsou většinou řešeny předpisy BOZP. Jsou řízeny podle úrovní expozice na pracovišti a nepředstavují významné emise do ovzduší.
3.3.3 Emise do vody [19, CPIV 1998] Jak již bylo řečeno, voda se v tomto odvětví používá hlavně k mytí, v chladicích systémech, ke chlazení horkých odpadních střepů a k vlhčení kmene. Vodní emise se omezují na vodu k proplachování vodních chladicích systémů, na mycí vodu a povrchový odtok vody. Mycí voda nepředstavuje žádné zvláštní problémy, které by nebyly běžné v každém průmyslovém zařízení, tj. inertní pevné částice a případně olej. Voda z proplachování chladicího systému bude obsahovat rozpuštěné soli a chemikálie na úpravu vody. Kvalita povrchové vody bude záviset na stupni oddělení kanalizace a na čistotě v závodě. Pro toto odvětví je specifický pouze okruh pro chlazení a drcení horkého odpadového skla. Recyklovaná voda z tohoto okruhu může obsahovat jemné částice skla z jeho drcení a z činnosti mechanických systémů používaných ke shrnování skla z vodních žlabů. Skluzy přivádějící sklo do sběrného systému mohou také přivést malé množství oleje ze strojů a olej nebo rozpustné směsi oleje a vody používané v nůžkovém a přiváděcím mechanismu. Okruh tedy obecně zahrnuje separátor pevné látky a oleje, který rovněž systému poskytuje vhodnou tepelnou setrvačnost při výměně forem, nebo u nehod na tvarovacích strojích, při nichž se musí chladit velká množství horkého skla. Separované pevné sklo se obvykle recykluje do surovin. Otevřený chladicí okruh se obvykle používá u občasných vážnějších incidentů, při nichž se musí chladit velká množství horkého skla (velký únik z pece nebo jiná porucha způsobující přerušení tvarovacích operací). S výjimkou splašků odpadní voda obvykle obsahuje pouze pevné částice skla, některé olejové nečistoty a chemikálie používané k úpravě vody v chladicím systému. V odvětví lze nalézt jednoduché techniky řízení znečištění, jako jsou sedimentace, průchod česlemi, separace oleje a neutralizace.
112
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.3.4 Jiné odpady [19, CPIV 1998]
Odvětví obalového skla recykluje většinu odpadu z výroby přímo na místě. Jedná se zejména o zmetky vyřazené při tvarování a kontrole skla, ale také o odpad z manipulace se surovinami, odfiltrovaný prach a sulfátové nánosy z pecních kanálů. Nicméně pokud je navíc požadováno celkové snížení SOX, vznikne tok odpadního filtračního prachu, který vzniká ze surovin obsahujících síru, výměnou prachového filtru, nebo vzniknou určité problémy z recyklace filtračního prachu z hlediska kvality při požadavcích na chemické složení nebo barevnou čistotu skla. To se může stát i u vysokých podílů skleněných střepů. Ke konci kampaně se celá žáruvzdorná konstrukce odkryje a vymění. Tyto činnosti vyprodukují asi 500 až 2000 tun odpadového žáromateriálu, který se třídí a ve velké míře se zhodnocuje. Pouze malé množství těchto materiálů není vhodné ke zhodnocení a ukládá se na skládku. Je-li to nutné, nejprve se před tím vhodně upraví. Některé materiály (například dinasový žáromateriál) se mohou rozdrtit a recyklovat v peci. Sklářské suroviny se obvykle dodávají volně sypané a nevzniká z nich odpad z obalů. Odpadové materiály z balení výrobků (plasty, lepenka, dřevo) se obvykle opakovaně používají nebo se recyklují u dodavatelů nebo jinými vhodnými způsoby. S jiným odpadem nespecifickým pro toto odvětví, např. odpadním olejem, sudy a jiným obalovým materiálem, papírem, bateriemi, hadry atd. se zachází konvenčními způsoby nebo je recykluje externí společnost.
3.3.5 Energie [19, CPIV 1998] [15, ETSU 1992] U převažující výroby lahví a sklenic tvoří energie potřebná k tavení skla obvykle více než 75 % celkových energetických požadavků výroby obalového skla. U výroby flakonů představuje tavicí energie 50 % energie celkově spotřebované v závodě kvůli nízkým rychlostem výroby a malé hmotnosti vyrobeného zboží a používaným specifickým technikám, jako je leštění plamenem a zdobení. Dalšími významnými oblastmi spotřeby energie je žlab dávkovače, tvarování (stlačený vzduch a vzduchové chlazení forem), chladicí pec, vytápění závodu a obecné služby. Typická energetická spotřeba jednotlivých fází výroby je uvedena na Obrázku 3.3.
Obrázek 3.3:
Sklářský průmysl
Využití energie v typickém zařízení na výrobu lahví/sklenic (není příkladem výroby flakonů a obalů na kosmetiku)
113
Kapitola 3
Primárními energetickými zdroji pro tavení jsou topný olej nebo zemní plyn, někdy s malým procentem elektrického příhřevu (do 5 %). Existuje několik případů celoelektrického tavení, ale jsou vzácné. Žlaby dávkovačů a chladicí pece jsou otápěny zemním plynem nebo elektřinou. Elektřina se používá k pohonu vzduchových kompresorů a ventilátorů nutných pro provoz. Energie je potřeba také pro obecné pomocné provozy, které zahrnují čerpání vody a většinou výrobu páry pro skladování paliva a vyhřívání potrubí, vlhčení a zahřívání kmene a někdy i vytápění budov. V některých případech jsou velké pece vybaveny spalinovými kotli k výrobě buď části, nebo celého množství potřebné páry. Energetická spotřeba procesu bude záviset na mnoha faktorech, z nichž nejdůležitější jsou uvedeny v Oddíle 3.2.3. Tabulka 3.21 zobrazuje data týkající se celkové přímé spotřeby energie ve výrobním procesu na tunu výrobku netto podle šetření provedeného FEVE pro výrobu lahví/sklenic a flakonů. Je zde uveden celý rozsah (100 % dat) a středních 90 % (5 %–95 % dat). Tabulka 3.21:
Celková přímá spotřeba energie (zařízení) na tunu výrobku netto podle šetření provedeného FEVE pro výrobu lahví/sklenic a flakonů
Typ výrobku
Všechny typy produktů Výroba lahví a sklenic Výroba flakónů
Uváděná data
Počet údajů
100 % 5–95 % 100 % 5–95 % 100 % 5–95 %
65 57 52 46 13 11
Měrná celková spotřeba energie (GJ NCV (1)/t výrobků netto) Průměr 8,7 7,7 6,9 6,9 16,1 15,5
Min. 3,7 5,3 3,7 4,7 7,2 8,3
Max. 31,5 16,8 13,4 8,5 31,5 30,9
(1) NCV = čistá výhřevnost fosilních paliv a elektrické energie v okamžiku spotřeby (bez zohlednění odpovídající spotřeby primární energie). Zdroj: [126, FEVE 2009]
Rozsah spotřeby energie v tomto odvětví je extrémně široký. Výroba flakonů (speciálních lahviček a skleniček na parfémy, kosmetiku a léky) má mnohem vyšší měrnou spotřebu energie než hlavní výroba lahví a sklenic. Vyšší teplota a delší doba zdržení potřebné pro vytavení vysoce kvalitního skla (flakony nebo obaly na parfémy) zvyšují spotřebu energie. Tyto skleněné výrobky se obecně vyrábějí v menších pecích, které jsou přirozeně méně účinné v porovnání s velkokapacitními pecemi. Navíc je u těchto výrobků potřeba energie pro specifické povrchové úpravy, jako např. leštění plamenem nebo zdobení emailem, prováděné v daném zařízení, ale spotřeba je také vyšší kvůli nízkému podílu střepů a menším velikostem pecí (viz Tabulka 3.11 a Tabulka 3.13) a nižšímu podílu čisté výroby proti utavené sklovině, který je způsoben vyššími kvalitativními omezeními. Povrchová úprava se může provádět také v hlavní výrobě lahví a sklenic, což vede k vysokým hodnotám v rozsahu spotřeby energie. Nižší hodnoty odpovídají zejména zařízením, která mají přístup k větším množstvím vhodných cizích střepů. Podobné rozsahy lze vidět i v Tabulce 3.13 a na Obrázku 3.4, které zobrazují údaje vztahující se pouze k procesu tavení. Spotřeba energie vzrůstá se stářím pece kvůli opotřebení vyzdívky a nižší účinnosti regenerace tepla z odpadních plynů z pece. U dobře udržované regenerativní pece se roční zvýšení spotřeby energie v důsledku stárnutí odhaduje na 1,5 až 3 %. Nižší hodnota platí pro dobře udržované pece [96, TNO-TPD Energy efficiency benchmarking 2003].
114
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Obrázek 3.4 ukazuje statistické údaje o tavicí energii (GJ na tunu utavené skloviny upravená na 50 % střepů) podle typu a velikosti pece. Tento obrázek jasně ukazuje vyšší spotřebu u menších pecí, zejména u výkonů pod 100 t/den, přestože je tento výsledek spojen s typem výrobku, který je většinou spojován s menšími pecemi, tj. skla vysoké kvality na výrobu flakonů. V daném rozsahu velikostí se U-plamenné pece zdají být o něco více energeticky účinné než příčně otápěné pece, což odpovídá o něco většímu povrchu, který vede ke ztrátám tepla konstrukcí. Údaje pro kyslíko-palivové pece, včetně elektrické energie potřebné k výrobě kyslíku, vykazují u větších velikostí pecí stejnou energetickou účinnost, jako mají pece regenerativní. Procentní podíl střepů použitých v kmeni má vysoký a systematický vliv na spotřebu energie v peci. Aby bylo možné porovnat různé typy pecí za srovnatelných podmínek, jejich spotřeba byla standardizována na 50% podíl střepů (podrobnosti viz úvod k Tabulce 3.13).
Obrázek 3.4:
Sklářský průmysl
Měrné spotřeby energie v pecích na výrobu obalového skla vyjádřené v GJ/t utavené skloviny a standardizované na 50% podíl střepů (2005)
115
Kapitola 3
3.4 Ploché sklo Hlavním výstupem z výroby plochého skla je samozřejmě výrobek, který představuje cca 70 % surovinového vstupu. Zbytek je tvořen z velké části emisemi do vzduchu (10–20 %), které jsou tvořeny hlavně CO2 z rozkladu uhličitanů a střepy (10–20 %) vznikajícími z odříznutých okrajů, změn výroby a rozbití. Střepy se obvykle kontinuálně recyklují do pece, a tak výrobek představuje ve skutečnosti téměř 85 % surovinového vstupu.
3.4.1 Provozní vstupy [19, CPIV 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] Ve složení skla pro ploché sklo je obecně méně rozdílů než v jiných odvětvích sklářství. Různí výrobci však mohou zvolit mírně odlišné způsoby k dosažení konečného složení závisející na zvláštních preferencích nebo změnách v dodávkách surovin. Mohou zde být jisté rozdíly v množství použitých střepů, v barvivech a v procesech nanášení povlaků on-line. Hlavní základní suroviny používané v tomto odvětví jsou uvedeny v Tabulce 3.22. Tabulka 3.22: Suroviny používané v odvětví plochého skla Popis
Suroviny
Sklotvorné suroviny
Křemičitý písek, střepy z výroby (někdy též střepy ze spotřebitelského sběru).
Skleněné polotovary a modifikátory
Uhličitan sodný, vápenec, dolomit, síran vápenatý a sádra, nefelinický syenit, živec, vysokopecní struska, uhlík a filtrační prach.
Oxidanty a čeřidla
Síran sodný, uhlík, dusičnan sodný.
Barviva
Chromitan sodný, oxid železitý, oxid kobaltnatý, oxid ceričitý, selen, seleničitan zinečnatý.
Nanášení povlaků on-line
Sloučeniny křemíku (např. chlorid křemičitý, uhličitan křemičitý) silné halogenkyseliny, organické a anorganické sloučeniny cínu.
Paliva
Topný olej, zemní plyn, elektřina, záložní lehké topné oleje.
Voda
Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.).
Pomocné materiály
Obalové materiály včetně plastů, papíru, lepenky a dřeva. Maziva pro stroje, převážně minerální oleje. Provozní plyny včetně dusíku, vodíku a oxidu siřičitého. Cín v plavicí lázni. Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
Zdroj: [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]
Největšími vstupy do procesu jsou materiály obsahující oxid křemičitý (písek a skleněné střepy) a uhličitany (kalcinovaná soda, dolomit a vápenec). Suroviny pro sklářský kmen se mísí ve vhodném poměru a vytvářejí řadu různých složení skel uvedených v Oddíle 2.5 v Kapitole 2. V typickém složení plaveného skla tvoří oxidy křemíku, sodíku, vápníku a hořčíku kolem 98 % skla (SiO2 72,6 %, Na2O 13,6 %, CaO 8,6 % a MgO 4,1 %). Oxid křemičitý pochází hlavně z písku a střepů, střepy rovněž poskytují poměrně menší množství dalších oxidů. Oxid sodný pochází především z kalcinované sody, oxid vápenatý hlavně z dolomitu a vápence a oxid hořečnatý z dolomitu. Kromě výjimečných případů zařízení vyrábějící ploché sklo recyklují všechny interní střepy přímo do pece. Ploché sklo se obvykle zpracovává na další výrobky pro stavebnictví a automobilový průmysl a střepy pocházející z této další transformace se v mnoha případech také recyklují. Množství recyklovaných střepů je obvykle omezeno dostupností střepů vhodné kvality a chemické kompatibility. Celkové množství střepů zakládaných do pece je kolem 20 %, ale může se pohybovat v rozmezí od 10 % do 40 % u pecí na plavené sklo a více než 80 % u jiných typů plochých skel. V rostoucí míře se odpadové sklo od zpracovatelů vyrobeného plochého skla znovu používá nebo recykluje do výrobních jednotek, ale mírně znečištěný odpad lze použít ve výrobě obalového skla nebo u výrobců jiných druhů skleněných výrobků. Pravděpodobně 95 % odpadového skla od zpracovatelů se nějakým způsobem recykluje. 116
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Nanášení povlaků on-line je velmi specializované a specifické pro každý případ. Tabulka 3.22 uvádí některé ze surovin typických pro tyto procesy. Stejně jako v dalších odvětvích sklářství se voda používá hlavně k chlazení, k mytí a k vlhčení kmene. Ploché sklo se vyrábí v nepřetržitém pásu (plavené sklo) vycházejícím z chladicí pece při teplotách nad 200 oC. Většina vody spotřebované v závodě se používá na chlazení a mytí tohoto horkého pásu a není znečištěná, i když může obsahovat malé množství Na2SO4. Skutečná spotřeba vody a emise vodní páry se mohou měnit podle místních podmínek (např. okolní teplota a tvrdost vstupní vody). Pece na ploché sklo se otápějí téměř výlučně topným olejem nebo zemním plynem, někdy se používá elektropříhřev tvořící až 10 % energetického vstupu. Rovněž se může používat kyslíko-palivový příhřev. Existuje zde několik malých elektrických pecí pro speciální použití a rovněž tři kyslíko-palivové pece v USA. Na konci roku 2008 byl zahájen provoz v kyslíko-palivové peci na výrobu plaveného skla ve Francii. Zavádění kyslíko-palivového otápění ve výrobě plochého skla nepředstavuje významnější technické překážky. Možné nevýhody zahrnují vysoké náklady na speciální žáruvzdorný design a ceny kyslíku přímo závislé na ceně elektřiny. V době psaní tohoto dokumentu (2010) se jednalo o hlavní faktory, které omezovaly použití kyslíko-palivové technologie při výrobě plochého skla.
3.4.2 Emise do ovzduší [19, CPIV 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]
3.4.2.1 Suroviny U většiny moderních postupů výroby plochého skla jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/Nm3. Hmotné emise z filtrovaných i nefiltrovaných systémů budou samozřejmě záviset na počtu přesypů a na množství zpracovávaných surovin.
3.4.2.2 Tavení V odvětví plochého skla jsou největší potenciální emise do okolního prostředí emise do ovzduší z tavicích činností. Emitované látky a související zdroje jsou uvedeny v Oddíle 3.2.2.1. Téměř všechny pece používané v tomto odvětví jsou příčně otápěné regenerativní pece otápěné fosilními palivy (jak zemním plynem, tak topným olejem). Přehled pecí vybavených systémy na kontrolu vzdušného znečištění v odvětví plochého skla je uveden v Tabulce 3.23. Údaje uvedené v tabulce vycházejí ze situace, kdy se v tomto odvětví použitá zařízení na snižování emisí prachu, která jsou obecně doplněna systémem čištění kyselých plynných emisí (SOX, HF, HCl), skládají ze 34 elektrostatických odlučovačů a jednoho tkaninového filtru. Omezování emisí NOX se skládá z použití selektivní katalytické redukce, opatření Fenix, regulace parametrů spalování (primární opatření) a techniky 3R. Tabulka 3.23: Přehled kontrolních systémů na znečištění nainstalovaných v odvětví výroby obalového skla v Evropě Rok
Odlučovače prachu, SOX, HCl, HF, kovů 1
Snižování/odlučování NOX 1
APC( )
Vybaveno
APC( )
Vybaveno
ovzduší
(APC)
Celkový počet pecí
EU-15
2000
16
33,3 %
8
16,7 %
48
EU-25
2005
28
51,9 %
22
40,7 %
53
EU-27
2007
35
60,3 %
28
48,3 %
58
1
( ) APC= kontrolní systémy na znečištění ovzduší. Zdroj: [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [127, Glass for Europe 2008]
Přehled rozsahů emisí do ovzduší je uveden v Tabulce3.24. Tato tabulka udává zvlášť údaje pro pece bez jakýchkoli systémů na snižování emisí a pro pece se zavedenými primárními a/nebo sekundárními technikami snižování emisí. Údaje zahrnují jak plynem, tak olejem otápěné pece vyrábějící čiré plavené sklo za normálních provozních podmínek a uvádějí výsledky měření z roku 2005. Sklářský průmysl
117
Kapitola 3
Uváděné údaje jsou výsledkem šetření provedeného mezi členy Evropského sdružení výrobců plochého skla (Glass for Europe = Sklo pro Evropu) a týkají se EU-25. Statistické analýzy dat mohly přinést výsledky, které vykazují značné rozdíly oproti předchozímu šetření mezi členy EU-15 prováděného při přípravě první verze BREF. Povšimněte si, že techniky měření a odebírání vzorků použité pro sběr dat nejsou jednotné, a tam, kde se používají standardizované metody, není jejich neurčitost zvažována při uvádění výsledků. Tabulka 3.24:
Úrovně emisí z pecí na výrobu plochého skla se systémy na snižování emisí a bez nich Pece bez snižování emisí mg/Nm3 (kg/t utavené skloviny)
Pece se snižováním emisí primární / sekundární metodou v mg/Nm3 (kg/t utavené skloviny)
Oxidy dusíku (vyjádřené jako NO2)
1250–2870 (2,9–7,4)
495–1250 (1,1–2,9)
Oxidy síry (vyjádřené jako SO2)
365–3295 (1,0–10,6)
300–1600 (0,5–4,0)
Pevné částice
80–250 (0,2–0,6)
5,0–30 (0,02–0,08)
Fluoridy (HF)
< 1,0–25 (< 0,002–0,07)
< 1,0–4,0 (< 0,002–0,01)
Chloridy (HCl)
7,0–85 (0,06–0,22)
4,0–40 (< 0,01–0,1)
< 1,0–5,0 (< 0,001–0,015)
< 1,0 (< 0,001)
30–80 (0,08–0,21)
< 5 (< 0,015)
Látka
Jiné kovy než Se (Ni, V, Co, Fe, Cr) Selen (barevné sklo)
Pozn.: Normální podmínky jsou: suchý plyn, teplota 0 Ԩ (273 K), tlak 101,3 kPa, 8 obj. % kyslíku. Zdroj: [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]
Pojem „pece bez snižování emisí“ se týká pecí pracujících normálně bez použití specifické primární nebo sekundární technologie pro snižování znečištění. U pecí bez snižování emisí byly nejvyšší emise NOX uváděny u plynem otápěných pecí s vysokou zátěží a nejnižší u olejem otápěných zařízení. Pece se snižováním emisí jsou vybaveny primárními opatřeními jako souhrn opatření Fenix nebo sekundárními opatřeními jako SCR (selektivní katalytická redukce) nebo 3R (přidání uhlovodíků ve formě topného oleje nebo zemního plynu pro chemickou redukci NOX).
118
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Nejvyšší emise SOX u pecí bez snižování emisí jsou uváděny u olejem otápěných zařízení a nejnižší u plynových pecí s malým výkonem. Nejvyšší emise tuhých částic z pecí bez snižování emisí pochází z olejem otápěných zařízení a nejnižší z plynem otápěných zařízení s malou zátěží a s vysokým podílem střepů. Pevné částice emitované z nekontrolovaných pecí pocházejí především z kondenzace sodných a síranových sloučenin těkajících z taveniny, které jsou obsaženy v odpadních plynech. Hlavní složkou emisí pevných částic je síran sodný, což je relativně neškodná rozpustná sloučenina. Ostatní minoritní složky pocházejí ze surovin, konstrukce pece a topného oleje, je-li používán. U pecí bez snižování emisí jsou nejvyšší emise HCl a HF ze zařízení s relativně vysokými hladinami chloridů a fluoridů v surovinách. Nejvyšší emise kovů u pecí bez odstraňování pocházejí z olejem otápěných zařízení (nikl nebo vanad obsažený v topném oleji) nebo ze zařízení používajících barviva (Se, Co, Fe a Cr) a nejnižší z plynem otápěných zařízení. Rozsahy emisí SOX, prachu, HCl, HF a kovů z pecí se snižováním emisí souvisí se zařízeními provozujícími systémy na snižování emisí pevných částic (elektrostatické odlučovače a v jednom případě tkaninový filtr) ve spojení s praním kyselých plynů, aby se vyhovělo požadavkům místních povolení. Za těchto podmínek jsou emise kovů často pod úrovní detekčních limitů. Při výrobě tónovaných skel obsahujících selen jako barvivo se neřízené emise selenu obvykle pohybují mezi 30 a 80 mg/Nm3. Jsou-li zavedena sekundární opatření (filtrace v kombinaci s praním kyselých plynů), emise jsou obvykle menší než 5 mg/Nm3 s úrovněmi mezi 1–3 mg/Nm3. Se snižováním emisí selenu z plavicích pecí je v současnosti jen velmi málo zkušeností, zejména v případě fosilními palivy otápěných pecí. Účinnost zařízení na snižování emisí závisí na typu použitého činidla a přítomnosti ostatních znečišťujících plynů (stejného druhu jako absorbovaný plyn) v kouřových plynech, např. SOX,, což má za následek paralelní konkurenční reakci.
3.4.2.3 Navazující procesy Díky neprodyšnému utěsnění cínové lázně byly zjištěny jen velmi nízké emise cínových výparů z plavicí lázně, které se obvykle sledují jen kvůli zajištění nízkých hladin expozice na pracovišti. Tento problém již není v dokumentu dále diskutován. Ošetřování povrchu skla za horka při výstupu z plavicí lázně se většinou provádí kvůli vylepšení chemické odolnosti skla. Tento proces vyžaduje použití SO2 s následnými plynnými emisemi, které se obvykle pohybují mezi 150–300 mg/Nm3 (0,02–0,04 kg/t utavené skloviny) [84, Italy Report 2007]. U speciální výroby však mohou být tyto emise vyšší. Povlaky aplikované na ploché sklo on-line jsou specifické pro každý případ a používané suroviny a emitované nečistoty se budou lišit. Mezi technikami nanášení povlaků je jednou z nejdůležitějších on-line pyrolytická chemická depozice v parní fázi (CVD), která spočívá v použití směsi plynných chemických látek, které reagují s horkým povrchem skla, což vede k usazení povlaku, jenž přilne ke sklu. Na povrch skla se nanáší množství různých materiálů obecně obsahujících kovy a oxidy. Nanášení povlaku naprašováním kovů z kovových targetů na povrch skla se obecně provádí mimo výrobní linku (off line) za velmi nízkého tlaku v jednoúčelových vakuových komorách. Emise budou obvykle obsahovat kyselé plyny (HF, HCl) a jemné částice (např. oxidy křemíku a cínu).
Sklářský průmysl
119
Kapitola 3
Navazující procesy obecně nepředstavují významný zdroj hmotných emisí, i když obvykle podléhají všeobecným místním ekologickým předpisům, a v důsledku toho se u nich instalují systémy na snižování emisí. O úrovních emisí z těchto činností jsou k dispozici pouze omezené informace. Typické limitní úrovně emisí jsou například: 10 až 30 mg/Nm3 u HCl, 5 mg/Nm3 u HF, 20 mg/Nm3 u pevných částic HF a 5 mg/Nm3 u sloučenin cínu. Dalším důležitým navazujícím procesem v odvětví plochého skla je výroba zrcadel. Tento proces a s ním spojené úrovně emisí v tomto dokumentu nebudou diskutovány, neboť jsou již zahrnuty v referenčním dokumentu BREF pro povrchovou úpravu za použití organických rozpouštědel (STS) [139, European Commission 2007].
3.4.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavním zdrojem fugitivních/difuzních emisí v odvětví plochého skla je zakládací prostor tavné pece. Hlavními problémy jsou prachové emise z unášení částic kmene a spaliny, které obsahují těkavé sloučeniny přítomné v kmeni. Součástí emisí ze zakládacího prostoru může být i selen používaný na barvení skla. Emise ze zakládacího prostoru se často odsávají pomocí odsávacích systémů s nainstalovanými tkaninovými filtry na odlučování prachu.
3.4.3 Emise do vody Jak již bylo řečeno, voda se v tomto odvětví používá hlavně na mytí, chlazení a k vlhčení kmene. Vodní emise se omezují na vodu z proplachů vodních chladicích systémů, na mycí vodu a povrchový odtok vody. Mycí voda nepředstavuje žádné zvláštní problémy, které by nebyly běžné v jakémkoli průmyslovém zařízení, tj. inertní pevné částice a případně olej. Voda z proplachů chladicího systému bude obsahovat rozpuštěné soli a chemikálie na úpravu vody. Kvalita povrchové vody bude záviset na stupni oddělení kanalizace a na čistotě v závodě. S výjimkou splašků odpadní voda obvykle obsahuje pouze pevné částice skla, případně některé olejové nečistoty a chemikálie používané k úpravě vody v chladicím systému. V odvětví lze nalézt jednoduché techniky pro snižování znečištění, jako je sedimentace, průchod česlemi, separace oleje a neutralizace.
3.4.4 Jiné odpady Kdekoli je to možné, vrací se prach z kmenáren do surovinových sil a znovu se používá při výrobě. Odpad z kmene se postupně vrací zpět do výroby zaváděním malých množství do následných kmenů, kdekoli je to možné. Obvykle se 99 % skleněného odpadu z konce výrobního procesu, odřezky, zmetky a poškozené sklo vrací znovu k přetavení. Na konci kampaně pece se žáruvzdorná konstrukce odkryje a vymění (někdy s výjimkou regenerátorů). Stejně jako v odvětví obalového skla se co nejvíce tohoto materiálu recykluje k novému použití nebo se prodá. Problémy týkající se materiálů, které obsahují chrom, jsou popsány v Oddíle 3.2.2.3. Většina sklářských surovin se obvykle dodává volně sypaná a není z nich odpad z obalů. Odpadové materiály z balení výrobků (plasty, lepenka a dřevo) se obvykle opakovaně používají nebo recyklují, je-li to možné. Jiné odpady nespecifické pro toto odvětví se odstraňují konvenčními způsoby.
3.4.5 Energie [19, CPIV 1998][15, ETSU 1992] Rozdělení spotřeby energie pro typický proces plavení skla je uvedeno na Obrázku 3.5, ale spotřeba energie se může u jednotlivých procesů mírně lišit. Je vidět, že přes tři čtvrtiny energie spotřebované v plavení skla jsou vydány na tavení skloviny. Tvarování a chlazení zabere dalších 5 % z celku. Zbývající energie se použije na služby, řídicí systémy, osvětlení, vytápění budov a na procesy následující po vytvarování, jako 120
Sklářský průmysl
Kapitola 3
je kontrola a balení. Rozdělení uvedené na Obrázku 3.5 nezahrnuje navazující činnosti, jako nanášení povlaku, řezání, tepelné vytvrzování, ošetření iontovou výměnou, výroby zrcadel atd., které mohou být provozovány mimo závod.
Obrázek 3.5:
Rozložení spotřeby energie v typickém procesu plavení skla
Pece na plavené sklo se téměř výhradně otápějí těžkým topným olejem nebo zemním plynem, někdy se používá elektropříhřev odpovídající až 10 % celkové energie. Mnoho pecí má možnost volby otápění buď olejem, nebo plynem nebo případně obojím palivem současně na různých hořácích. Je zde několik příkladů elektrických pecí, ale ty mají malý výkon a jsou určeny jen pro zvláštní účely. V USA jsou rovněž tři kyslíko-palivové pece, které byly uvedeny do provozu v roce 1998, a další nová pec byla uvedena do provozu ve Francii v roce 2009. Předpecí (u válcovaného skla) a chladicí pece jsou otápěny plynem nebo elektřinou. Elektřina se používá k pohonu vzduchových kompresorů a ventilátorů nutných pro provoz. Všeobecné pomocné provozy zahrnují čerpání vody a obvykle také výrobu páry pro skladování paliva a vyhřívání potrubí, vlhčení a zahřívání kmene a někdy i vytápění budov. V některých případech jsou velké pece vybaveny spalinovými kotli na výrobu buď části, nebo celého množství potřebné páry. Několik málo pecí je vybaveno turbínami a generátory na výrobu elektřiny z páry. Energetická spotřeba procesu bude záviset na mnoha faktorech, z nichž hlavní jsou uvedeny v Oddíle 3.2.3. Rozsah energetické spotřeby v tomto odvětví je v porovnání s ostatními odvětvími docela úzký, protože je zde relativně málo rozdílů v typu používaných pecí. Měrná spotřeba energie silně závisí na velikosti pece. Pec s kapacitou přes 800 t utavené skloviny za den potřebuje o cca 10–12 % méně energie než pec, která vyrábí okolo 500 t/den. Stárnutí pecí vede ke zvýšení spotřeby energie odpovídajícímu v průměru 1–1,3 % za rok. U závodů v EU-27 se množství energie potřebné pro tavení většinou pohybuje mezi 5,2 a 8,7 GJ/t utavené skloviny, zejména v závislosti na velikosti a stáří zařízení, s průměrem 7,5 GJ/t skloviny. U pecí s velmi vysokou kapacitou lze na začátku kampaně dosáhnout hodnot až 5,0 GJ/t utavené skloviny. Energetické nároky celého výrobního procesu jsou obecně nižší než 8,0 GJ/t [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007].
Sklářský průmysl
121
Kapitola 3
3.5 Nekonečná skleněná vlákna Hlavním výstupem je výrobek, který může tvořit 55 % až 80 % surovinového vstupu. Ztráty vznikají emisemi do vzduchu, pevnými zbytky a odpadními vodami. Sklovina představuje 80–85 % surovinového vstupu do pece. Většinu ztrát tvoří plynné emise, zvláště CO2 z rozkladu uhličitanů. Odpadové vlákno a odpadní sklo může tvořit mezi 10 a 30 % vstupů do procesu. Tabulka 3.25 uvádí typický přehled vstupů a výstupů při výrobě nekonečného skleněného vlákna. Tabulka 3.25: Přehled vstupů a výstupů v odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna Množství/t výrobku Sklářské suroviny Křemík Kolemanit Uhličitan vápenatý Jíl Kazivec Jiné (dolomit, nehašené vápno, kyselina boritá atd.) Emise do ovzduší Prach bez systému snižování emisí Prach při složení s nízkým obsahem boru nebo bez boru jako opatření na snížení emisí Prach s koncovým odlučovacím systémem CO2 z rozkladu surovin CO2 ze spalování Vodní pára ze spalování a z rozkladu surovin Voda z procesů sušení NOX (vyjádřené jako NO2) ze vzducho-palivového otápění NOX (vyjádřené jako NO2) z kyslíko-palivového otápění SOX (vyjádřené jako SO2) HF HCl Voda odpařená, chladicí Těkavé organické látky z tvarovací části a z pecí Bilance pojivových produktů (Jak jsou dodány) Polymery (~50 % pevných látek) (Jak je dodán) Silan (Jak jsou dodány) Lubrikanty (Jak jsou dodány) Jiné (Suchá pevná látka) Pojivo na skle (Suchá pevná látka) Pojivo v odpadní vodě (Suchá pevná látka) Pojivo v pevném odpadu Pojivo ve vzduchu (viz výše uvedené těkavé organické látky) Celkem Bilance vody Přidaná do pojiva Ke chlazení (přidaná) K postřiku, čištění V odpadním skle V odpadní vodě V ovzduší výparem (pece, chladicí věže atd.) Pevné odpady (suché částice) Skleněné vlákno Odpad z pojiva Celkem Energie Energie na tavení (pec + čeřící část + žlab dávkovače)
Vstup
Jednotka
300–457 0–250 300–411 395–544 0–20 3–153
kg kg kg kg kg kg
20–40 1–2 1–5 0–10
Výstup
Jednotka
1,4–2
kg
< 0,14–0,35
kg
0,02–0,24 0–200 450–1000 180–800 75–200 2,7–16,5 0,3–2,0 0,05–8 < 0,5 0,03–0,12 3200 0,1–0,5
kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg
4–20 1–13 <1
kg kg kg
kg kg kg kg
kg 4000–15 000 < 200 > 1500 > 3000
10–25 7–18
kg kg kg kg 10–20 2000–11 000
kg kg
1500–4000
kg
60–250 1–13
kg kg
GJ GJ
Zdroj: [19, CPIV 1998] [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007]
122
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.5.1 Provozní vstupy Chemické složení vlákna se mění podle typu skla a konečného použití a obvykle se vyjadřuje oxidy prvků, které obsahuje. Je obtížné identifikovat „typické“ složení kmene kromě toho, které je uvedeno v Tabulce 3.25. Základní suroviny se vyberou a smísí, aby vytvořily konečné požadované složení skla, a následuje tavení. Suroviny jsou tvořeny jemnými částicemi, aby bylo dosaženo vysoké úrovně homogenity kmene a taveniny. Typické druhy skel a rozsahy složení jsou uvedeny v Oddíle 2.6. Tabulka 3.26 uvádí hlavní suroviny používané k dosažení těchto složení. Tabulka 3.26:
Suroviny používané v odvětví nekonečného skleněného vlákna
Popis
Suroviny
Sklotvorné materiály
Křemičitý písek
Skleněné polotovary a modifikátory
Uhličitan vápenatý, oxid vápenatý, křemičitan hlinitý, kolemanit, boritan vápenatý, borax, kyselina boritá, živec, kazivec, síran vápenatý, uhličitan sodný, uhličitan draselný, síran sodný, oxid zinečnatý, oxid titaničitý nebo rutil, oxid zirkoničitý, dolomit a oxid železitý.
Povlaky
Povlékací materiál se liší podle finálního použití výrobku. Typickými povlaky jsou: filmotvorné látky (např. polyvinylacetát, škrob, polyuretan, epoxidová pryskyřice); pojiva (např. organofunkční silany); modifikátory pH (např. kyselina octová, amonné soli); lubrikanty (např. minerální oleje, povrchově aktivní činidla).
Pojiva pro sekundární výrobky
Polyvinylacetát, práškové nasycené polyestery, práškové fenolové pryskyřice.
Paliva
Topný olej, zemní plyn, elektřina.
Voda
Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.).
Pomocné materiály
Obalový materiál včetně plastů, papíru, lepenky atd. Technické plyny, kyslík. Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
Největšími vstupy do výrobního procesu jsou křemičitý písek, uhličitany a oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin a materiály obsahující hliník a bor. Ve složení E-skla tvoří oxidy křemíku, sodíku, draslíku, vápníku, hořčíku, boru a hliníku více než 95 % skla. Dominantními oxidy a hlavními materiály, z nichž se tyto oxidy získávají, jsou: SiO2 (křemičitý písek – 53–60 %), CaO + MgO (vápenec, dolomit – 20– 24 %), B2O3 (kolemanit, borax atd. – 0–10 %), Al2O3 (oxid hlinitý – 11–16 %) a Na2O + K2O (kalcinovaná soda/potaš – méně než 2 %). Povlakové materiály představují velmi malý podíl hmoty výrobku, obvykle 0,5 až 2 %. Jsou tvořeny hlavně vodnými roztoky polymerů, většinou 50 % pevných látek, a menším množstvím dalších materiálů specifikovaných v Tabulce 3.26. Voda se používá k chlazení, k přípravě povlaků a v některých případech k praní plynů. Jednou z hlavních charakteristik výroby nekonečných skleněných vláken je spotřeba velkého množství vody k chlazení. Každá tryska potřebuje vodu k velmi rychlému snížení teploty vlákna z 1250 oC na teplotu okolí. Chlazení je docíleno přenesením tepla na kovové tyče poblíž špiček trysek, chlazením cirkulující vodou, průchodem studeného vzduchu skrze vlákna a postřikem vodou. Chladicí voda je také zapotřebí kolem pece a žlabu dávkovače, obvykle v polouzavřených okruzích, a celkový průtok je několik tisíc m3/h. Významné množství vody se také používá při přípravě a omývání povlaku v oblasti tváření a navíjení. Celková spotřeba vody na tunu finálního produktu je mezi 4 a 20 m3, ztráty chladicím systémem tvoří kolem 20 % této hodnoty.
Sklářský průmysl
123
Kapitola 3
3.5.2 Emise do ovzduší 3.5.2.1 Suroviny Ve většině moderních procesů výroby nekonečného skleněného vlákna jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/m3. Hmotné emise z filtrovaných i nefiltrovaných systémů budou samozřejmě záviset na počtu přesypů a na množství zpracovávaných surovin.
3.5.2.2
Tavení
[19, CPIV 1998] [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007] V odvětví nekonečného vlákna jsou nejčastějšími potenciálními emisemi do okolního prostředí emise do ovzduší z tavicích činností. Hlavní emitované látky a související zdroje jsou uvedeny v Oddíle 3.2.2.1. V roce 2005 bylo 57 % pecí provozovaných v tomto odvětví plynem otápěných rekuperativních, z nichž některé byly vybaveny kyslíkovým příhřevem a/nebo elektrickým příhřevem (olej se používá již jen velmi zřídka a většinou pouze jako záložní palivo při nedostatku plynu nebo během špiček). Stále více pecí je nyní 100% kyslíko-palivových (43 % v roce 2005), mnoho z nich používá elektrický příhřev. Prachové emise z tavicího procesu se skládají především ze síranů a boritanů alkalických kovů a kovů alkalických zemin (např. síran sodný/draselný/vápenatý a boritan sodný/draselný/vápenatý). Zatímco konečný skleněný výrobek obsahuje cca 6–8 % boru (ve formě B2O3), prachové emise se mohou skládat až z 85–90 % sloučenin boru vytvořených těkáním a kondenzací. Používání vysokých množství oxidů boru ve složení kmene ve spojení s nízkou nebo vysokou koncentrací oxidů alkalických kovů určuje mechanismus tvorby prachových emisí a možnou přítomnost významných množství plynných sloučenin boru v kouřových plynech (HBO2 a H3BO3). Rozdílné vlastnosti nízkoalkalických skel, jako je např. E-sklo a ostatních typů boritokřemičitých skel, jsou popsány v Oddíle 4.4.1.1. Zvláště při výrobě E-skla s obsahem boru jsou emitována vysoká množství bóru v plynném skupenství už při teplotě 60 °C a v důsledku toho může být obtížné určit úrovně emisí u prachu a plynných druhů boru. V tomto případě účinné zachycování boru z kouřových plynů vyžaduje použití vhodné prací techniky, neboť filtrací prachu se odstraní pouze část boru. Příklad uvedený v Tabulce 3.27 ukazuje hmotnostní tok sloučenin boru změřený před a po vyčištění odpadních plynů u výrobního zařízení vybaveného systémem suchého čištění a tkaninovým filtrem a přídavným systémem praní plynů pro zachycování plynných sloučenin boru. Tabulka 3.27: Teplota odpadního plynu °C 189 164 108
Rozložení sloučenin boru při rozdílných teplotách a fázích čištění kouřových plynů Podmínky odběru vzorků Nečištěný odpadní plyn Po tkaninovém filtru Po tkaninovém filtru a praní plynů
Pevné částice Celkem sloučeniny boru (pevné celkem i plynné) vyjádřené jako B2O3 kg/h 3,14 0,30 0,29
kg/h 11,2 7,25 2,96
Zdroj: [84, Italy Report 2007]
Shrnutí rozsahu emisí do ovzduší je zobrazeno v Tabulce 3.28, kde jsou uvedena data vztahující se k použití primárních i sekundárních opatření na snížení emisí.
124
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.28:
Úrovně emisí z pecí na výrobu nekonečného skleněného vlákna
Látka Oxidy dusíku (vyjádřené jako NO2) se vzducho-palivovým otopem Oxidy dusíku (vyjádřené jako NO2) s kyslíko-palivovým otopem
Primární opatření na snížení emisí Sekundární techniky na snižování v mg/Nm3 (1) (kg/t utavené skloviny) emisí v mg/Nm3(kg/t utavené skloviny) 600–1600 (2,7–7,2)
Žádný příklad sekundárních opatření
(0,3–1,9)
Žádný příklad sekundárních opatření
150–1200 [0,75–6,0] (otápění plynem) až 3000 [15] (otápění olejem)
Žádný příklad sekundárních opatření
Pevné částice
(< 0,14–0,35)
5–50 (0,02–0,24)
Fluoridy (HF)
< 20 (< 0,09) (bez přidaných fluoridů) 50–400 (0,25–2,0) (přidané fluoridy)
< 20 (< 0,1)
Chloridy (HCl)
< 10 (< 0,05)
< 10 (< 0,05)
Kovy skupiny 1 (As, Co, Ni, Cd, Se,CrVI)(2)
< 1(< 0,0045)
< 1(< 0,0045)
Kovy skupin 1 a 2 (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn) (2)
< 3 (< 0,014)
< 3 (< 0,014)
Oxidy síry (vyjádřené jako SO2)
(1) Úrovně uváděné v koncentraci (mg/Nm3) vycházejí z následujících podmínek: suchý plyn, teplota 0 Ԩ (273K), tlak 101,3 kPa, 8 obj. % kyslíku. (2) Viz definice kovů skupiny 1 a skupiny 2 v Tabulce 3.4, v Oddíle 3.2.2.1. Zdroj: [66, APFE UPDATE IPPC Glass BREF 2007]
Primární opatření používaná ke snížení prachových emisí se skládají ze složení kmene s nízkým obsahem boru nebo bez boru. Použitím kmene bez boru a dobrým řízením unášení kmene lze u kyslíko-palivových pecí dosáhnout úrovně emisí pevných částic pod 0,14 kg/t skloviny. Byly hlášeny i úrovně 0,03 kg/t skloviny, avšak nejsou známy specifické provozní podmínky, které vedly k dosažení takto nízkých úrovní. Při používání surovin způsobujících dekrepitaci (např. dolomit) lze pozorovat i vyšší úrovně emisí (až 0,35 kg/t skloviny). Bez použití primárních nebo sekundárních opatření mohou úrovně emisí pevných částic dosáhnout až 2 kg/t utavené skloviny. Emise oxidů dusíku ze vzducho-palivových pecí vykazují s rostoucím výkonem pece a použitím elektrického příhřevu nižší úrovně měrných emisních faktorů (kg/t utavené skloviny). Lepší výsledky se pohybují přibližně mezi 3,0 až 5,0 kg/t utavené skloviny. V tomto odvětví se ve značné míře používá kyslíko-palivové otápění (cca 50 % pecí), přičemž se nepoužívají sekundární opatření (tj. 3R, selektivní katalytická redukce, selektivní nekatalycká redukce). Emise fluoridů přímo souvisí se složením kmene obsahujícím sloučeniny fluoru, které se používají jako taviva nebo pro zlepšení procesu rozvlákňování. V některých případech se fluorid používá jako surovina, aby se vyhovělo kvalitativním požadavkům na konečný výrobek. Množství fluoru považované za nezbytné bude záviset na různých specifických technických faktorech týkajících se designu pece a tvarování vlákna, výkonu a požadavků na průměr vlákna v hotovém výrobku. Když se do kmene úmyslně nepřidávají sloučeniny fluoru, dosažené úrovně emisí HF závisí na nečistotách ve spolehlivých a ekonomicky dostupných dodávkách surovin, zejména křemičitanu hlinitého a kaolínu s nízkým obsahem fluoru. Ať je původ jakýkoli, část fluoru bude emitována z pece v odpadních plynech. Konečná koncentrace HF v kouřových plynech se může významně měnit v závislosti na obsahu fluoru ve kmeni a na použitých opatřeních na snížení emisí.
Sklářský průmysl
125
Kapitola 3
3.5.2.3 Navazující procesy [19, CPIV 1998] Emise do vzduchu z nanášení povlaků na sklo jsou obvykle zcela nízké v důsledku celkově malé těkavosti nanášených materiálů a nízké teploty skla v místě nanášení. Proudění vzduchu v tvarovací zóně je však vysoké, aby zajistilo přiměřené chlazení skla, a proto dochází k úletu kapek i k vypařování organických sloučenin. Ve většině případů se odsávaný vzduch čistí propíráním tlakovou vodou a pak se vypouští nebo částečně recykluje do tvarovací zóny. Vysoký objem chladicího vzduchu znamená, že koncentrace emisí jsou velmi nízké. Omezená opatření (včetně použití povlaků s vyšším podílem rozpouštědla) vykazují koncentrace těkavých organických látek (VOC) od velice nízkých hladin až po 20 mg/Nm3. Povlékací materiály jsou obecně na vodní bázi a kokony z vláken se často suší v sušárně. Ze sušicího procesu vznikají emise vodní páry a všech látek těkajících při teplotách sušení. Povlaky se během sušení chemicky vážou ke sklu a hladiny emisí jsou obvykle relativně nízké. Receptury povlaků a tím i emise se však mohou značně lišit, a k dispozici je jen malý počet měření týkajících se procesu sušení. Ta vykazují obsahy těkavých organických látek v rozsahu od sotva detekovatelných množství až po maximum 70 mg/Nm3, což se (v tomto případě) rovná méně než 100 g/hod. Emise také mohou vznikat ze sekundárního zpracování při výrobě rohoží a tkanin, kde se používají pojiva, která se musí vytvrzovat nebo sušit. Opět je k dispozici velmi málo informací, a ty vykazují značné rozdíly v závislosti na použitých technikách a látkách. Maximální udávané emise těkavých organických látek byly 150 mg/m a 270 g/hod. O typických koncentracích z následných procesů, zejména z nanášení povlaků a sušení, jsou k dispozici pouze omezené informace. Koncentrace emisí z měření provedených po praní plynů vykazují úrovně méně než 20 mg/Nm3 u pevných částic (obsahujících organické i anorganické sloučeniny), méně než 20 mg/Nm3 u formaldehydu a méně než 30 mg/Nm3 u amoniaku [84, Italy Report 2007]. Skladování povlakových materiálů a manipulace s nimi mohou rovněž zvýšit emise prachu nebo těkavých organických látek (VOC), ale ty jsou obecně velice nízké a lze je řídit dobrým provozním postupem a místním odsáváním.
3.5.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavními zdroji fugitivních/difuzních emisí v odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna jsou zakládací prostor tavné pece, žlaby dávkovačů a skladování a příprava povlaků. V tomto odvětví se používají velmi jemné suroviny kvůli požadavkům na složení kmene a homogenitu skla. Nicméně, zakládací prostor je co nejvíce udržován uzavřený a potenciální emise způsobené úletem kmene by měly být nízké. Nad dávkovacími žlaby jsou často umístěny ventilační a odsávací systémy, které odsávají pevné a plynné emise ven z budovy. Skladování a příprava povlaků zahrnují použití organických sloučenin, jako je polyvinylacetát, polyuretan a epoxidové pryskyřice. Běžně se pro tyto činnosti vyhradí uzavřené prostory, aby se omezila expozice zaměstnanců možným emisím.
3.5.3 Emise do vody [19, CPIV 1998] Emise vznikají v tvarovací zóně, při přípravě pojiv, při mytí, chlazení, aplikaci pojiva na tkaniny a rohože a z vodních čisticích systémů. Hlavním zdrojem emisí je tvarovací zóna. V důsledku vysoké rychlosti navíječek (odstředivý účinek) a pohybu vlákna během tvarování se část aplikovaného pojiva setřese a vytlačuje ven. Tato část se sbírá v bezprostřední oblasti spolu s vodou používanou k pravidelnému čištění tvarovací zóny a navíjecí části. Ve stejném místě se sbírá také voda stříkaná na vlákna. Emise mohou v oblasti přípravy pojiva vznikat v důsledku netěsností a rozlití, odkud mohou vnikat do systému odpadní vody. Velkoobjemové systémy chladicí vody vyžadují proplachy, které budou obsahovat 126
Sklářský průmysl
Kapitola 3
nízké množství chemikálií na úpravu vody. Většina používaných systémů na čištění plynů jsou pračky s recirkulací vody, které vyžadují buď proplachování, nebo pravidelné vyprazdňování a náhradu čisticího média. Celková spotřeba vody na tunu finálního výrobku je 4 až 20 m3, ztráty chladicím systémem (proplachy a výpar) tvoří kolem 20 % této hodnoty. S výjimkou ztrát vypařováním většina této vody odchází jako voda odpadní. Běžnou praxí v odvětví je vypouštění této vody do čistíren odpadních vod nebo jejich čištění v závodě. V případě vypouštění do čističek mohou být úrovně emisí u výpusti značně vyšší než hodnoty uváděné v Tabulce 5.5 jako dosažitelné úrovně emisí. Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě jsou obvykle velmi nízké (méně než 0,2 % pevných látek před jakoukoli úpravou) v důsledku rozpuštění v oplachovací vodě a jejich obsah je většinou biologicky odbouratelný. Použité chemikálie neobsahují těžké kovy nebo nebezpečné látky, ale skutečné složení se podnik od podniku liší, protože se používá celá řada složení pojiv. U některých výrobků se stále ještě používají pojiva na bázi chromu, ale těchto případů postupně ubývá. Příklad bilance vody typické pro zařízení na výrobu nekonečného skleněného vlákna je uveden na Obrázku 3.6.
Sklářský průmysl
127
Kapitola 3
Pozn.: t = tuny utavené skloviny
Obrázek 3.6:
3.5.4
Příklad vodní bilance zařízení na výrobu nekonečného skleněného vlákna
Jiné odpady
[19, CPIV 1998] Odpady mohou vznikat v kmenárně z kmene a následkem netěsností nebo rozsypání. Protože proces je velmi citlivý na kvalitu surovin, tento odpadový materiál se obvykle odváží na skládku (5 až 50 tun ročně). Sklovina přiváděná z pece do feedru může obsahovat malé množství nečistot (neprotavené tuhé částice), které mohou způsobit ucpání vláknové trysky a tím pokazit skleněné vlákno. Aby se toto riziko zmenšilo, mohou se na dně kanálu vedoucího ke žlabu dávkovače instalovat malé drenážní otvory, jimiž se odtahuje malé množství skla obsahujícího hutnější neprotavené částice. Při použití drenáže je takto vypouštěno 1 až 5 % utavené skloviny. Tuto sklovinu lze zpracovat na střepy a interně recyklovat nebo použít jinak. Interní recyklace tohoto materiálu není obvykle vhodná, protože tak vrací do pece odloučené nečistoty, které tečou zpět do trysek. To může vést k postupnému hromadění neroztavitelného materiálu a k většímu množství skla vypouštěného drenáží. Odpadní sklo a vlákna také vznikají při změně výrobků, změně obalů a při přetržení vlákna, když sklo ještě proudí, ale nelze jej přetvářet na prodejný výrobek. Je obtížné vyrábět vlákna s malým průměrem (od 5 µm do 25 µm), aniž by se jistá část vláken zpřetrhala. Kvůli tomu může být množství odpadního skla relativně vysoké a většinou tvoří jednu z hlavních částí odpadu z procesu. Množství odpadu se může pohybovat mezi 10 a 25 % celkového množství skloviny vytékající z pece v závislosti na typu tvarování a průměru vláken. Toto množství odpadu může vzrůstat, jestliže vzniknou problémy se surovinami nebo výkonem a stabilitou pece. Odpadní vlákno obsahuje až 25 % vody a rozpuštěných pojiv.
128
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Přeměna kokonu na konečný výrobek vytváří určité množství odpadu, které kolísá od 3 do 10 % podle druhu výrobku. Odpadní materiál je většinou tvořen vnitřní a vnější částí kokonů, jemnými vlákny, poškozeným a zmetkovým materiálem, vzorky, odstřihy rohoží atd. Odpad běžně obsahuje povlakový materiál v množství od 0,5 do 10% (až do 20 % u tkanin) a může obsahovat až 15 % vody. Prach sebraný ve sběrném zařízení nelze vždy recyklovat do pece. Při použití suchého čištění nebo praní plynů může být tato recyklace obtížnější, neboť bude vyžadovat další opatření jako mísení nebo zpracování.
3.5.5 Energie [19, CPIV 1998][15, ETSU 1992] Rozdělení přímé spotřeby energie pro typickou výrobu nekonečného skleněného vlákna je uvedeno na Obrázku 3.7. Spotřeba energie v jednotlivých procesech se může lišit podle velikosti tavicí pece a typu následných procesů. Obecně se pro tavení používají přes tři čtvrtiny energie. Tvarování, včetně ohřevu trysek a zpracování výrobku, zabere cca 15 % a zbývající energii spotřebuje servis, kontrolní systémy, osvětlení a vytápění závodu. V roce 2005 byla většina rekuperativních pecí v tomto odvětví plynových, někdy s elektropříhřevem (až do 20 % celkové tavicí energie). Ve stejném roce představoval podíl kyslíko-palivových pecí okolo 46 % celkového počtu pecí, zatímco v roce 2007 se podíl tohoto typu pecí pohyboval mezi 50 a 55 %. Vyskytují se zde i olejem otápěné pece a pece s kyslíkem obohacovaným otopem. Teplota předehřívání vzduchu u rekuperativních pecí je nižší než u regenerativních pecí a energetické požadavky na tunu skla jsou následně vyšší. V tomto odvětví je elektrická vodivost skla velice nízká a v současnosti se stoprocentní elektrické tavení nepovažuje za hospodárné nebo technicky proveditelné.
Obrázek 3.7:
Sklářský průmysl
Přímá spotřeba energie v typické výrobě nekonečného skleněného vlákna
129
Kapitola 3
Spotřeba energie v procesu bude záviset na mnoha faktorech, z nichž hlavní jsou uvedeny v Oddíle 3.2.3. Spotřeba energie k tavení je obvykle 7 až 18 GJ/t utavené skloviny, i když u některých malých pecí vyrábějících specializovaná složení může být až 30 GJ/t. Celková spotřeba energie se obvykle pohybuje v rozmezí 10 až 25 GJ/t výrobku, přičemž spodní část tohoto rozsahu je spojena s velkými kyslíkopalivovými pecemi. Do výše uvedených údajů není zahrnuta nepřímá spotřeba energie související s výrobou kyslíku a/nebo výrobou elektrické energie. Celkově průměrná spotřeba energie na tunu skla podle údajů z roku 2007 (výroba členů APFE) odpovídá 16,5 GJ/t hotového výrobku, z čehož 12,4 GJ/t pochází z fosilních paliv (zejména zemního plynu) a 4,1 GJ/t z elektřiny. Převedeno na přímé emise CO2 se toto množství rovná 770 kg CO2/t výrobku (fosilní paliva + emise z výroby). Maximální teplota klenby v peci na výrobu nekonečného skleněného vlákna je kolem 1650 oC, což je až o 50 oC více než u obalového skla a až o 250 oC více než u skleněné vaty. Vyšší tavicí teploty přispívají k relativně vysoké měrné spotřebě energie v tomto odvětví.
3.6
Užitkové sklo
[28, Domestic 1998] [68, Domestic Glass Data update 2007] Jak je popsáno v Kapitolách 1 a 2, odvětví užitkového skla je velice rozmanité a vyrábí širokou škálu výrobků s různým složením a v různých typech pecí. Proto je zde veliká rozmanitost vstupů a výstupů. Jako v ostatních odvětvích je hlavním výstupem z procesu výrobek. Ve výrobě sodnovápenatokřemičitého skla čistý skleněný výrobek představuje většinou 50 až 90 % (průměrně 85 %) vstupu surovin, přičemž nižší hodnoty okolo 40 % se vyskytují u výroby vysoce kvalitní kalíškoviny. U olovnatého křišťálu je poměr „pack to melt“ 35 až 80 % (průměrně 75 %). Menší hodnota u olovnatého křišťálu je způsobena řadou činitelů, jako je více broušení a leštění a vyšší kvalitativní omezení. Další typy užitkového skla (křišťálové, opálové, boritokřemičité a sklokeramika) vykazují hodnoty ležící mezi těmito dvěma extrémy. Tabulka 3.29 shrnuje hlavní vstupní a výstupní parametry pro sodnovápenaté sklo a křišťálové sklo společně s olovnatým křišťálem. Hodnoty pro další typy užitkového skla leží mezi těmito uvedenými příklady. Uváděné údaje jsou výsledkem šetření provedeného mezi členy Sdružení evropských výrobců užitkového skla a týkají se EU-25. Je třeba poznamenat, že od roku 2000 je toto odvětví ovlivňováno silným vývojem trhu, v důsledku čehož došlo k výrobě nových druhů křišťálu, a že v souboru dat jsou zahrnuti i významní výrobci křišťálového skla z nových členských zemí EU (např. z ČR), přinášející významné změny jak ve složení kmene, tak v použitých výrobních technologiích. To jsou také důvody rozšířeného rozsahu úrovní emisí uváděných v Tabulce 3.29.
130
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.29:
Přehled vstupů a výstupů v odvětví užitkového skla Jednotky/t utavené skloviny
Vstupy Energie, olej/plyn Energie, elektřina Křemičitý písek Uhličitany Oxid olovnatý Minoritní minerální složky Vlastní střepy Obalové materiály Formy a jiné Voda Kyselina fluorovodíková (100 %) Kyselina sírová (96 %) Hydroxid sodný Hydroxid vápenatý Čerstvá mycí voda Výstupy Hotové zabalené výrobky Emise do ovzduší CO2 NOX SOX Prach H2O Odpadní voda Vlastní střepy Odpad k recyklaci Jiný odpad Odpad k recyklaci PbSO4 nebo PbCO3,? CaSO4 Odpad k uložení: Řezací kaly Kaly s těžkými kovy
GJ GJ t t t t t t t m3 kg/t kyselinou leštěného skla (3) t/t HF(100 %) (3) t/t HF (100 %) (3) t/t HF (100 %) (3) t/t HF (100 %) (3)
Sodnovápenaté sklo (1)
Křišťálové sklo a olovnatý křišťál
Rozsah (střední hodnota)
Rozsah (střední hodnota)
5–14 (9) 1–4 (2,5) 0,65–0,75 (0,6) 0,3–0,42 (0,34)
0,5–5 (3) 1–6 (4) 0,20–0,50 (0,42) 0,08–0,20 (0,14) 0–0,30 (0,18) (2) 0,005–0,02 (0,01) 0,25–0,65 (0,35) 0,06–0,20 (0,1) 0,001–0,003 (0,002) 2–55 (11)
0,02–0,08 (0,04) 0,15–0,5 (0,25) 0,06–0,20 (0,1) 0,001–0,003 (0,002) 2–9 (7)
40–130 (65) 1 –1 0 ( 5 ) 0–0,2 (0,1) 1–10 (4) 0,025–0,07 (0,05)
t
0,4–0,9 (0,85)
0,35–0,8 (0,75)
kg
150–1000 (700) 0,2–6 (2,5) 0,1–1,0 (0,5) 0,001–0,3 (0,2) 60–500 (300)
150–400 (300) 0–11 (2,7) 0.1–0,3 (0,2) 0,001–0,3 (0,03) 60–250 (120)
2 –9 ( 6 ) 0,15–0,4 (0,25) 10–60 (30) 6–50 (10)
2–54 (11) 0,25–0,65 (0,35) 10–60 (30) 6–50(10) 0,2–1,5 (0,8) 2–20 (7,5)
m3 t kg kg t/t HF (100 %) (3) t/t HF (100 %) (3) t/t HF (100 %) (3) t/t HF (100 %) (3)
0,3–0,7 (0,45) 0,1–0,5 (0,3)
(1) Tyto údaje se týkají konvenčních pecí (tj. ne elektrických). (2) S ohledem na vstup oxidu olovnatého tento rozsah zahrnuje všechna složení křišťálových skel a olovnatého křišťálu klasifikovaná podle Směrnice Rady č. 69/493/EHS. (3) Vzhledem k leštění kyselinou je spotřeba 100 % kyseliny fluorovodíkové nejlepším referenčním parametrem, protože bere v úvahu poměr povrchu k objemu. Spotřeba 100% HF/t skla leštěného kyselinou bude záviset na poměru povrchové oblasti a objemu a následně na typech leštěných výrobků. Zdroj: [68, Domestic Glass Data update 2007]
Sklářský průmysl
131
Kapitola 3
3.6.1 Provozní vstupy Vstupy do procesu se budou měnit v závislosti na vyráběném produktu a na požadovaném složení skla. Hlavními typy skla jsou sklo sodnovápenaté, olovnatý křišťál, křišťálové sklo, boritokřemičité sklo, opakní sklo a sklokeramika. Hlavní základní suroviny používané v tomto odvětví jsou uvedeny v Tabulce 3.30. Tabulka 3.30:
Suroviny používané v odvětví užitkového skla
Popis
Suroviny
Sklotvorné materiály
Křemičitý písek, střepy z výroby, suroviny obsahující bor (např. borax, ulexit, kyselina boritá, kolemanit).
Skleněné polotovary a modifikátory
Uhličitan sodný, uhličitan draselný, uhličitan barnatý, vápenec, dolomit, oxid hlinitý, nefelinický syenit, arzen, antimon, uhlík, oxid olovnatý, kazivec, oxid titaničitý.
Oxidanty a čeřidla
Síran sodný, dusičnan sodný, dusičnan draselný.
Barviva a odbarvovací činidla
Oxidy chromu, železa, kobaltu, mědi, manganu, niklu, kadmia a selenu nebo seleničitan zinečnatý, cer.
Povrchové povlaky Maziva na výrobky Paliva Voda
Pomocné materiály
Chloridy anorganických nebo organických kovů. Převážně chlorid cíničitý nebo titaničitý a chlorid monobutylcínu. Mazadla na bázi polyetylenu a mastné kyseliny (např. kyselina olejová). Topný olej, zemní plyn, elektřina, butan, propan, acetylén. Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.). Obalové materiály včetně plastů, papíru, lepenky a dřeva. Mazadla na formy, obecně separační činidla pro vysoké teploty na bázi uhlíku. Maziva pro stroje, převážně minerální oleje. Provozní plyny včetně kyslíku a vodíku. Leštiva, převážně silné minerální kyseliny (HF, H2SO4), také NaOH. Materiály na zdobení, smalty, písek. Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
Suroviny pro sklářský kmen se smísí ve správném poměru, aby se vytvořilo požadované složení skla. U sodnovápenatých skel tvoří oxidy křemíku, sodíku a vápníku více než 90 % skla (SiO2 71–73 %, Na2O 12– 14 % a CaO 10–12 %). Oxid křemičitý pochází hlavně ze skleněných střepů a písku. Oxid sodný se získává zejména z kalcinované sody a oxid vápenatý především z vápence. Typické složení olovnatého křišťálu je 54–65 % SiO2, 25–30 % PbO, 13–25 % Na2O nebo K2O plus další různé minoritní složky. V předpisech křišťálového skla je oxid olovnatý částečně nebo zcela nahrazen oxidy baria, zinku nebo draslíku, meze stanovuje Směrnice 69/493/EHS. Boritokřemičitá skla se vyrábí s větším podílem křemičitých sloučenin než sloučenin boru (vyjádřeného jako oxid boritý B2O3). Typické složení je 70–80 % SiO2, 7–15 % B2O3, 4– 8 % Na2O nebo K2O a 2–7% AI2O3. Bor obsažený ve složení boritokřemičitého skla pochází z boraxu nebo jiných surovin obsahujících bor (kyselina boritá, ulexit, kolemanit) a oxid hlinitý pochází z aluminy. Složení opakních skel se většinou vyjadřuje jako směs oxidů křemíku, sodíku, vápníku, hliníku a draslíku, ale také obsahují kolem 4–5 % fluoru získaného z minerálů, jako je kazivec. Hlavními oxidy pro sklokeramiku jsou oxidy křemíku, hliníku, sodíku a vápníku s malým množstvím hořčíku, barya, zinku, zirkonu, lithia a titanu. Používání střepů v tomto odvětví kolísá, většina postupů bude recyklovat vlastní střepy, ale cizí střepy se kvůli požadavkům na kvalitu běžně nepoužívají. Odvětví užitkového skla používá různé typy čeřidel a oxidačních činidel: dusičnany, sírany a v některých specifických případech také sloučeniny arzenu a antimonu (As obvykle tvoří 0,1–1 % a Sb 0,1–0,4 % kmene) a sloučeniny ceru (0,2–0,5 % kmene). Selen se také používá jako odbarvovací činidlo v množství menším než 0,005 % složení kmene. Ve výrobě olovnatého skla je obecně potřeba sklo po vybroušení leštit. Nejčastěji používanou metodou je jeho ponoření do směsi silných kyselin sírové a fluorovodíkové a následné opláchnutí vodou. Některé výrobky dostávají povrchovou úpravu podobně jako v odvětví obalového skla, jak popisuje Oddíl 3.3. Používaná paliva se mění proces od procesu, ale obecně se k tavení skla používá zemní plyn, topný olej a elektřina, a to buď samostatně, nebo v kombinaci. Žlaby dávkovačů a chladicí pece se otápějí plynem nebo elektřinou, které se používají také k vytápění a v obecných pomocných provozech. Lehký topný olej, propan a butan se někdy používají jako záložní palivo a k povrchové úpravě (také acetylén). Kyslík se rovněž používá v pecích nebo při navazujících procesech. 132
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Voda se obecně v odvětví užitkového skla používá hlavně v chladicích okruzích a k mytí. Chladicí voda se obvykle používá v otevřených nebo uzavřených okruzích k chlazení různých zařízení s příslušnými ztrátami z vypařování a proplachování. Voda se také používá v různých navazujících fázích výrobního procesu (broušení, leštění, mytí atd.) a v systémech praní plynů. Proto se skutečná spotřeba vody může lišit podle místních podmínek (např. teplota okolí a tvrdost vstupní vody).
3.6.2 Emise do ovzduší [28, Domestic 1998]
3.6.2.1 Suroviny U většiny moderních postupů výroby užitkového skla jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/Nm3. Hmotné emise z filtrovaných i nefiltrovaných systémů budou samozřejmě záviset na počtu přesypů a na množství zpracovávaných surovin. Pro toto odvětví je však charakteristické to, že některé kmenárny jsou relativně malé a vzhledem ke specializované povaze a nižším objemům některých výrob je úroveň manuální (nebo polomanuální) manipulace vyšší než v ostatních odvětvích. Emise z těchto činností budou záviset na tom, jak dobře budou systémy řízeny. To je diskutováno dále v Kapitole 4. Tam, kde se zachází s materiály obsahujícími potenciálně toxičtější složky (např. oxid olovnatý, arzenik atd.), je samozřejmě i možnost emisí těchto složek. K prevenci emisí se obvykle používá specifické opatření (např. odsávání prachu a pneumatická manipulace) a pak jsou hladiny emisí obvykle velice nízké.
3.6.2.2 Tavení [28, Domestic 1998] [68, Domestic Glass Data update 2007] Největšími potenciálními emisemi do okolního prostředí v odvětví obalového skla jsou emise do ovzduší pocházející z tavení. Hlavní emitované látky a jejich zdroje jsou uvedeny v Oddíle 3.2.2.1. V tomto odvětví je široká škála výrobků a používá se většina tavicích technik popsaných v Kapitole 2. Energie používaná ve výrobním procesu může pocházet ze zemního plynu, oleje nebo elektřiny. Přehled rozsahů emisí do vzduchu uvádí Tabulka 3.31. Tyto údaje reprezentují pouze emise z pecí na sodnovápenaté sklo, křišťálové sklo a olovnatý křišťál. Emise z pecí na boritokřemičité sklo pro domácí použití (varné nádobí) nebylo možné uvést kvůli nedostatku dostupných dat. Uváděné údaje jsou výsledkem šetření provedeného mezi členy Evropského sdružení výrobců užitkového skla a týkají se EU-25. Statistické analýzy dat mohly přinést výsledky, které vykazují značné rozdíly oproti předchozímu šetření mezi členy EU-15 prováděného při přípravě první verze BREF. Má se za to, že tyto údaje společně reprezentují celé odvětví, přičemž emise z ostatních typů skla spadají mezi tyto dva příklady. Tabulka 3.31: skla Látka
Přehled emisí do ovzduší pocházejících z pecí na výrobu užitkového
Sodnovápenatokřemičité sklo (1) 3
Křišťálové sklo a olovnatý křišťál
mg/Nm (průměrná úroveň)
kg/t utavené skloviny (průměrná úroveň)
mg/Nm3 (1) (průměrná úroveň)
kg/t utavené skloviny (průměrná úroveň)
300–2100 (2) (1100)
0,2–6 (2,5)
300–2300 (840)
0,2–11 (2,7)
80–310 (180)
0,1–1,0 (0,5)
60–130 (80)
0,1–0,3 (0,2)
Pevné částice
0,5–220 (90)
0,001–0,3 (0,2)
0,1–13 (4)
0,001–0,3 (0,03)
Fluoridy (HF)
0,2–5 (2)
0,1–10 (2)
< 0,003
Chloridy (HCl)
0,1–20 (10)
0,2–2 (1)
< 0,004
Oxidy dusíku (vyjádřené jako NO2) (2) Oxidy síry (vyjádřené jako SO2)
Sklářský průmysl
133
Kapitola 3
Kovy (včetně olova)
<5
0,05–0,5 (0,2)
< 0,01
(1) Tyto údaje se týkají konvenčních pecí (tj. ne elektrických). (2) Některé vysoké úrovně emisí souvisejí s použitím dusičnanů v kmeni nebo s jinými specifickými podmínkami (např. velice nízký výkon). Zdroj: [68, Domestic Glass Data update 2007]
Úrovně emisí pro jednotlivé pece mohou záviset na mnoha faktorech, jako je složení kmene, použité techniky pro snižování emisí a stáří pece. Emise fluoridů, olova a jiných kovů přímo souvisí s použitím složek obsahujících tyto látky ve kmeni. Obecně jsou těžké kovy emitovány jako pevné částice a jsou spojeny se skleněnými výrobky s vysokým obsahem těchto kovů (např. olověný křišťál) nebo méně často s použitím střepů obsahujících těžké kovy. V některých případech se fluorid přidává jako surovina, aby se dosáhlo předepsaného složení skla, jindy je obsažen v některých surovinách jako nečistota. Některé materiály se budou vázat ve skle, ale některé budou nutně emitovány do ovzduší. Fluor je běžně emitován jako HF a kovy mohou být emitovány jako kouř nebo jsou běžněji obsažené v pevných částicích.
3.6.2.3 Navazující procesy Výrobky ze sodnovápenatého skla mohou být povrchově upraveny. Povrchové úpravy a jejich emise jsou podobné těm, které jsou popsány u obalového skla v Oddíle 3.3.2.3. Mnoho výrobků se leští ohněm, ale tato činnost nezpůsobuje jiné emise než produkty hoření. Kyselinové leštění výrobků z olovnatého křišťálu může vést k emisím kyselých plynů (HF a SiF6), které se obvykle upravují ve věžových pračkách s cirkulující vodou nebo roztokem alkálií (např. hydroxidu sodného). Výpary z kyselinové lázně reagují ve vodě na kyselinu fluorokřemičitou (H2SiF6) o koncentraci až 35 %. Tuto kyselinu je třeba před jejím vypuštěním do stoky neutralizovat nebo může být v některých případech rekuperována a použita v chemickém průmyslu. Plynné emise naměřené poté, co kyselé plyny prošly čisticím systémem, vykazují úrovně koncentrací nižší než 5 mg/Nm3 HF. Podrobnosti o technických aspektech čisticích systémů používaných v tomto sektoru jsou dále diskutovány v Oddíle 4.5.4. Z broušení a řezání mohou vznikat prachové emise. Ty jsou obvykle eliminovány broušením pod kapalinou nebo lokálním odsáváním vzduchu.
134
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.6.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavními zdroji fugitivních/difuzních emisí specifických pro odvětví užitkového skla jsou zakládací přístavek, žlaby dávkovačů, tvarovací zóna a leštění ohněm. Emise ze zakládací oblasti (zakládacího přístavku) souvisí s unášením částic kmene (prachové emise) a se spalinami z pece. Při používání elektrických pecí, např. při výrobě olovnatého křišťálu nebo opálového skla je zakládací přístavek často vybaven odsávacím systémem, který emise odvádí ke tkaninovému filtru nebo řidčeji k pračce plynů. Ze žlabů dávkovačů se mohou uvolňovat spaliny a výpary. Probíhá-li barvení skla ve feedru, difuzní emise ze žlabů dávkovačů mohou být důležité kvůli obsahu těžkých kovů. V tvarovací části se mohou uvolňovat mlhy minerálních olejů a ostatních lubrikantů. Z tepelné úpravy forem a z chladicí pece se mohou uvolňovat spaliny. V tomto odvětví je časté leštění plamenem, které vytváří spaliny, jež se normálně uvolňují do okolního prostředí. Všechny tyto specifické problémy jsou většinou řešeny podle předpisů BOZP a nepředstavují významné emise do ovzduší. V některých zvláštních případech může být potřeba odsávat a čistit difuzní emise ze žlabů dávkovačů, aby se omezily úrovně expozice těžkým kovům na pracovišti.
3.6.3 Emise do vody [28, Domestic 1998] [101, Bruno D. BATwater 2007] Jako v ostatních odvětvích průmyslu se voda v odvětví výroby užitkového skla používá především ke chlazení a mytí a vodní emise se omezují na proplachování vodních chladicích systémů, na mycí vodu a povrchový odtok vody. Oplachovací voda obecně nepředstavuje žádné zvláštní problémy, které by nebyly běžné v každém průmyslovém zařízení, tj. inertní pevné částice a případně olej. Voda z proplachování chladicího systému bude obsahovat rozpuštěné soli a chemikálie na úpravu vody. Kvalita povrchové vody bude záviset na stupni oddělení kanalizace a na čistotě v závodě. Výroba určitých produktů, zvláště olovnatých skel, však může zvýšit další přímé emise, které mohou obsahovat olovo nebo jiné sloučeniny. Hlavními potenciálními zdroji kontaminované odpadové vody jsou: mycí voda z oblastí, kde se může rozprašovat kmen (která může obsahovat olovo, arzen, antimon atd.) a voda používaná při řezání a broušení výrobků. Aby byly dodrženy místní požadavky, bude většina postupů používat techniky odstraňování pevných látek, tj. sedimentaci, precipitaci a flokulaci. Z leštění kyselinou rovněž vznikají emise do vody. Po ponoření do kyseliny má sklo na povrchu vrstvu síranu olovnatého a fluorokřemičitanů. Tato vrstva se smývá horkou vodou, která se stává kyselou a bude obsahovat síran olovnatý. V závislosti na chemikáliích použitých k neutralizaci může síran olovnatý dále reagovat (např. s Ca(OH)2 vytvoří CaSO4) a měnit formu olova (vysrážet se). Při leštění také dochází v malé míře k rozpuštění skla, které se částečně sráží z kyselinové lázně jako směs solí, ze kterých po separaci vzniká „kal z leptání“. Tento kal se upravuje filtrací a čištěním, aby se z něj získal síran olovnatý, nebo reakcí s uhličitanem vápenatým nebo sodným, čímž vzniká uhličitan olovnatý. Oba produkty lze opětovně použít jako surovinu (znovuzavedení do kmene) nebo regenerovat v rámci jiných procesů. Obecně je však vzniklý kal z technických důvodů (riziko poškození zařízení na míchání kmene a žáruvzdorných materiálů v peci) ukládán na zvláštních skládkách. Z kapalné frakce z úpravy leptacího kalu vzniká kyselý roztok, který lze opakovaně použít v lešticí lázni. Typické koncentrace naměřené u výpusti jsou uvedeny v Tabulce 3.32.
Tabulka 3.32: Sklářský průmysl
Typické koncentrace naměřené ve vodě u výpusti po vyčištění 135
Kapitola 3
Parametr Celkové množství rozpuštěných pevných látek Pb
Naměřená úroveň (mg/l) ≤ 50 < 0,05
Sb
< 0,1
F
<6 2-
SO4
< 1000
Uhlovodíky
<1
Zdroj: [84, Italy Report 2007] [110, Austria, Domestic glass plants 2007]
3.6.4 Jiné odpady Většina skleněného odpadu (střepů) se recykluje zpět do pece a hladiny odpadu jsou velmi nízké. Obecné odpady z balení a oprav pecí jsou podobné jako v jiných odvětvích. Odpady ze systémů zachycování prachu a suchého čištění se recyklují zpět do pece. Při výrobě olovnatého křišťálu se kaly separované z odpadního systému musí odstranit, pokud nemohou být znovu použity. Vznik kalů je diskutován v Oddíle 3.6.3 a úrovně emisí jsou uvedeny v Tabulce 3.29.
3.6.5 Energie [15, ETSU 1992] Zvážení spotřeby energie je v tomto odvětví obtížné pro jeho rozmanitost a širokou škálu používaných tavicích technik. Velkoobjemová výroba sodnovápenatého stolního skla má mnoho společného s výrobou obalového skla (viz Oddíle 3.3.5) a vykazuje srovnatelné rozdělení spotřeby energie. Je však zde vyšší podíl spotřeby energie související s následnými procesy (např. leštění plamenem). Měrná energetická spotřeba při tavení je v tomto odvětví vyšší než u obalového skla. Je to proto, že pece jsou obvykle menší, tavicí teploty jsou mírně vyšší a zdržení v peci je až o 50 % delší. Úrovně spotřeby energie se obvykle vztahují pouze k primárním procesům a nezahrnují navazující činnosti jako rytí, broušení, leštění, pájení atd. Typické úrovně spotřeby energie u navazujících činností mohou dosáhnout 5 až 10 GJ/t vyrobeného skla. Rozdělení energetické spotřeby u typické výroby sodnovápenatokřemičitého stolního skla je zobrazena na Obrázku 3.8 a příklady měrné spotřeby energie jsou uvedeny v Tabulce 3.8 v Oddíle 3.2.3. Při používání elektrického tavení se typická energetická spotřeba při tavení pohybuje mezi 4 až 7 GJ/t utavené skloviny, přičemž některé úrovně dosahují pouze 3,4 GJ/t. U konvenčních pecí je spotřeba energie při tavení obecně mezi 4,8 a 10 GJ/t utavené skloviny. Nároky na energii jsou vyšší u výroby malých objemů stolního skla vysoké kvality (podobně jako u flakonů ve srovnání s lahvemi v odvětví obalového skla).
136
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Obrázek 3.8:
Spotřeba energie při výrobě sodnovápenatokřemičitého stolního skla
Některé další procesy v odvětví, zvláště výroba olovnatého křišťálu, jsou prováděny v mnohem menším rozsahu, a proto se mohou použít pánvové pece. Rozdělení energetické spotřeby při výrobě olovnatého křišťálu se zařízení od zařízení značně liší, přičemž množství energie potřebné pro tavení se pohybuje mezi 16 až 85 % celkové spotřeby energie. Celková energetická spotřeba při výrobě olovnatého křišťálu může být ještě vyšší (až 28 GJ/t finálního produktu), i když vypočítaná teoretická spotřeba energie pro tavení běžných surovin je pouze kolem 2,5 GJ/t. Rozdíl může být způsoben mnoha faktory, ale hlavní z nich jsou uvedeny níže: •
Vysoké požadavky na kvalitu mohou vést k vysoké zmetkovitosti. Pánev se ve skle pomalu rozpouští, což způsobuje šlíry a kamínky ve výrobcích.
•
Sklo se běžně opracovává ručně a výtěžnost z tvarování může být méně než 50 %, přičemž výrobky mohou během tvarování vyžadovat opakované zahřívání.
•
Pece se musí před použitím „natavit“ čili vytopit na vysokou teplotu a ve srovnání s kontinuálními pecemi mají velmi omezenou životnost.
Elektrické tavení olovnatého křišťálu umožňuje použití vysoce kvalitních žáromateriálů, což poskytuje vyšší kvalitu skla a tím i menší podíl zmetků a lepší výtěžnost. Kontinuální povaha elektrického tavení a skutečnost, že zde neexistují horké kouřové plyny ze spalování, často umožňují efektivnější automatické tvarování. Celková energetická náročnost zahrnující navazující činnosti však může vést k energetické spotřebě blížící se 25 GJ/tunu produktu.
3.7 Speciální (technické) sklo Odvětví speciálního skla je velmi diverzifikované s širokou škálou výrobků, složení skel a technik zpracování. Řada zařízení nevyhovuje kritériu 20t/den specifikovanému ve Směrnici 2008/1/EC, pokud nejsou spojena s jinými pecemi. Proto není praktické nebo nutně užitečné pokoušet se sumarizovat celou škálu emisí z celého odvětví. Více než 53 % kapacity odvětví tvoří baňky a trubice a cca 9 % je sklokeramika. Tento oddíl se pokouší pokud možno pokrýt celé odvětví, ale kvantitativní informace jsou poskytovány pouze u sklokeramiky, trubic z boritokřemičitého skla a sodnovápenatého skla pro výrobu žárovek. Výrobu vodního skla nyní řeší referenční dokument BREF pro velkoobjemové anorganické chemikálie (pevné látky) (LVIC-S) [138, EC 2007]. Z tohoto důvodu nebude tento konkrétní produkt zahrnut v tomto oddíle.
Sklářský průmysl
137
Kapitola 3
3.7.1 Provozní vstupy [26, Special 1998] Chemické složení skla se mění v závislosti na typu skla a na konečném použití a obecně se označuje podle oxidů prvků, které obsahuje. Pro takovéto různorodé odvětví je nesnadné určit „typické“ složení kmene. Základní suroviny se vyberou a smísí, aby vytvořily konečné požadované složení skla, a následuje tavení. Typické druhy skel a rozsahy složení jsou uvedeny v Oddíle 2.8. Tabulka 3.33 ukazuje hlavní suroviny používané k dosažení těchto složení. Detailnější informace o vstupech do výroby sklokeramiky, trubic z boritokřemičitého skla a baněk ze sodnovápenatého skla jsou uvedeny v Tabulce 3.34, kde jsou uvedena data ze čtyř specifických vzorových procesů.
Tabulka 3.33:
Suroviny používané v odvětví speciálního skla
Popis
Suroviny
Sklotvorné suroviny
Křemičitý písek a křemenný písek vysoké čistoty, vlastní střepy.
Skleněné polotovary a modifikátory
Uhličitan sodný, uhličitan draselný, vápenec, dolomit, oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, oxid zirkoničitý, borax, kyselina boritá (pro některá použití čistá), uhlík, oxid olovnatý, oxid titaničitý, oxid cíničitý, uhličitan strontnatý, uhličitan lithný, uhličitan barnatý, spodumen, kazivec, nefelinický syenit, živce, chlorid sodný, fosforečnany.
Oxidanty a čeřidla
Síran sodný, dusičnan sodný, dusičnan draselný, arzenik (As2O3), antimon (Sb2O3), uhlík.
Barviva
Chromitan železitý, oxid železitý, oxid kobaltnatý, selen nebo seleničitan zinečnatý, cer.
Paliva
Topný olej, zemní plyn, elektřina, butan, propan, acetylen.
Voda
Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.).
Pomocné materiály
Obalové materiály včetně plastů, papíru, lepenky a dřeva. Mazadla na formy, obecně separační činidla pro vysoké teploty na bázi uhlíku. Maziva pro stroje, převážně minerální oleje. Provozní plyny včetně dusíku, kyslíku, vodíku a oxidu siřičitého. Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
138
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.34:
Přehled vstupů a výstupů u výrobních procesů, např. u sklokeramiky, trubic z boritokřemičitého skla a žárovek ze sodnovápenatého skla Skleněné trubice (boritokřemičité)
Sklokeramika Typ pece Kapacita pece
Žárovky (sodnovápenaté)
Kyslíko-palivová
Kyslíko-palivová
Příčně otápěná regenerativní
Příčně otápěná regenerativní
30–65 t/d
10–55 t/d
10–55 t/d
50–150 t/d
Jednotky/t utavené skloviny GJ
5,5–11
10–15
14–17
5–14
Energie, elektřina
GJ
1–8
SiO2 (vypočítaný)
kg
660–685
740–760
740–760
400–700
Al(OH)3 (vypočítaný)
kg
310–340
22–26
22–26
CaO, CaCO3
kg
18–22
18–22
100–400
K2O, K2CO3
kg
Na2CO3, Na2O
kg
22–28
22–28
100–300
CaF2
kg
3– 7
3–7
TiO2
kg
12–45
Li2CO3 (vypočítaný)
kg
85–110
B2O3
kg
220–240
220–240
10–100
NaNO3, KNO3
kg
9,5–15
20–25
20–25
50–250
ZrO2
kg
12–45
ZnO
kg
12–45
Minoritní minerální složky
kg
3,5–10
1–2
1–2
0,5–20
Vlastní střepy
kg
250–550
200–400
150–350
100–500
Voda
m3
1,5–2,5
1,7–2,8
1,7–2,8
Uzavřený vodní okruh
Vstupy Energie, plyn
20–100
Výstupy Emise do ovzduší Systém na čištění odpadních plynů
Tkaninový filtr
Tkaninový filtr/ESP Tkaninový filtr/ESP
ESP
CO2
kg
410–500
900–1150
950–1300
NOx (vyjádřené jako NO2)
kg
3,6–6,5
5-8
7–12
400–600 0,1–6
SOx (vyjádřené jako SO2)
kg
0,02–0,07
0,02–0,07
0,01–0,05
HCl
kg
0,02–0,08
0,02–0,08
0,02–0,08
HF
kg
0,002–0,004
0,002–0,004
Prach
kg
0,001–0,08
0,001–0,08
0,001–0,08
Těžké kovy
kg
0,003–0,02
0,001–0,02
0,001–0,02
Odpadní voda
m3
0,8–1,5
1–1,6
1–1,6
0,001–0,08 Uzavřený vodní okruh
Zdroj: [141, Special glass 2008]
3.7.2 Emise do ovzduší 3.7.2.1 Suroviny Ve většině procesů výroby speciálního skla jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/m3. Hmotné emise z filtrovaných i nefiltrovaných systémů budou samozřejmě záviset na počtu přesypů a na množství zpracovávaných surovin. Pro toto odvětví je však charakteristické to, že některé kmenárny jsou relativně malé a vzhledem ke specializované povaze a nižším objemům některých výrobků je zde vyšší podíl manuální (nebo polomanuální) manipulace s kmenem než v ostatních odvětvích. Emise z těchto činností budou záviset na tom, jak dobře jsou systémy řízeny. Tam, kde se zachází s materiály obsahujícími potenciálně toxičtější složky (např. oxid olovnatý, arzenik atd.), je přirozeně možnost emisí těchto složek.
Sklářský průmysl
139
Kapitola 3
3.7.2.2 Tavení Největšími potenciálními emisemi do okolního prostředí v odvětví speciálního skla jsou emise do ovzduší pocházející z tavení. Hlavní emitované látky a jejich zdroje jsou uvedeny v Oddíle 3.2.2.1. Široký rozsah a zvláštní povaha výrobků v odvětví speciálního skla vedou k používání širší škály surovin než v mnoha jiných odvětvích. Např.: CRT kónusy a některá optická skla obsahují vysoké podíly olova od více než 20 % až do 70 %. Složení některých skel mohou zahrnovat použití specializovaných čeřidel, jako jsou oxidy arzenu a antimonu a některá optická skla mohou obsahovat až 35 % fluoridu a 10 % oxidu arzeničitého. Emise fluoridů, olova, arzenu a jiných kovů přímo souvisí s použitím složek obsahujících tyto látky ve kmeni. Vzhledem k různorodé povaze odvětví je zde možné nalézt většinu tavicích technik popsaných v Kapitole 2. Nízké objemy výroby však znamenají, že pece jsou většinou malé a nejběžnějšími technikami jsou využití rekuperativních, kyslíko-plynových a elektrických pecí a denních van. Také se zde používají regenerativní pece. Byly například používány při výrobě CRT skla a v současnosti se, i když zřídka, využívají při výrobě trubic z boritokřemičitého skla nebo jiných typů skel (např. sodnovápenatokřemičitých žárovek). Tavicí teploty speciálních skel mohou být vyšší než u konvenčních složení pro hromadnou výrobu. CRT, boritokřemičité sklo a zejména sklokeramika vyžadují tavicí teploty vyšší než 1650 oC. Tyto vysoké teploty a komplexní složení mohou vést k vyšším emisím na tunu, než např. u sodnovápenatých výrobků. Vyšší teploty podporují vyšší těkavost a vznik NOX a z použití většího množství dusičnanových oxidačních činidel a síranových čeřidel mohou vyplynout vyšší emise NOX, SO2 a kovů. Menší rozsah výroby spolu s vyššími teplotami také znamená, že energetická účinnost je obecně nižší. Hladiny emisí pro konkrétní pec mohou záviset na mnoha faktorech, ale především na složení kmene, na typu pece, na použitých technikách snižování emisí, na provozu a stáří pece. Úrovně emisí vyjádřené v kg/t utavené skloviny jsou uvedeny v Tabulce 3.34 pro čtyři rozdílné vzorové procesy.
3.7.2.3 Navazující činnosti Emise z navazujících činností jsou specifické pro každý případ a musí se zvažovat zvlášť pro každý podnik. Určité problémy jsou však společné. Některé typy výrobků mohou vyžadovat řezání, broušení a leštění vedoucí k emisím prachu, které mohou u některých výrobků (např. u optického skla a CRT kónusů a stínítek) obsahovat olovo. Tyto činnosti se obvykle provádějí pod proudem kapaliny nebo mají odsávání a filtraci vzduchu. Hladiny emisí jsou proto velmi nízké.
3.7.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavní zdroje fugitivních/difuzních emisí specifických pro odvětví speciálního skla se mohou měnit podle typu vyráběného skleněného výrobku. Obvykle jsou spojeny s oblastí zakládacího přístavku, se žlaby dávkovačů, s tvarovací částí a s leštěním plamenem. Emise ze zakládací části (zakládacího přístavku) souvisí s unášením částic kmene (prachové emise) a se spalinami z pece a jsou tak společné s odvětvími obalového a užitkového skla. Jsou-li při výrobě skel, jejichž kmen obsahuje potenciálně nebezpečné suroviny (např. sloučeniny As, Sb, Pb a F), používány diskontinuální pece, nad zakládací částí pánvové pece nebo denní vany může být nainstalován odsávací systém, který difuzní odpadní plyny odvede do čisticího systému. Ze žlabů dávkovačů se mohou uvolňovat spaliny a výpary. V tvarovací části se mohou uvolňovat mlhy minerálních olejů a ostatních lubrikantů. Z tepelné úpravy forem a z chladicí pece se mohou uvolňovat spaliny. Leštění plamenem vytváří spaliny, které se obvykle uvolňují do okolního prostředí. 140
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Při používání selektivní katalytické redukce a selektivní nekatalytické redukce na odlučování NOX v závodech na výrobu speciálního skla se obvykle používají opatření na zamezení netěsnostem, rozlití a fugitivním emisím společně s kontrolou používání amoniaku. Obecně tyto zdroje nevedou k významnějším emisím do ovzduší a většina problémů se řeší podle předpisů BOZP.
3.7.3 Emise do vody Stejně jako v ostatních odvětvích sklářského průmyslu se voda používá hlavně k chlazení a mytí a vodní emise budou obsahovat vodu z proplachování vodních chladicích systémů, mycí vodu a povrchový odtok vody. Obecně mycí voda nepředstavuje žádné zvláštní problémy, které by nebyly běžné v každém průmyslovém zařízení, tj. inertní pevné částice a případně olej. Voda z proplachování chladicího systému bude obsahovat rozpuštěné soli a chemikálie na úpravu vody. Kvalita povrchové vody bude záviset na stupni oddělení kanalizace a na čistotě v závodě. Rozmanitost odvětví však neumožňuje identifikovat všechny potenciální emise a každý případ se musí konkrétně vyhodnotit. Musí se vzít v úvahu suroviny použité pro každý výrobek a zvolený postup. Jakékoli potenciálně škodlivé suroviny použité v závodě mají potenciál kontaminovat odpadovou vodu, zvláště tam, kde se zachází se surovinami a kde se brousí nebo řežou výrobky. Broušení a leštění výrobků, jako jsou např. CRT kónusy a některá optická skla, můžou vytvářet proud vody, který obsahuje brusiva a leštidla a jemné sklo obsahující olovo. Je-li to možné, pak se pevné částice odstraní a kapalina se recykluje, ale určitá část se bude vypouštět a bude zde určitá možnost rozlití. V Tabulce 3.34 výše jsou uvedeny některé kvantitativní údaje týkající se měrné spotřeby vody a vypouštěné vody na tunu utavené skloviny u čtyř vzorových procesů.
3.7.4 Jiné odpady Většina interně vzniklého odpadového skla (střepy) se recykluje zpět do pece a objemy odpadu jsou velmi nízké. Obecné odpady z balení a oprav pecí jsou stejné jako u jiných odvětví. Tam, kde je to možné, se odpady ze systémů regulace prachu a suchého čištění recyklují do pece. V procesech zahrnujících broušení a řezání se musí kaly separované z vodních okruhů odstranit, pokud nemohou být recyklovány nebo znovu použity. V Tabulce 3.34 výše jsou uvedena kvantitativní data týkající se recyklace vlastních střepů zpět do tavicího procesu u čtyř vzorových procesů.
Sklářský průmysl
141
Kapitola 3
3.7.5 Energie Pro tak diverzifikované odvětví, jakým je technické sklo, je velmi obtížné poskytnout obecné informace o energetické spotřebě. V Tabulce 3.34 jsou uvedeny údaje týkající se měrné spotřeby energie v tavných pecích pro tři rozdílné typy výrobků pohybující se od minimálních 5 GJ/t až po 17 GJ/t utavené skloviny v závislosti na typu výrobku, velikosti pece a použité technice tavení. Je zde vidět široké rozpětí údajů o energetické spotřebě v závislosti na složení kmene, technice tavení a konstrukci a provozu zařízení. Údaje v rozmezí 12–16 GJ/t hotového výrobku jsou udávány zejména u sodnovápenatokřemičitých skel [tm29 Infomil][30, Infomil 1998]. [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [111, Austrian Special glass plant 2006]. Pro toto odvětví platí obecný popis uvedený v Oddíle 3.2.3 a další informace poskytne diskuse o energeticky účinných technikách v Kapitole 4. K úvahám specifickým pro speciální sklo patří to, že tavicí teploty speciálního skla jsou obvykle vyšší než u sériově vyráběných skel a že pece na speciální sklo jsou obecně menší než v jiných sklářských odvětvích. Z obou těchto faktorů vyplývají vyšší emise CO2 a vyšší měrná spotřeba energie.
3.8 Minerální vlna Informace uvedené v tomto oddíle se týkají celé řady velikostí zařízení a činností, ale nezahrnují speciální režimy, jako je najetí a výhas. Některé z nejnižších úrovní emisí se týkají provozu pouze v jednom zařízení, které dosahuje těchto úrovní z místně specifických důvodů, a výsledky nemusí nutně označovat nejlepší dostupnou technologii v odvětví. Hlavním výstupem je výrobek, který může činit od 55 do 85 % vstupu u kamenné vaty a 75 až 85 % u skleněné vaty. Důležitým faktorem je zde recyklace zbytků z procesu, která významně zvyšuje účinnost použití suroviny. Ztráty vznikají emisemi do vzduchu, pevnými zbytky a odpadními vodami.
3.8.1 Provozní vstupy Chemické složení minerální vlny se může hodně měnit a obecně se vyjadřuje pomocí oxidů prvků, které obsahuje. Je obtížné identifikovat „typické“ složení kmene pro každý z hlavních typů minerální vlny, tj. skleněnou, kamennou nebo struskovou vatu. Základní suroviny se vyberou a smísí, aby se získalo konečné požadované složení skla, a následuje tavení. Procentuální podíl každé suroviny v kmeni se může významně měnit, zejména tam, kde se používá velké množství recyklovaných materiálů. Charakteristické rozsahy složení skleněné, kamenné a struskové vaty jsou uvedeny v Tabulce 2.9. Suroviny, které mohou být použity k dosažení těchto složení, jsou uvedeny v Tabulce 3.35. Ve skleněné vatě jsou hlavními oxidy oxid křemičitý, oxid boritý, oxidy alkalických kovů (především sodíku a draslíku) a oxidy kovů alkalických zemin (zejména vápníku a hořčíku). Nejvýznamnějšími zdroji oxidu křemičitého jsou písek a odpadní sklo, tj. cizí střepy (sodnovápenatopřemičité sklo) a vláknitý odpad. Nejvýznamnějším zdrojem oxidů alkalických kovů a oxidů kovů alkalických zemin jsou kalcinovaná soda, potaš, vápenec a dolomit. Recyklované sklo (ploché a obalové sodnovápenatokřemičité sklo ze spotřebitelského sběru nebo odpad z výroby plochého skla) jsou široce používány jako surovina pro výrobu skleněné vaty.
142
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.35: Popis Skleněná vata
Materiály používané v odvětví minerální vlny Suroviny Křemičitý písek, vlastní střepy, cizí střepy, odpady z provozu, nefelinický syenit, uhličitan sodný, uhličitan draselný, vápenec, dolomit, síran sodný, borax, kolemanit, ulexit.
Kamenná/strus Čedič, vápenec, dolomit, vysokopecní struska, křemičité písky, síran sodný, odpady z provozu, ková vata příležitostně odpady z jiných procesů, např. slévárenský písek. Pojiva
Fenolformaldehydová pryskyřice (v roztoku), fenol, formaldehyd a katalyzátor (je-li pryskyřice vyráběna na místě), amoniak, močovina, minerální olej, silikon, silan, voda.
Paliva
Zemní plyn, elektřina, koks (pouze u kamenné/struskové vaty), záložní paliva (lehký topný olej, propan, butan).
Voda
Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.).
Pomocné materiály
Obalové materiály včetně plastů, papíru, lepenky a dřeva. Maziva pro stroje, převážně minerální oleje. Provozní plyny, dusík a kyslík. Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
V kamenné a struskové vatě jsou hlavními oxidy oxid křemičitý a oxidy kovů alkalických zemin (především vápníku a hořčíku). Oxid křemičitý pochází hlavně z čediče, briketovaného recyklovaného materiálu a vysokopecní strusky. Oxidy kovů alkalických zemin se získávají z vápence, dolomitu a briketovaného recyklovaného materiálu. Některé kamenné a struskové vaty mají značný obsah oxidu hlinitého, který se získává z vysokopecní strusky, čediče a recyklovaných materiálů. Některá nízkohlinitá složení se vyrábějí spíše z kmenů s významným podílem slévárenského písku a skleněných střepů než pouze z čediče a strusky. Poměr minerální vlny k pojivu se bude měnit podle použití výrobku. Typické výrobky z minerální vlny obsahují 95 až 98 % hmot. vlákna. Některé málo časté výrobky budou obsahovat maximálně 20 % pojiva s 1 % minerálního oleje a 0,5 % různých ingrediencí (např. silikonu). Výrobky z kamenné a struskové vaty obvykle obsahují menší podíly pojiva ve srovnání se skleněnou vatou pro podobné použití. Je to proto, že objemová hmotnost výrobků splňujících podobné požadavky na použití se u skleněné vaty a kamenné a struskové vaty liší. Kamenná vata může mít až dvakrát vyšší objemovou hmotnost než skleněná vata, při dosažení stejné tepelné izolace, zejména u výrobků s nízkou hustotou. Stejně jako u všech procesů ve sklářství se bude významný podíl surovin uvolňovat při tavení ve formě plynů. To bude záviset hlavně na množství použitého recyklovaného materiálu, ale u typické výroby minerální vlny budou ztráty tavením obvykle kolem 10 %. Větší ztráty lze pozorovat, když se ve kmeni použije vyšší podíl uhlíkatých materiálů. Pojivové suroviny jsou obecně uměle vyráběné kapalné chemikálie, i když někdy se používají i pevné chemikálie v prášku. Receptury pojiv jsou obecně považovány za důvěrné a neprozrazují se. Fenolová pryskyřice se buď může vyrábět na místě, nebo se kupuje u externího dodavatele. To bude mít malý dopad na emise z výroby minerální vlny jako takové, ale s výrobou pryskyřice jsou nepochybně spojeny problémy se spotřebou a emisemi. Tyto problémy nepatří pod rámec tohoto dokumentu a je třeba odkázat na vhodné pokyny pro chemický průmysl. Voda se ve výrobním procesu může používat k chlazení, mytí a rozpouštění a dispergování pojiva, i když rozsah a způsob použití závisí na technice výroby. Voda se používá v základních výrobních procesech, kde je potenciál k uvolňování vodní páry a kapek z částí, kde probíhá tvarování a sušení. Využívání systému chlazení střepů ve výrobě skleněné vaty rovněž vede k vypařování vody. Většina zařízení provozuje uzavřený systém cirkulace provozní vody s vysokým stupněm recyklace. Voda se do tohoto systému dodává buď z vodovodní sítě, nebo z přírodních zdrojů. V procesu se rovněž může využívat dešťová voda. Část vody také přichází se surovinami, zvláště s pojivy. Celková spotřeba vody při výrobě minerální vlny je: 3 až 5 m3/t výrobku u skleněné vaty a 0,8 až 10 m3/t výrobku u kamenné vaty (viz také Oddíl 2.9.1 a Obrázek 2.11).
Sklářský průmysl
143
Kapitola 3
3.8.2 Emise do ovzduší [27, EURIMA 1998] [89, EURIMA Suggestions 2007] V odvětví výroby minerální vlny lze emise do vzduchu rozdělit na tři části: manipulace se surovinami, emise z tavení a emise z navazujících procesů nebo provozu linky (tj. rozvlákňování a tvarování, sušení výrobku, chlazení výrobku a konečná úprava výrobku). Zápach je emisí z navazujících procesů, kterou lze těžko kvantifikovat. Vzniká hlavně při sušení a má se za to, že je způsoben produkty rozkladu pojiva. Tento Oddíl podává informace o emisích z výroby udávaných pomocí koncentrací a v hmotnostech na jednotku výkonu. V Tabulce 3.36 jsou uvedeny objemy odpadních plynů u hlavních částí výrobního procesu, ze kterých lze vypozorovat, že největší objem odpadních plynů je spojen s rozvlákňováním a tvarováním.
Tabulka 3.36: Objemy odpadních plynů u hlavních částí výrobního procesu v odvětví minerální vlny Jednotka
Objem odtahu z procesu (v tisících)
Nm3/h
1 až 5
Elektrická
Nm3/h
5 až 20
Konvenční plynem otápěná, skleněná vata
Nm3/h
5 až 40
Část procesu Manipulace se surovinami
Tavicí pec
Linka
3
Kyslíko-plynová, skleněná vata
Nm /h
5 až 40
Kombinovaná, skleněná vata
Nm3/h
5 až 40
3
Kupolová
Nm /h
5 až 30
Elektrická oblouková
Nm3/h
3 až 10
3
Konvenční plynem otápěná, kamenná vata
Nm /h
10 až 50
Rozvlákňování a tvarování
Nm3/h
100 až 400
Sušení výrobku
Nm3/h
5 až 40
Chlazení výrobku
Nm3/h
10 až 40
Konečná úprava výrobku
Nm3/h
5 až 70
Zdroj:[142, EURIMA August 2008]
3.8.2.1
Suroviny
U většiny moderních postupů výroby skleněné vaty jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/Nm3. Hmotné emise z filtrovaných i nefiltrovaných systémů budou samozřejmě záviset na počtu přesypů a na množství zpracovávaných surovin. Je třeba poznamenat, že kmeny pro skleněnou vatu se dopravují pneumaticky a v suchém stavu. Proto je zde vyšší potenciál prachových emisí z manipulace se surovinami než v některých dalších odvětvích. Procesy výroby kamenné vaty obecně používají hrubé suroviny s průměrem částic přesahujících 50 mm. Tyto materiály se skladují v silech nebo boxech a manipuluje se s nimi pomocí ručních systémů a dopravníků. Při skladování a manipulaci, zvláště za suchého počasí, je zde potenciál pro vznik polétavého prachu. Ke snižování prachových emisí lze použít řadu různých technik, např. zakrytí boxů a dopravníků a vlhčení hald. Hladinu úniků je nesnadné kvantifikovat a bude značnou měrou záviset na množství materiálu a na správném používání manipulačních technik. Ve složení kmene se často používá odpad z výroby přeměněný na brikety spojené cementovým pojivem. Ty obvykle obsahují cca 0,22 % síry a lze je využít až do 100 % objemu kmene. Vsázka obsahující brikety bez cementu a neobsahující vysokopecní strusku může dosáhnout úrovně emisí od 500 do 1000 mg/Nm3 SO2 a vsázka obsahující 100 % cementových briket emituje mezi 2000 až 2500 mg SO2 na Nm3. Rozdíly jsou způsobeny rozdílným obsahem síry v koksu, použitými technikami snižování emisí, objemy kouřových plynů, oxidačními stavy uvnitř kupolové pece a rozdíly v obsahu síry ve vulkanické hornině (diabas) použité ve výrobním procesu. V některých členských státech se nepoužívá úplná recyklace odpadu do briket, aby se omezily emise SOX a zajistily se úrovně koncentrací pod 1500 mg/Nm3. V těchto případech je objem recyklace cca 45 % a přebývající odpad se poté čistí (Německo). V jiných případech jsou navzdory vysokému podílu recyklovaných odpadů, který činí 85–100 % (Dánsko), udávány emise 1400–1800 mg/Nm3 SO2. Přístupy zvolené různými členskými státy se mohou značně lišit v závislosti na 144
Sklářský průmysl
Kapitola 3
prioritách, které mají výstupy z výrobního cyklu, minimalizace odpadu a snižování energie před snižováním emisí SOX. Obrázek 3.9 zobrazuje předpokládané koncentrace SO2 v závislosti na procentuálním podílu cementových briket ve vsázce kmene v kupolové peci. V době psaní tohoto dokumentu (2010) byla široce používána až 100 % recyklace prostřednictvím cementových briket, aby se zamezilo tokům odpadů. V opačném případě byl odpad zpracováván v externím recyklačním zařízení nebo vyvážen na skládku. Obrázek 3.9:
Předpokládané koncentrace SO2 v závislosti na procentuálním podílu recyklovaných
Zdroj:[89, EURIMA Suggestions 2007]
cementových briket ve vsázce kmene v kupolové peci
Spodní linka na Obrázku 3.9 představuje použití nízkého podílu koksu (10 %), nízkého obsahu síry v koksu (0,6 %) a diabasu neobsahujícího síru. Horní linka představuje vyšší podíl koksu (13 %), 0,7 % obsah síry v koksu a 0,05 % obsah síry v diabasu. Obsah síry v cementových briketách je v obou případech 0,22 %. Podíl síry dodané v kmeni, která je emitována, se odhaduje na 50 % u diabasu a 75 % u koksu a briket. Tyto údaje se zakládají na zkušenostech a závisí zejména na oxidačních stavech uvnitř kupolové pece. Neurčitost z důvodu změn toku atd., činí okolo 20 %. Typicky se odhadovaná konečná může spočítat pomocí následujícího vzorce: koncentrace SO2 SO2 (mg/Nm3) = 750 + 15 x podíl briket (%).
3.8.2.2
Tavení
[27, EURIMA 1998] [89, EURIMA Suggestions 2007] Pece na výrobu skleněné vaty jsou převážně vzducho-plynové (obvykle s elektropříhřevem), ale je zde i značný počet elektrických a několik kyslíko-plynových pecí. Pece na výrobu kamenné vaty jsou téměř všechny koksem otápěné kupolové s několika případy plynových nebo elektrických pecí. Emitované látky a související zdroje jsou identifikovány v Oddíle 3.2.2.1. Mechanismus tvorby emisí je podrobněji diskutován v Kapitole 4, pokud je relevantní pro techniky snižování emisí.
Sklářský průmysl
145
Kapitola 3
Kupolové pece na výrobu kamenné vaty mají několik důležitých rozdílů oproti konvenčním sklářským pecím, což může ovlivnit emise z výroby. Jedním z nejvýznamnějších rozdílů je skutečnost, že tyto pece pracují za silně redukčních podmínek. Z tohoto důvodu jsou emise NOX relativně nízké, část síry uvolňující se z paliva nebo ze surovin se redukuje na sirovodík a je zde vysoká hladina oxidu uhelnatého. Většina provozů používá systém dodatečného spalování, který oxiduje sirovodík na oxid siřičitý a oxid uhelnatý na oxid uhličitý. Koks a suroviny mohou obsahovat vyšší hladiny kovů, chloridů a fluoridů než v některých jiných procesech výroby skla, z čehož vyplývají vyšší emise těchto látek. Stále důležitějším činitelem ovlivňujícím emise z tavicích procesů je podíl recyklovaných materiálů. Jestliže se vlákno obsahující pojivo recykluje do pece, musí se vzít v úvahu jeho organická složka. Do pecí na výrobu skleněné vaty může být zapotřebí přidat oxidační činidla, jako je dusičnan draselný, která mohou způsobit růst emisí NOX. Když je ve složení kmene použit vysoký podíl střepů, může se jako oxidační činidlo používat oxid manganičitý. K briketování zbytků z procesu se při výrobě kamenné vaty často používá cement, a když se brikety taví ze síry, kterou obsahují, vznikají emise SO2. Tabulka 3.37 udává úplný rozsah emisí z tavných pecí na výrobu minerální vlny v EU-27 v roce 2005 vyjádřených jako koncentrace (mg/Nm3) i jako emisní faktory (kg/t utavené skloviny). Údaje uváděné v této tabulce ukazují široký rozsah emisí u všech typů zařízení s použitím opatření na snižování emisí i bez nich. Podrobnější popis rozsahu emisí spojených s každou technikou tavení a provozními podmínkami je uveden v Tabulkách 3.37–3.41. Tabulka 3.37:
Úplný rozsah emisí z tavných pecí na výrobu minerální vlny v EU-27 v roce 2005 Skleněná vata (100 % sebraných dat)
Kamenná vata (100 % sebraných dat)
Typ pece
Elektrická
Rekuperativní
Kyslíko-palivová
Kupolová
Elektrická oblouková
Materiál (1)
mg/Nm3 (kg/t)
mg/Nm3 (kg/t)
mg/Nm3 (kg/t)
mg/Nm3 (kg/t)
mg/Nm3 (kg/t)
Pevné částice
0,2–128 (0,001–0,4)
0,3–35 (0,03–0,1)
0,2–20 (0,001–0,016)
0,25–1700 (0,04 – 3,5)
4 –1 2 (0,006–0,02)
mg/Nm3 (kg/t) 10 (0,02)
0,4–120 (0,001–0,02)
1 –3 0 (0,002–0,5)
0,5–115 (0,002–0,32)
4 –2 6 0 0 (0,01–4,8)
335 – 350 (0,4–0,5)
285 (0,45)
13–580 (0,5–2,0)
50–1200 (0,3–10,6)
9 –2 4 0 (0,02–0,4)
35–615 (0,07–1,7)
80 – 150 (0,1–0,2)
815 (1,3)
0,1–3,0 (0,001–0,01) 0,1–4,5 (0,001–0,02)
0,13–20 (0,001 – 0,05) 0,2–7 (0,001–0,06)
0,09–3,2 (0,001–0,01) 0,55–3 (0,001–0,003)
0,1–11 (0,001–0,02) 0,7–150 (0,001–0,26)
8 (0,01)
1,2 (0,002) 5 (0,008)
9
7
5
32
SOx (vyjádřený jako SO2) NOx (vyjádřený jako NO2) HF HCl Průměrný počet výsledků
43 (0,05)
Palivová
2
1
(1) Úrovně koncentrací se vztahují k 273 K, 1013 hPa a suchému plynu. Emisní faktory jsou vyjádřeny v kg na tunu utavené skloviny. (2) Nižší úrovně emisí NOx pochází z kyslíko-palivových pecí. Zdroj: [93, EURIMA data tables 80% 2007]
V Tabulce 3.38 jsou uvedeny úrovně prachových emisí z elektrických a plynových pecí používaných při výrobě skleněné vaty. Tyto údaje jsou výsledkem jednorázových nebo vícenásobných měření u tavných pecí zahrnutých v prováděném šetření během referenčního období (2005). U úplného rozsahu dat (100 %) se uvádějí průměrné, minimální a maximální úrovně. Pro lepší pochopení jsou rovněž uvedeny údaje vycházející ze středních 75, respektive 50 % dat, aby se co možná nejvíce vyloučily nepravdivé údaje.
Tabulka 3.38
Prachové emise z tavicích pecí na výrobu skleněné vaty (2005) Typ pece
146
Prachové emise z tavných pecí na výrobu skleněné vaty Sklářský průmysl
Kapitola 3
Uváděná data
Počet údajů
mg/Nm3 suchého plynu Průměr Min. Max.
Elektrická pec Bez sekundárních opatření
S tkaninovým filtrem
S ESP
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
15
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
7
33 37 9 36 47 20 9 15 9
0
188
0
274
0
17
189 552 29 20 27 15
8
651
2
90
5 6 4 7 8 3
1
19
1
76
19
9
Vzducho-palivová pec Bez sekundárních opatření
S ESP
33
Kyslíko-palivová pec S ESP
S elektrickým příhřevem a ESP
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
21
27
Zdroj: [142, EURIMA August 2008]
Úrovně emisí uváděné v Tabulce 3.38, které jsou výsledkem šetření provedeného v odvětví výroby skleněné vaty, vychází z rozdílných měřicích protokolů a provozních podmínek, v důsledku čehož mohou být některé údaje protikladné nebo rozporuplné. Jako příklad můžeme uvést rozdíl mezi koncentracemi prachových emisí z elektrických pecí s opatřeními na snížení emisí a bez nich, které se zdají být nepatrné. Je to pravděpodobně kvůli relativně nízkým naměřeným koncentracím prachu (v mnoha případech) u elektrických pecí bez opatření na snížení emisí, které mají stejné řádové úrovně jako typické koncentrace naměřené po použití odlučovače. V Tabulce 3.39 jsou uvedeny úrovně emisí SOX z elektrických a plynových pecí používaných při výrobě skleněné vaty. Tyto údaje jsou výsledkem jednorázových nebo vícenásobných měření u tavných pecí zahrnutých v šetření prováděného během referenčního období (2005). U úplného rozsahu dat (100 %) se uvádějí průměrné, minimální a maximální úrovně. Lze vypozorovat, že emise SOX jsou významné pouze u palivových pecí. Stejně jako u koncentrací prachových emisí mohou údaje v Tabulce 3.39 u elektrických pecí uvádět nesrovnalosti kvůli nízkým naměřeným úrovním emisí SOX. Co se týče kyslíko-palivových pecí, použití elektropříhřevu vede ke snížení objemu kouřových plynů s následným možným zvýšením emisí uváděných jako koncentrace (mg/Nm3). Pokud by byly tyto údaje uváděny v kg/t utavené skloviny, byl by tento trend nejspíše jiný. Tyto informace však nejsou k dispozici.
Tabulka 3.39:
Emise SOX z tavicích pecí na výrobu skleněné vaty (2005) Typ pece
Elektrická pec Bez sekundárních opatření S tkaninovým filtrem Sklářský průmysl
Emise SOX z tavných pecí na výrobu skleněné vaty mg/Nm3, suchý plyn Uváděná Počet (uváděný jako SO2) data údajů Průměr Min. Max. 100 % 100 %
8 12
2 5
1 0
6 13 147
Kapitola 3
S ESP Vzducho-palivová pec Bez sekundárních opatření S ESP Kyslíko-palivová pec S ESP S elektrickým příhřevem a ESP
100 %
8
3
0
14
100 % 100 %
7 32
34 22
1 0
133 119
100 % 100 %
17 27
10 28
0 2
63 98
Zdroj: [142, EURIMA August 2008]
V Tabulce 3.40 jsou uvedeny úrovně emisí NOX z elektrických a plynových pecí používaných při výrobě skleněné vaty. Tyto údaje jsou výsledkem jednorázových nebo vícenásobných měření u tavných pecí zahrnutých v šetření prováděného během referenčního období (2005).
Tabulka 3.40:
Emise NOX z tavicích pecí na výrobu skleněné vaty (2005)
Typ pece (1)
Emise NOX z tavných pecí na výrobu skleněné vaty mg/Nm3, suchý plyn (uváděný jako NO2) Uváděná data Počet údajů Průměr Min. Max.
Elektrická pec Bez sekundárních opatření
S tkaninovým filtrem
S ESP
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
15
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
7
21
9
204 245 175 234 442 468 514 970 232
36
429
4
670
13
1071
410 429 356 636 800 601
93
1031
110
1580
7
244
82
691
Vzducho-palivová pec Bez sekundárních opatření
S ESP
31
Kyslíko-palivová pec S ESP
S elektrickým příhřevem a ESP
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
20
27
119 170 116 215 242 154
(1) Na rozdílné kategorie provozních podmínek (bez sekundárních opatření, s ESP a s tkaninovým filtrem) se odkazuje pouze kvůli konzistenci s údaji o emisích uváděnými v Tabulce 3.37 a Tabulce 3.38, které pocházejí ze stejného zdroje informací. Neočekává se, že by použití filtračního systému mělo vliv na emise NOX. Zvýšení koncentrace emisí NOX (mg/Nm3) však lze pozorovat při použití elektropříhřevu jako důsledek snížení objemu kouřových plynů. Zdroj: [142, EURIMA August 2008]
148
Sklářský průmysl
Kapitola 3
U úplného rozsahu dat (100 %) se uvádějí průměrné, minimální a maximální úrovně. Pro lepší pochopení jsou rovněž uvedeny údaje vycházející ze středních 75, respektive 50 % dat, aby se co možná nejvíce vyloučily nepravdivé údaje. Úrovně emisí uváděné v Tabulce 3.40 vycházejí z rozdílných provozních podmínek, konkrétně se mohou značně lišit množství dusičnanů, které mohou být přidávány do kmene při používání vysokého podílu cizích střepů. Z těchto důvodů je velmi obtížně srovnávat údaje uváděné v tabulce a tato data by měla být hodnocena společně s doplňujícími informacemi o specifických provozních parametrech. V Tabulce 3.41 jsou uvedeny úrovně jiných emisí (HCl, HF, CO) z elektrických a plynových pecí používaných při výrobě skleněné vaty. Tyto údaje jsou výsledkem jednorázových nebo vícenásobných měření u tavných pecí zahrnutých v šetření prováděném během referenčního období (2005). U úplného rozsahu dat (100 %) se uvádějí průměrné, minimální a maximální úrovně. Z tabulky lze vypozorovat, že emise HCl a HF z tavných pecí na výrobu skleněné vaty jsou obecně nízké.
Tabulka 3.41:
Emise HCl, HF a CO z tavicích pecí na výrobu skleněné vaty (2005)
Typ pece
Emise HCl, HF a CO z tavných pecí na výrobu skleněné vaty (100 % uváděných dat) mg/Nm3, suchý plyn (1) Průměr Min. Max.
Látka
Počet údajů
HCl HF CO HCl HF CO HCl HF CO
12 12 6 6 3 6 7 8 4
2 0,6 63 3 0,7 55 2 0,7 264
0 0,1 24 0 0,1 17 0 0,1 114
7 2,8 110 7 1,0 176 7 3,1 638
HCl HF CO HCl HF CO
4 4 3 32 32 8
6 2,4 165 3 3,0 7
5 0,6 61 0 0,1 1
7 3,3 280 19 20,0 20
HCl HF CO HCl HF CO
16 16 7 27 27 19
1 0,4 42 3 0,8 36
0 0 3 0 0,1 2
5 2,6 121 32 2,3 241
Elektrická pec Bez sekundárních opatření
S tkaninovým filtrem
S ESP Vzducho-palivová pec Bez sekundárních opatření
S ESP Kyslíko-palivová pec S ESP
S elektrickým příhřevem a ESP
(1) Data vycházejí z rozdílných podmínek měření a provozních podmínek. Kvůli relativně nízkým počátečním koncentracím emisí HCl a HF nemusí být v kombinaci s ESP nebo tkaninovým filtrem používán systém suchého čištění. Zdroj: [142, EURIMA August 2008]
Při výrobě kamenné vaty je s používáním koksu, diabasu a cementových briket spojen vyšší rozsah emisí a látek vypouštěných do atmosféry. Údaje týkající se emisí z kupolových pecí a elektrických obloukových pecí jsou uvedeny v Tabulce 3.42 a Tabulce 3.43. V Tabulce 3.42 jsou uvedeny úrovně emisí týkající se hlavních znečišťujících látek (prach, SOX, NOX, HCl a HF) z tavných pecí používaných při výrobě kamenné vaty. Tyto údaje jsou výsledkem jednorázových nebo vícenásobných měření u tavných pecí zahrnutých v šetření prováděném během referenčního období (2005). U úplného rozsahu dat (100 %) se uvádějí průměrné, minimální a maximální úrovně. Pro lepší Sklářský průmysl
149
Kapitola 3
pochopení jsou rovněž uvedeny údaje vycházející ze středních 75, respektive 50 % dat, aby se co možná nejvíce vyloučily nepravdivé údaje. Rozdíl mezi pozorovanými emisemi SOX z kupolových pecí a elektrických obloukových pecí je způsoben recyklací cementových briket, jejichž podíl se může pohybovat od 0 do 100 %. Tabulka 3.42:
Emise prachu, SOX, NOX, HCl a HF z tavicích pecí na výrobu kamenné vaty (2005) Materiál/typ pece
Emise z tavicích pecí na výrobu kamenné vaty mg/Nm3 suchého plynu Uváděná data Počet údajů Průměr Min. Max.
Prachové emise Kupolová pec (1)
Elektrická oblouková pec
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
274
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
353
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
349
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
184
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
186
10
38 42 11 28 42 25
0
783
4
57
1220 1590 1143 318 435 320
0
5555
177
503
0
769
68
407
0
156
18
53
0
40,0
5,0
21,0
SOx vyjádřené jako SO2 Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
12
NOx vyjádřené jako NO2 Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
11
244 350 225 201 283 160
HCl Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
6
29 35 14 39 49 47
HF Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
6
2,5 3 1 11 14 11
( 1 ) Nižší úrovně emisí jsou spojeny s používáním tkaninového filtru. Zdroj: [142, EURIMA August 2008]
V Tabulce 3.43 jsou uvedeny úrovně emisí týkající se jiných znečišťujících látek spojených s výrobou kamenné vaty (H2S, CO, CO2, kovy). Tyto údaje jsou výsledkem jednorázových nebo vícenásobných měření u tavných pecí zahrnutých v šetření prováděném během referenčního období (2005). U úplného rozsahu dat (100 %) se uvádějí průměrné, minimální a maximální úrovně. Pro lepší pochopení jsou rovněž uvedeny údaje vycházející ze středních 75, respektive 50 % dat, aby se co možná nejvíce vyloučily nepravdivé údaje. Z tabulky lze vypozorovat, že kupolové pece vybavené zařízením na spalování odpadních plynů vykazují mnohem nižší koncentrace emisí CO při porovnání s elektrickými obloukovými pecemi. Na druhou stranu 150
Sklářský průmysl
Kapitola 3
však používáním těchto zařízení dojde ke zvýšení emisí CO2 oxidací oxidu uhelnatého (CO) přítomného v odpadních plynech. Tabulka 3.43:
Emise H2S, CO, CO2 a kovů z tavicích pecí na výrobu kamenné vaty (2005)
Materiál/typ pece
Emise z tavicích pecí na výrobu kamenné vaty mg/Nm3 suchého plynu Uváděná data Počet údajů Průměr Min. Max.
H2S Kupolová pec (1)
Elektrická oblouková pec
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
97
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
80
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
150
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
48
100 % 75 % 50 % 100 % 75 % 50 %
38
4
1 1 0 1 2 1
0
11
0
2
36 33 17 880 990 859
0
260
7
3126
228 505 233 081 232 181 59 750 66 717 58 037
170
410 400
45 802
79 509
0
1,1
0,1
0,4
0
14
0,8
1,3
CO Kupolová pec (1)
Elektrická oblouková pec
11
CO2 Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
8
Kovy (skupiny 1) (2) Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
2
0,2 0,3 0,1 0,2 0,4
2
Kovy (skupiny 2) ( ) Kupolová pec
Elektrická oblouková pec
2
0,5 0,1 0,03 1,1 1,3
1
( ) Úrovně emisí vycházejí z kupolové pece vybavené spalováním odpadních plynů. (2) Kovy jsou rozděleny do skupin podle potenciálního ekologického dopadu (viz Oddíl 3.2.2.1): Skupina 1 (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI), Skupina 2 (Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn). Zdroj: [142, EURIMA August 2008]
Sklářský průmysl
151
Kapitola 3
3.8.2.3 Navazující procesy [27, EURIMA 1998] [89, EURIMA Suggestions 2007] Jak bylo uvedeno v Kapitole 2.9, výrobky z minerální vlny obvykle obsahují podíl pojiva na bázi fenolové pryskyřice. Roztok pojiva se nanáší na vlákno v tvarovací peci, váže se na vlákno a suší se v sušicí peci. Odpadní plyny z tvarovací části budou obsahovat prašné částice, fenol, formaldehyd a čpavek. V odpadních plynech ze sušicích pecí v zařízeních na výrobu kamenné vaty byly nalezeny emise HCN. Nejsou však dostupné žádné údaje. Pevné částice jsou tvořeny jak organickými, tak anorganickými materiály a často mají velmi malé rozměry. V těchto emisích lze nalézt i nižší obsahy těkavých organických látek a aminů, pokud jsou součástí pojiva. Vzhledem k povaze tohoto procesu má proud plynu vysoký objem a vysoký obsah vlhkosti. Úniky z pece budou tvořeny těkavými pojivovými materiály, produkty rozkladu pojiva vodní parou a produkty spalování z pecních hořáků. Po opuštění pece se výrobek chladí profukováním velkým množstvím vzduchu. Použitý vzduch bude pravděpodobně obsahovat vlákna minerální vlny a nízké hladiny organických materiálů. Konečná úprava výrobku zahrnuje řezání, manipulaci a balení, z čehož mohou vznikat prachové emise. Důležitým činitelem, který má velký vliv na emise z tvarování, sušení a chlazení, je množství pojiva aplikovaného na výrobek, protože z vyššího obsahu pojiva bude obecně vyplývat vyšší úroveň emisí. Emise vznikající z pojiv závisí na množství pevných látek v pojivech aplikovaných během dané doby, a proto vysoký obsah pojiv a v menší míře také výrobky s vysokou hustotou mohou vést ke zvýšení emisí. Výrobky se obvykle dělí na výrobky s nízkou, střední a vysokou hustotou v rozmezí od 10 do 80 kg/m3, s obsahem pojiva 5–12 %. Jak je uvedeno v Tabulce 3.35 v Oddíle 3.8.2, objem odpadních plynů spojených s rozvlákňovacími a tvarovacími operacemi je mnohem vyšší než objem plynů ze sušení výrobků (cca 10x vyšší). Tabulka 3.44 udává úplný rozsah emisí z navazujících činností v zařízeních na výrobu skleněné vaty v EU v roce 2005 vyjádřených jako koncentrace (mg/Nm3) i jako emisní faktory (kg/t utavené skloviny).
152
Sklářský průmysl
Kapitola 3
Tabulka 3.44:
Úplný rozsah emisí z navazujících činností v odvětví výroby skleněné vaty v roce 2005
Látka
Pevné částice Fenol Formaldehyd Amoniak Oxidy dusíku (NOX) Těkavé organické sloučeniny Oxid uhličitý
Emise z navazujících činností při výrobě skleněné vaty (1) Kombinované Rozvlákňování rozvlákňování, Sušení výrobku Chlazení výrobku a tvarování tvarování a sušení mg/Nm3 mg/Nm3 (kg/t mg/Nm3 (kg/t mg/Nm3 (kg/t (kg/t výrobku) výrobku) výrobku) výrobku) 4,4–128 11,4 65,2 12,5 (0,11–5,23) (0,68) (0,27) (0,04) 0,25–20 1,63 0,81 (0,009–0,93) (0,093) (0,0034) 0,3–16 1,71 1,13 (0,04–0,48) (0,091) (0,014) 6–130 21,95 109 (0,3–6,5) (1,13) (0,69) 7,7 5,82 (0,2) (0,18) 2–47,5 11,2 20,1 (0,11–2,76) (0,56) (0,09) 5236 (194)
Průměrný počet výsledků
15
3
3
1
(1) Údaje se týkají všech typů opatření na snižování emisí. Zdroj: [93, EURIMA data tables 80% 2007]
Tabulka 3.45 uvádí úplný rozsah emisí z navazujících činností v zařízeních na výrobu kamenné vaty v EU v roce 2005 vyjádřených jako koncentrace (mg/Nm3) i jako emisní faktory (kg/t utavené skloviny). Tabulka 3.45:
Úplný rozsah emisí z navazujících činností v odvětví výroby kamenné vaty v roce 2005 Emise z navazujících činností při výrobě kamenné vaty (1)
Látka
Pevné částice Fenol Formaldehyd Amoniak Oxidy dusíku (NOX)
Kombinované rozvlákňování, tvarování a sušení
Rozvlákňování a tvarování
mg/Nm3 (kg/t výrobku) 3–40 (0,08–1,8) 2–40 (0,09–1,8) 3–11 (0,12–0,28) 12–67 (0,47–2,44) 16 – 80 (0,4–3,56)
mg/Nm3 (kg/t výrobku) 2–102 (0,06–1,7) 0,11–40 (0,0035–1,36) 0,3–15 (0,06–0,43) 0,3–113 (0,009–3,04) 6,2–125 (0,16–5,36)
Sušení výrobku
Chlazení výrobku
0,07–0,09 (0,0013–0,0017)
mg/Nm3 (kg/t výrobku) 0,5–65 (0,001–0,68) 0,05–60 (0,0004–0,27) 0,1–25 (0,00025–0,09) 0,3–347 (0,005–2,35) 15–300 (0,04–1,37) 1–7,4 (0,01–0,13) 0,05–0,08 (0,0001–0,0002)
mg/Nm3 (kg/t výrobku) 3,2–61,8 (0,008–0,41) 0,05–17 (0,0002–0,12) 0,05–12 (0,0007–0,04) 1–30 (0,007–0,16) 43,3 (0,12) 6 (0,02) 0,04–0,35 (0,0001–0,0002)
23
29
15
Těkavé organické sloučeniny Aminy Průměrný počet výsledků
2
(1) Údaje se týkají všech typů opatření na snižování emisí. Zdroj: [93, EURIMA data tables 80% 2007]
Sklářský průmysl
153
Kapitola 3
Podrobný popis úrovní emisí souvisejících s použitím různých opatření na snižování emisí ve výrobě skleněné a kamenné vaty je uveden v Tabulce 4.40 v Oddíle 4.5.6.
3.8.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavními zdroji fugitivních/difuzních emisí v odvětví výroby minerální vlny jsou zakládací oblast a dávkovací žlaby (pouze u skleněné vaty), skladování a příprava povrchových povlaků a řezání, manipulace a balení. Tavné pece používané při výrobě kamenné vaty jsou zcela zakryté a nepředstavují potenciál pro vznik fugitivních/difuzních emisí. Navíc zde nejsou ani dávkovací žlaby. Na nezbytné odvětrávání pracovní oblasti okolo tavné pece se často používají místní systémy na odsávání spalin s následným vnitřním nebo vnějším vypouštěním potenciálních fugitivních/difuzních emisí. Pro skladování a přípravu povrchových povlaků se obvykle upraví vyhrazené izolované prostory, aby se omezila expozice zaměstnanců potenciálním emisím. Při řezání, manipulaci a balení hotových výrobků se využívají místní ventilační systémy.
3.8.3 Emise do vody Za normálních provozních podmínek jsou výrobní procesy čistými spotřebiteli vody a emise do vody jsou velmi nízké. Většina procesů je napojena na uzavřený systém provozní vody a tam, kde je to možné, se do tohoto systému svádí i voda z proplachování chladicího systému a mycí vody. Jestliže tato voda není kompatibilní nebo pokud jsou její objemy příliš velké, musí se vypouštět odděleně, ale mnoho zařízení má nádrž k zachycení nadměrného množství vody, která se pak může vrátit zpět do systému. V některých zařízeních je čistá zahřátá chladicí voda vypouštěna do odpadu nebo do vodního toku. Ze systémů na zachycování chemikálií, úniků, lapačů olejů atd. mohou vzniknout malá množství kontaminované odpadní vody, která se obvykle vypouští do systému provozní vody a dopravuje se k úpravě mimo závod nebo se vypouští do kanalizace. Velký objem systémů provozní vody představuje potenciál pro znečištění okruhů čisté vody, jako je povrchová voda a voda na chlazení střepů. Pokud jsou systémy špatně navrženy nebo nejsou řádně kontrolovány, mohou vzniknout vážnější emise. Jestliže se používá technika praní za mokra, zvláště chemické praní, nemusí být vytékající kapalina kompatibilní s provozní vodou a vznikne další proud odpadu. Příklad vodního okruhu ve výrobě skleněné vaty je uveden na Obrázku 2.11 v Oddíle 2.9.1.
3.8.4 Jiné odpady [27, EURIMA 1998] [89, EURIMA Suggestions 2007] Hlavní zdroje pevných odpadů ve výrobě minerální vlny jsou uvedeny níže. •
Suroviny z kmene vysypané při manipulaci.
•
Střepy z výroby vzniklé zchlazením horké taveniny vodou během seřizování rozvlákňovacího stroje při výrobě skleněné vaty.
•
Nerozvlákněná tavenina z výroby kamenné vaty během seřizování rozvlákňovacího stroje.
•
Prach nashromážděný v odlučovacích zařízeních, zejména v elektrostatických a tkaninových filtrech.
•
Kapky z rozvlákňování kamenné vaty. Je to těžký nevláknitý a polovláknitý materiál, který je příliš těžký na to, aby se dostal na sběrný pás, a shromažďuje se pod rozvlákňovacím strojem. Okolo 10 až 20 % taveniny zasahující rozvlákňovací stroj vytvoří kapky.
•
Odřezky okrajů výrobku.
154
Sklářský průmysl
Kapitola 3
•
Odpadní vata vzniklá během změny výrobku, zastavení linky nebo z výrobků nevyhovujících specifikaci.
•
Odpad z filtrů, který má vysoký obsah organických látek, často kolem 50 %.
•
Železo a tavenina z odpichů kupolových pecí na výrobu kamenné vaty.
•
Směs taveniny a hornin z výhasu kupolové pece.
•
Pevný odpad z filtrace okruhu provozní vody. Tento odpad představuje 0,5 až 2,0 % výkonu pece a skládá se z vláken, pevných částic pojiva a až 50% vlhkosti.
•
Odpad z balení a jiný obecný odpad.
•
Odpadový žáromateriál z přestavby pece.
Při výrobě skleněné vaty je běžné recyklovat rozsypaný kmen, střepy ze skleněné vaty a prach nashromážděný v odlučovacích systémech přímo do pece. Část odpadu z výroby skleněné vaty obsahuje organická pojiva, a proto jej nelze recyklovat přímo do tavicí pece, aniž by byl řádně upraven a organické zbytky odstraněny. Při výrobě kamenné vaty se obecně recyklují kapky z procesu, uniklá tavenina a prach z odlučovacího zařízení, pokud se používá briketování. Vláknitý odpad lze recyklovat drcením a přidáním do briket, ale to se opět provádí, jen pokud se v závodě používá briketový recyklační systém. Okrajové odřezky se však obvykle natrhají a recyklují do tvarovací části. V některých případech se suchý odpadní produkt trhá na volnou vatu k foukání. Odpad z výhasu a odpichu kupolové pece se teoreticky může recyklovat briketováním, ale není to běžné. Tento odpad je inertní a může se použít jako plnivo do betonu (např. na silnicích). Kovové železo, které se hromadí na spodu kupolové pece, lze sebrat do vhodné speciální formy dříve, než se smíchá s kamenným odpadem, a tak se vyloučí nutnost jej separovat, čímž se tvoří prachové emise a usnadní se možnost externí recyklace materiálu. Kovové odpadní železo lze prodávat jako železný šrot, ale k tomu chybí dostatečný finanční stimul. Vysoký podíl recyklace různých odpadů pocházejících z výrobního cyklu může způsobit emise kovů z procesu tavení kamenné vaty. Odhad procentního podílu odpadu recyklovaného v odvětví minerální vlny není v současnosti dostupný. Tabulka 3.46 však udává náznak běžné praxe. Některá zařízení odpad recyklují, zatímco jiné nikoli.
Sklářský průmysl
155
Kapitola 3
Tabulka 3.46:
Vznik a odstraňování pevného odpadu v odvětví minerální vlny Skleněná vata
Kamenná a strusková vata
Celkový vyprodukovaný odpad jako procentní podíl na vyrobeném množství produktu. Procentní podíl veškerého recyklovaného odpadu.
0–15 %
20–60 %
5–100 %
5–100 %
Procentní podíl veškerého odpadu odstraněného mimo závod.
0–100 %
0–100 %
3.8.5 Energie [27, EURIMA 1998][15, ETSU 1992] [89, EURIMA Suggestions 2007] Hlavními zdroji energie pro tavení skleněné vaty jsou zemní plyn a elektřina. Kamenná vata se vyrábí převážně v kupolových pecích, které jsou otápěny koksem, existuje i několik příkladů plynových a elektrických pecí. Značné množství zemního plynu se rovněž používá při rozvlákňování a sušení. Elektřina se používá v obecných službách a lehký topný olej a propan a butan se někdy používají jako záložní palivo. V odvětví se používá i několik kyslíko-plynových pecí. Třemi hlavními oblastmi spotřeby energie je tavení, rozvlákňování a sušení. Rozdělení spotřeby mezi procesy je dosti proměnlivé a je komerčně velmi citlivé. Tabulka 3.47 uvádí celkovou spotřebu energie při výrobě minerální vlny s rozdělením do hlavních oblastí procesu. Hodnoty u rozvlákňování, sušení a ostatní spotřeby jsou odhady.
Tabulka 3.47:
Využití energie při výrobě minerální vlny Rozdělení energie
Celková spotřeba energie Tavení Rozvlákňování Sušení Ostatní
Skleněná vata GJ/t hotového výrobku 9–20 % z celkové energie 20–45 25–35 25–35 6–10
Kamenná/strusková vata GJ/t hotového výrobku 7–14 % z celkové energie 60–80 2–10 15–30 5–10
Zdroj:[89, EURIMA Suggestions 2007]
Přímá spotřeba energie při elektrickém tavení se pohybuje v rozmezí 2,7 až 5,5 GJ/t hotového výrobku. Energetická spotřeba při elektrickém tavení odpovídá přibližně jedné třetině energie požadované na stoprocentní vzducho-plynové tavení, a podle toho lze odhadnout relativní energetickou spotřebu každého stupně procesu. S takovými údaji je průvodní chyba v takovémto odhadu velmi vysoká, ale tento odhad poskytuje alespoň náznak spotřeby energie. Při výrobě skleněné vaty se ve složení kmene běžně používá značný podíl cizích střepů (zejména sodnovápenatokřemičitého skla), což značně ovlivňuje energetickou spotřebu pece. Použití střepů je však limitováno mnoha technickými omezeními, jako např. vhodným chemickým složením a přítomností kontaminantů (organických materiálů, kovů atd.).
156
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.9 Vysokoteplotní izolační vata [9, IPC Guidance S2 3.03 1996] [41, ECFIA 1998] [143, ECFIA November 2008] Hlavním výstupem z výroby vysokoteplotní izolační vaty je volná vata a rohože. Výtěžnost od surovin k tavenině je obvykle vyšší než 90 % a výtěžnost od taveniny k hotovému výrobku (rohože / volná vata) se pohybuje v rozmezí od 55 do 95 %. Je však důležité poznamenat, že výtěžnost od taveniny k hotovému výrobku je odhad a může se měnit podle typu, povahy, objemu a délky výroby. Konkrétně nejnižší úroveň odpovídá specifickým a technicky obtížnějším výrobám.
3.9.1 Provozní vstupy Vysokoteplotní izolační vata zahrnuje amorfní vatu z křemičitanů alkalických zemin (AES) a hlinitokřemičitou vatu: žáruvzdorná keramická vlákna (ASW/RCF). Tento dokument nezahrnuje polykrystalické vaty (PCW), protože se při jejich výrobě používají rozdílné chemické procesy. Hlinito-křemičitá vata má dvě hlavní složení: vysoce čistá hlinito-křemičitá vata a hlinito-křemičitá vata s přídavky oxidu zirkoničitého a AES vata má čtyři hlavní složení: vápenato-křemičitá vata, vápenato-hořečnato-křemičitá vata, vápenato-hořečnato-zirkoničito-křemičitá vata a hořečnato-křemičitá vata. Jejichž složení jsou uvedena v Oddíle 2.10. Hlavní suroviny jsou uvedeny v Tabulce 3.48. Jedná se o kombinaci přírodních (obvykle upravených) a syntetických látek.
Tabulka 3.48: Popis Suroviny pro tavení
Suroviny používané v odvětví vysokoteplotní izolační vaty Suroviny Oxidy hliníku, vápníku, hořčíku, křemíku a zirkonu. Rovněž malé objemy oxidů draslíku, sodíku, titanu, železa a chromu používané v odvětví výroby amorfní vysokoteplotní vaty.
Pro vakuové tvarování se používá vlhká koloidní směs škrobu, latexu, siliky nebo jílu. Při Sekundární úprava jiných činnostech se mohou použít podobné látky a někdy plniva a organické polymery nebo pryskyřice. Paliva Voda
Elektřina, zemní plyn, někdy lehké topné oleje (záložní zdroje, topení). Dodávky z vodovodní sítě a místní přírodní zdroje (studny, řeky, jezera atd.).
Obalové materiály včetně plastů, papíru, lepenky a dřeva. Pomocné materiály Minerální oleje (povlékání vlákna a další všeobecná použití). Chemikálie na úpravu chladicí a odpadní vody.
Suroviny pro tavení se smísí, aby vzniklo požadované složení, které se pak taví. Obecně je přes 90 % složení ASW/RCF tvořeno oxidem křemičitým, hlinitým a zirkoničitým. Oxid křemičitý pochází hlavně z vysoce kvalitního křemičitého písku a oxid hlinitý (alumina) se může vyskytovat v přírodním stavu, ale obvykle se získává zpracováním bauxitu. Oxid zirkoničitý se vyskytuje v přírodní formě jako baddeleyit nebo se může vyrábět uměle. Ostatní složky, jako oxid vápenatý a oxid hořečnatý používané při výrobě AES, se získávají se surovin jako dolomit a vápenec. Odpadní materiály se recyklují pokud možno buď přímo do pece jako prášek, a někdy do výrobku jako vata. Sekundární zpracování může být velmi specifické. Běžné jsou látky uváděné v Tabulce 3.48 pro vakuové tvarování, ale jiné látky se mohou značně lišit. Voda se v odvětví vysokoteplotní izolační vaty používá především v chladicích okruzích a k mytí. Chladicí voda se používá obvykle v uzavřených okruzích ke chlazení různých zařízení s příslušnými ztrátami z vypařování a proplachování. Voda se rovněž používá při vakuovém tvarování a při výrobě lepenky a papíru. Skutečná spotřeba vody a emise vodních par se mohou lišit podle místních podmínek (např. teplota okolí a tvrdost vstupní vody). K tavení se používá výlučně elektřina, ale u navazujících procesů, zvláště při sušení, se často používá zemní plyn.
Sklářský průmysl
157
Kapitola 3
3.9.2 Emise do ovzduší 3.9.2.1 Suroviny U většiny moderních postupů výroby vysokoteplotní izolační vaty jsou sila a mísící nádoby vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 5 mg/Nm3. Hmotné emise z filtrovaných i nefiltrovaných systémů budou samozřejmě záviset na počtu přesypů a na množství zpracovávaných surovin.
3.9.2.2 Tavení Emise z tavení jsou obecně velice nízké a skládají se zejména z prachu ze surovin používaných ve složení kmene zakládaného do pece. Suroviny jsou obvykle velmi čisté a jsou tvořeny výhradně oxidy. Odplynění je proto malé a nejsou zde žádné významné emise plynných složek. Většina pecí je vybavena odsávacím systémem, který je odvětrává přes tkaninové filtry. Prachové emise jsou obecně nižší než 20 mg/Nm3.
3.9.2.3 Navazující procesy Úniky prachu a úlomků vláken mohou vzniknout v řadě oblastí procesu, např.: rozvlákňování a sbírání vlákna, plstění, vypalování maziv, podélné řezání, odřezávání okrajů, řezání, balení a oblastí druhotné úpravy. Všechny oblasti, kde se mohou uvolňovat pevné prachové částice a úlomky vláken, jsou obvykle obsluhovány účinným odsávacím systémem, který odvětrává přes tkaninový filtrační systém. Prachové emise jsou obecně pod 20 mg/Nm3 a vláknité emise jsou v rozmezí 1–5 mg/Nm3. Ze sekundárního zpracování, zejména ze sušení, mohou rovněž vznikat nízké úrovně organických emisí, jejichž hodnoty většinou nepřesahují 50 mg/Nm3.
3.9.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavními zdroji fugitivních/difuzních emisí v odvětví výroby vysokoteplotní izolační vaty jsou řezání, manipulace a balení. Skladování lubrikantů používaných ke změkčování vaty (roztok polyethylenglykolu) může v případě rozlití představovat málo významný zdroj fugitivních/difuzních emisí. Řezání se obvykle provádí na strojích vybavených vakuovým systémem, který odvádí prach s úlomky vláken ke tkaninovému filtru. Balení a manipulace se provádí použitím vakuového odsávání na kartonové krabice. Specifické problémy vycházející z potenciálních difuzních emisí úlomků vláken jsou běžně řešeny předpisy BOZP na pracovišti a jsou řízeny podle úrovní expozice na pracovišti. Obzvlášť pečlivě se kontroluje expozice hlinito-křemičité vatě (ASW/RCF) na pracovišti, protože je tento materiál klasifikován jako karcinogen Kategorie 2 (viz Směrnice Komise 2009/2/ES).
158
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.9.3 Emise do vody Jak již bylo řečeno, voda se v tomto odvětví používá hlavně k mytí, chlazení, k vakuovému tvarování a k jiným druhotným úpravám. Vodní emise se omezují na vodu k čištění vodních chladicích systémů, na mycí vodu a povrchový odtok vody. Mycí voda nepředstavuje žádné zvláštní problémy, které by nebyly běžné v jakémkoli průmyslovém zařízení, tj. inertní pevné částice a případně olej. Voda z čištění chladicího systému bude obsahovat rozpuštěné soli a chemikálie na úpravu vody. Kvalita povrchové vody bude záviset na stupni oddělení kanalizace a na čistotě v závodě. Voda použitá k vakuovému tvarování se recykluje s proplachy, které mohou obsahovat malá množství organických látek. V odvětví lze nalézt jednoduché techniky pro snižování znečištění, jako je sedimentace, průchod česlemi, separace oleje a neutralizace.
3.9.4 Jiné odpady [41, ECFIA 1998] [143, ECFIA November 2008] Množství odpadů ve výrobě vysokoteplotní izolační vaty je obecně nízké. Kdekoli, kde je to možné, se odpadové materiály (kmen, odřezky okrajů atd.) recyklují buď přímo do pece (což vyžaduje úpravu vláken), nebo do výrobků. Ke konci kampaně pece (obecně každých šest měsíců) se celá žáruvzdorná konstrukce odkryje a vymění. Takto získaný materiál lze po rozemletí na prášek použít v jiných výrobních procesech (např. pro výrobu cihel a jako materiál na pískování). Cca 95 % práškového materiálu a ostatních pevných odpadů se znovu používá. Odpad se také tvoří z materiálu sebraného v zařízení na odlučování prachu. Tento materiál se obvykle nerecykluje přímo do pece. Znesnadňuje to případná kontaminace a nejistota, pokud jde o složení, ale již byly podniknuty některé kroky, jak tento problém vyřešit. Vzhledem k povaze materiálu může být nákladné ho odstraňovat, a to podporuje iniciativu při hledání alternativ, takže tendence produkovat odpady klesá kvůli zvyšujícím se cenám skládkování odpadů, energií a surovin. Většina minerálních surovin se dodává volně sypaná (do sil) a není z nich odpad z obalů. Je-li to proveditelné, odpadové materiály z balení výrobků (plasty, lepenka, dřevo atd.) se obvykle opakovaně používají nebo recyklují. S jiným materiálem, který není specifický pro toto odvětví, se zachází konvenčním způsobem nebo se recykluje, pokud to místní nebo národní podmínky připouštějí. Odvětví výroby ASW/RCF v EU jako celek produkuje ročně 700–900 tun odpadu obsahujícího vlákna a 100–700 tun dalšího odpadu.
3.9.5 Energie [41, ECFIA 1998] O využití energie v odvětví výroby ASW/RCF a AES je málo dostupných informací. Tavení je výhradně elektrické s velmi malými ztrátami těkáním. Proto je účinnost tavení (s vyloučením problémů mimo závod) dosti vysoká, ačkoli složení má vysoké požadavky na tavicí energii a pece jsou relativně malé. Energetická spotřeba je v rozmezí od 6,5–16,5 GJ/t taveniny. Energetická spotřeba pro další činnosti se pohybuje od 3,5 do 9,5 GJ/t výrobku (za předpokladu 75% přeměny surovin na hotový výrobek).
Sklářský průmysl
159
Kapitola 3
3.10 Frity [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005] [99, ITC-C080186 2008] Hlavním výstupem z tavení ve výrobě frit je sklovitá hmota se širokou škálou různých receptur, které závisí na vzhledu, vlastnostech a použití. V porovnání s původními surovinami konečný výsledek po tavení představuje 85–90 % původní hmotnosti v závislosti na složení. Většina ztrát hmotnosti pramení z emisí CO2 a H2O během tavicího procesu. Proces výroby keramických frit nevytváří žádný odpad a jediný materiál, který se recykluje, je obvykle prach sebraný z odlučovačů, který nemá významný vliv na výrobek, i když vyžaduje plánování a častou recyklaci. Proto je výtěžnost konečného výrobku velmi vysoká, neboť materiál se ve většině případů pouze chladí vodou (v některých případech i vzduchem), a jedinými ztrátami jsou pevné částice, které nelze separovat z chladicí vody.
3.10.1 Provozní vstupy [47, ANFFECC 1999] [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005] [91, ITC - C071304 2007] [144, ITC November 2008] Seznam hlavních surovin používaných v nejčastějších složeních je uveden v Tabulce 3.49 společně se směrnými hodnotami jejich procentního podílu ve složení kmene. Přesné hodnoty budou záviset na složení. Hodnoty uváděné v tabulce však lze považovat za směrné.
Tabulka 3.49:
Hlavní suroviny používané k výrobě frit Typ frity
Keramické / skleněné frity
Smaltéřské frity
Nízkotavné frity
Suroviny Sloučeniny zirkonia Živec Křemen Kyselina boritá Oxid zinečnatý Dolomit Uhličitan vápenatý Dusičnan draselný Borax Křemen Dusičnan sodný Fluorokřemičitan sodný Fluorokřemičitan draselný Fosforečnan sodný Oxid titaničitý Minium (Pb3O4) Křemen Oxid zinečnatý Kyselina boritá
Přibližně % v kmeni 7,7 26,8 25,9 6,8 8,4 8,4 13,4 2,6 19,1 42 7,8 1,2 7,8 3,2 18,9 50 19,8 15,1 15,1
Voda se používá ke chlazení a mytí, ale také na rychlé zchlazování a rozpraskání taveniny, a rovněž k mokrému chlazení. Všechny vodní okruhy jsou uzavřené a mají odpovídající ztráty výparem. Ostatní ztráty vody plynou z obsahu vody ve výrobku a obsahu vody v pevných látkách sebraných z vodních okruhů v kontaktu s roztaveným materiálem. Spotřeba vody se odhaduje na 0,5–3 m3/t keramické frity. Jako palivo se využívá zemní plyn, přičemž hlavním oxidačním činidlem je vzduch v oxidační atmosféře.
160
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.10.2 Emise do ovzduší 3.10.2.1 Suroviny Všechna sila a mísící nádoby jsou vybaveny filtračními systémy, které snižují prachové emise pod 30 mg/Nm3. Prachové emise v jakémkoli systému, ať je filtrovaný nebo ne, budou záviset na počtu přenosů, velikosti zrn a na množství zpracovávaného materiálu. Některé procesy zahrnují použití surovin obsahujících olovo nebo jiné těžké kovy, i když se jedná pouze o vzácné případy a jejich úrovně jsou nízké. Veškerá nezbytná opatření jsou již zavedena, takže emise z těchto látek jsou minimální.
3.10.2.2 Tavení Odvětví výroby frit vytváří emise do ovzduší během tavení, protože se jedná o proces vyžadující vysokou teplotu a intenzivní využití energie. Emitované látky a související zdroje jsou uvedeny v Oddíle 3.2.2.1. Všechny pece v tomto odvětví jsou otápěny zemním plynem a emise oxidů síry tvoří méně než 200 mg/Nm3 v závislosti na obsahu síranů v kmeni. Tabulka 3.50 uvádí typické úrovně emisí z tohoto odvětví, k dispozici není žádný statistický přehled. Tabulka 3.50:
Typické úrovně emisí z tavicích pecí v odvětví výroby frit Látka
Prach Oxidy dusíku (vyjádřené jako NO2) Oxidy síry (vyjádřené jako SO2) Chloridy (HCl) Fluoridy (HF) Kovy (Skupiny 1 + 2) Kovy (Skupiny 1)
Koncentrace mg/Nm3 (1) (2) Průměrné úrovně < 40 1600 (3) < 200 < 10 <5 <5 <1
Měrné hmotnostní emise kg/t utavené skloviny (1) Průměrné úrovně < 0,2 12 (3) <1 < 0,050 < 0,025 < 0,025 < 0,01
(1) Údaje vycházejí z výrobních kapacit přesahujících 20 t/den. (2) Koncentrace emisí se vztahují k 15 % obj. kyslíku. (3) Úrovně emisí vycházejí ze smíšené výroby (složení s i bez dusičnanů). Těchto úrovní je obtížné dosahovat, jsou-li ve složení kmene použity vysoké úrovně dusičnanů pro všechny pece svedené do jednoho komínu. Zdroj:[99, ITC-C080186 2008] [84, Italy Report 2007]
Prachové emise závisí na účinnosti používaného odlučovacího systému, protože výrobní zařízení jsou běžně vybavena filtračními systémy. Emise oxidů dusíku závisí zejména na typu spalování ( vzduchopalivové, vzducho-palivové obohacené kyslíkem, kyslíko-palivové) a obsahu dusičnanů v surovinách použitých při přípravě kmene. Značná rozdílnost výrobků a výrobních technik používaných v odvětví výroby frit neumožňuje přesně určit vzájemný vztah mezi těmito činiteli a emisemi NOX. Lze uvažovat, že z 1 kg dusičnanů přidaných do složení kmene (dusičnanu sodného, draselného nebo vápenatého) vznikne asi 0,5 kg NO2, takže na každé 1 % dusičnanů použitých v kmeni vznikne maximálně zhruba 5 kg NO2 na tunu utavené frity, pokud se předpokládá úplná transformace dusičnanů na NO2. Stupeň transformace dusičnanů není snadné předem určit, ale odhaduje se, že se bude pohybovat od 30 do 80 % maximální hodnoty (viz Oddíl 4.4.2.2). Emise NOX ze spalování jsou ovlivněny rozdílnými použitými technikami tavení a na přebytečném vzduchu ponechávaném v peci z provozních důvodů.
Sklářský průmysl
161
Kapitola 3
Jak již bylo uvedeno v Oddíle 2.11.2, obvyklý způsob provozování tavných pecí v odvětví výroby frit má za následek cca 15% koncentraci kyslíku ve spalinách, kromě případů, kdy se používá kyslíko-palivový otop, u kterého může být procentní podíl kyslíku mnohem vyšší a který není relevantní pro určení koncentrace emisí. Tato specifická vlastnost tohoto sektoru byla zvažována příslušnými orgány některých členských států, např. Španělska, kde se povolené úrovně emisních limitů pro zařízení vyrábějící frity vztahují k 15 % kyslíku, což je mnohem blíže skutečným podmínkám u spalin emitovaných v tomto odvětví. Je-li do jednoho komína svedena směs kouřových plynů z rozdílných pecí používajících různé druhy otápění (kyslíko-palivové, obohacení kyslíkem, vzducho-palivové), úprava na 8 % koncentraci kyslíku, která se běžně používá u kontinuálních tavných pecí, by nebyla vhodná. V těchto případech je vhodnější použít emisní faktory vyjádřené v kg/t utavené frity. Tabulka 3.51 uvádí úrovně emisí NOX spojené s rozdílnými provozními podmínkami (typy otápění) a složeními kmene (s dusičnany nebo bez nich). Údaje vycházejí z typických zařízení na výrobu frit, kde je jedna nebo více pecí (až 7) napojených na jeden komín.
Tabulka 3.51: Pece (1)
Příklady úrovní emisí NOX ze zařízení na výrobu frit provozovaných s různými typy otopů a složení kmene
Provozní podmínky
Počet
Dusičnany v kmeni (%)
Vlastnosti kouřových plynů O2 Teplota Objem (%) °C Nm3/h
Emise NOX mg/Nm3 (2)
kg/t frit
7
Kyslíko-palivový otop; několik druhů složení frit
1,9 (3)
19,8
141
22 011
10,9
1
Kyslíko-palivový otop; krystalické frity
0
21,2
66
17 351
7,1
2
Kyslíko-palivový otop; zirkoniové frity
1,7–4,1
21,2
114
7521
10,4
2
Vzducho-palivový otop s obohacováním kyslíkem; zirkoniové a titanové frity
3,7–1,6
17,6
136
10 594
3890
6,6 (4)
2
Vzducho-palivový otop s obohacováním kyslíkem; zirkoniové a krystalické frity
< 2 (3)
19.2
114
40 121
883
6.6 (4)
6
Vzducho-palivový otop s obohacováním kyslíkem; několik druhů složení frit
1.2 (3)
NA
NA
NA
1800
13.5 (4)
2
Vzducho-palivový otop s obohacováním kyslíkem; několik druhů složení frit
3 (3)
NA
NA
NA
3900
29.3 (4)
2
Vzducho-palivový otop; několik druhů složení frit
3 (3)
NA
NA
NA
1750
13.1(4)
(1) Počet pecí svedených do jednoho komína. (2) Koncentrace se vztahují k 15 % objemovým kyslíku. (3) Procentní podíl dusičnanů vychází z úrovně váženého průměru založeného na výrobní kapacitě a obsahu každé pece připojené na jeden komín. (4) K odhadu měrných hmotnostních emisí vyjádřených v kg/t utavené frity byl použit konverzní faktor 7.5 x 10-3. NA = není k dispozici. Zdroj: [166, ITC-C100244, 2010]
162
Sklářský průmysl
Kapitola 3
3.10.2.3 Navazující procesy Emise z navazujících procesů do ovzduší jsou velmi nízké. Většina mletí se provádí za vlhka, ale mletí za sucha může zvýšit prachové emise, pokud není k dispozici zařízení na snižování emisí.
3.10.2.4 Fugitivní/difuzní emise Hlavními zdroji fugitivních/difuzních emisí ve výrobě frit jsou zakládací oblast tavné pece, suché nebo mokré mletí a balení výrobku. Zakládací prostor je většinou zcela zakrytý a potenciální emise z úletu kmene a spalin by měly být nízké. Obecně se proces mletí (vlhkého nebo suchého) a balení výrobku provádí s odsáváním napojeným na tkaninový filtr, aby se zajistila kvalita vzduchu na pracovišti. Za těchto okolností se očekávají velmi nízké difuzní emise.
3.10.3 Emise do vody Emise do vody vznikají z běžného chlazení, mytí a povrchového odtoku vody. Okruhy pro chlazení a mletí jsou obvykle uzavřené s doplňováním sladké vody, ale někdy se proplachují, aby se zamezilo usazování solí. Úrovně emisí jsou velmi nízké, ale mohou obsahovat suspendované pevné částice a v některých případech mohou být v těchto suspendovaných částicích přítomny těžké kovy. Kovy jsou většinou vázány ve skle a mohou se odstranit separací pevných částic. V některých případech v závislosti na veřejném toku mohou být úrovně emisí v místě vypouštění značně vyšší než úrovně uvedené v Tabulce 5.5. V takových případech se očekává možné externí využití odpadní vody v keramickém průmyslu.
3.10.4 Jiné odpady Množství odpadů jsou obecně velmi nízká. Hlavním provozním odpadem je pevný materiál (především frity) separovaný z vodních okruhů. Tento materiál se většinou nerecykluje, protože má příliš proměnlivé složení. Ve většině zařízení je poměr odpadu k dobré výrobě v rozmezí 0,5–3 %. Většina minerálních surovin se dodává volně sypaná a není z nich odpad z obalů. Odpadové materiály z balení výrobků (plasty, lepenka, dřevo atd.) se obvykle opakovaně používají nebo recyklují, je-li to možné. S jiným materiálem, který není specifický pro toto odvětví, se zachází konvenčním způsobem nebo se recykluje, pokud to místní nebo národní podmínky připouštějí. Ke konci kampaně pece se celá žáruvzdorná konstrukce odkryje a vymění. Tam, kde je to proveditelné, se tento materiál regeneruje a znovu se použije nebo prodá.
Sklářský průmysl
163
Kapitola 3
3.10.5 Energie Pece na výrobu frit jsou obvykle velmi malé v porovnání s ostatními pecemi používanými ve sklářství. Pouze několik jednotlivých pecí má kapacitu převyšující 20 t za den. Všechny stávající pece jsou otápěny zemním plynem a nejsou známy žádné případy elektrického tavení na komerční úrovni. V závodě je většinou několik pecí, z nichž každá vyrábí jiné složení frity. Spotřeba energie na tunu utavených frit je srovnatelná s jinými odvětvími (přes 13 GJ/t, což odpovídá 300 Nm3 plynu na tunu frit). Kyslíko-palivové pece vykazují nižší úrovně spotřeby v rozsahu 9–13 GJ/t frit. Množství energie spotřebované v jiných procesech je obvykle nízké, neboť je zde málo navazujících činností a výrobky se obvykle nesuší. Značný počet pecí používá jako oxidační činidlo kyslík, což může mít za následek úsporu energie a snížení emisí. Při odhadování celkové spotřeby energie na tunu frit je však potřeba zvážit množství energie potřebné k výrobě kyslíku. Krom toho by měly být uváženy nepřímé emise spojené s výrobou kyslíku společně s dalšími mezisložkovými vlivy (např. opotřebení žáruvzdorných materiálů).
164
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4. TECHNIKY UVAŽOVANÉ PRO STANOVENÍ BAT 4.1 Úvod Tato kapitola popisuje techniky (nebo jejich kombinace) a související monitoring, u kterých se má za to, že představují potenciál k dosažení vysoké úrovně ochrany životního prostředí v rozsahu tohoto dokumentu. Zahrnuje systémy environmentálního řízení, technologie integrované do výrobního procesu a koncová opatření. Rovněž jsou zvažovány prevence a řízení odpadů včetně postupů minimalizace a recyklace odpadů. Dále jsou zde zahrnuty techniky na snížení spotřeby surovin, vody a energie. Dodatek III ke Směrnici udává množství kritérií pro určování BAT a informace uvedené v této kapitole se budou těmito úvahami zabývat. Standardní osnova uvedená v Tabulce 4.1 co možná nejvíce poskytuje sebrané informace o každé technice, aby bylo možné tyto techniky porovnat a posoudit oproti definici BAT uvedených ve Směrnici. Tato kapitola nutně neposkytuje úplný seznam technik, které lze v tomto odvětví použít, a mohou existovat nebo být vyvinuty nové techniky, které lze zvažovat při určování BAT u individuálních provozů.
Sklářský průmysl
165
Kapitola 4
Tabulka 4.1:
Informace o každé technice popsané v této kapitole
Nadpisy v oddílech
Typ obsažených informací
Popis
Stručný technický popis, který používá chemické nebo jiné rovnice, obrázky, diagramy a postupové diagramy.
Dosažené přínosy pro životní prostředí
Hlavní potenciální přínosy pro životní prostředí, které lze získat zavedením dané techniky (včetně snížené spotřeby energie, snížení emisí do vody, ovzduší a půdy, úspory surovin a rovněž navýšení výtěžnosti při výrobě, snížení objemu odpadů atd.). Významné negativní vlivy na životní prostředí způsobené zavedením dané techniky, umožňující srovnání jednotlivých technik za účelem zhodnocení dopadů těchto technik na životní prostředí jako takové. Tato část může zahrnovat problémy, jako např.:
Mezisložkové vlivy
• • • • • • • • • • • • •
spotřebu a vlastnosti surovin a vody spotřebu energie a přispění ke klimatickým změnám potenciál k rozkladu stratosférického ozonu potenciál fotochemické tvorby ozonu okyselení v důsledku emisí do ovzduší pevné částice v okolním ovzduší (včetně mikročástic a kovů) eutrofizace půdy a vody emisemi do půdy nebo vody potenciál k vyčerpání kyslíku ve vodě perzistentní/toxické/bioakumulovatelné sloučeniny (včetně kovů) tvorba zbytků/odpadu omezení možnosti znovupoužití nebo recyklace zbytků/odpadu tvorba hluku a/nebo zápachu zvýšené riziko nehod.
Měl by být brán v potaz Referenční dokument pro ekonomické a mezisložkové vlivy (ECM). Aktuální údaje o výkonu a údaje specifické pro dané zařízení (včetně úrovní emisí, spotřeby – surovin, vody, energie – a množství vytvořených zbytků/odpadů). Jakékoli jiné užitečné informace: Provozní údaje
• • • •
jak danou techniku navrhnout, provozovat, udržovat, řídit a vyřadit z provozu problémy s měřením emisí spojené s používáním dané techniky citlivost a životnost techniky otázky prevence nehod.
Použitelnost
Uvedení typů zařízení nebo procesů, pro které nelze použít danou techniku a rovněž omezení jejího zavádění v konkrétních případech, zvažující např. stáří zařízení (nové nebo stávající), činitele ovlivňující modernizaci technických zařízení (např. volný prostor), rozlohu zařízení (velké nebo malé), již nainstalované technologie a druh nebo kvalitu produktu.
Hospodárnost
Informace o nákladech (kapitálové/investiční, provozní) a všechny možné úspory (např. snížená spotřeba surovin nebo energie, poplatky za ukládání odpadů) nebo zisky a podrobnosti o tom, jak byly vypočítány/odhadnuty. Budou zahrnuty i ekonomické informace související s novou výstavbou a modernizací současných zařízení. Ty by měly umožnit určení celkového ekonomického dopadu techniky.
Hnací síla zavádění techniky
Kde je to možné, uvedou se místně specifické podmínky, požadavky (např. zákony, bezpečnostní opatření) nebo neekologické podněty (např. zvýšené výnosy, zlepšená kvalita výrobku, ekonomické pobídky – např. subvence, daňové úlevy), které dosud motivovaly nebo stimulovaly zavádění dané techniky.
Vzorová zařízení
Odkaz na zařízení, kde byla tato technika zavedena a ze kterých byly dané informace získány a uvedeny v daném oddíle. Uvedení rozsahu, ve kterém se tato technika používá v Evropě nebo ve světě.
Referenční literatura
Literatura nebo jiný referenční materiál (např. knihy, zprávy, studie, webové stránky), který byl použit v daném oddíle a který obsahuje podrobnější informace o dané technice. Pokud referenční materiály mají velký počet stránek, uvede se reference na odpovídající stránky nebo oddíly.
166
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tato kapitola má osm hlavních oddílů, které pokrývají: 1.
Volby tavicí techniky.
2.
Manipulace se surovinami.
3.
Techniky pro řízení emisí z tavení do ovzduší.
4.
Techniky pro řízení emisí z činností jiných, než je tavení, do ovzduší.
5.
Techniky pro řízení emisí do vody.
6.
Techniky pro minimalizaci jiných odpadů.
7.
Energie.
8.
Systémy environmentálního řízení.
Hlavním dopadem sklářství jako celku na životní prostředí jsou emise z tavení do ovzduší. Techniky snižování těchto emisí jsou popsány v Oddílech 4.2, 4.3 a 4.4, který je největším a nejpodrobnějším oddílem této kapitoly. Většina z popisovaných technik je relevantní pro většinu zařízení sklářského průmyslu a tvoří společnou základnu. Proto je Oddíl 4.4 rozdělen podle látek a pro každou látku jsou popsány různé techniky snižování emisí. Techniky jsou popsány v oddíle týkajícím se látky, na kterou mají největší vliv, ale řada technik má nevyhnutelně pozitivní i negativní vliv na více látek. Kde je to vhodné, jsou popsány účinky na další látky a je odkázáno na další oddíly. V různých částech dokumentu jsou použity výrazy „primární a sekundární opatření pro snižování emisí“. Tyto pojmy napomáhají při kategorizaci některých technik. Obecně jsou primární techniky takové, které snižují emise znečišťujících látek nebo zamezují jejich vzniku a sekundární techniky jsou takové, které působí na tyto látky a snižují jejich škodlivost (např. jejich přeměnou na jiné druhy), nebo je shromažďují ve formě, kterou lze znovu použít, recyklovat nebo uložit na skládku. Některé z popsaných technik jasně nezapadají ani do jedné kategorie, a kde je to vhodné, je to v textu vyznačeno. Aby bylo možné porovnat a zhodnotit účinnost jednotlivých technik, jsou uváděny údaje o emisích, pokud jsou tyto informace dostupné, společně s provozními parametry zařízení, procesu odběru vzorků a doby pro zprůměrování. Údaje o emisích mohou být vyjádřeny jako absolutní hodnoty nebo úrovně koncentrací v souvislosti s aktuální výrobou nebo výrobní kapacitou. Kde je to možné, budou nejdůležitější ekonomické aspekty každé z technik použity k určení celkového ekonomického dopadu dané techniky. Pro náklady a spotřebu mohou být použity různé výrazy, které se budou týkat výrobních jednotek nebo doby. U této kapitoly je důležité si uvědomit, že technika, která je úspěšná při jednom použití, může mít velmi rozdílné důsledky při použití v jiném odvětví, nebo dokonce v jiném zařízení ve stejném odvětví. Náklady, environmentální profil a s tím spojené výhody a nevýhody mohou být v různých odvětvích a na jednotlivých zařízeních různé. Pro každou techniku je diskutována její dostupnost a možná použitelnost v řadě situací. Při hodnocení techniky je rovněž důležité uvážit, že některá zařízení mohou časem ztrácet účinnost a může zde být tendence vedoucí ke zvýšení některých (ne všech) druhů emisí. I když by tento relativní nárůst měl být malý, mělo by se při zvažování emisí, kterých lze dosáhnout, počítat s běžnými a předvídanými charakteristikami stárnutí, a mít na paměti, že náhradu vybavení bude možná potřeba odložit až do přestavby. Provozovatel by proto měl pečlivě monitorovat vlastnosti emisí ze zařízení, řádně jej udržovat a včas připravit přestavbu, budou-li to okolnosti vyžadovat.
Sklářský průmysl
167
Kapitola 4
Při posuzování použitelnosti každé techniky popsané v této kapitole v procesu kontinuálního tavení je nutné uvážit, zda se má na peci použít během její kampaně nebo jestli může být použita (nebo zda je nejlepší ji použít) pouze při přestavbě. Důležitým rysem sklářského průmyslu je skutečnost, že pece mají omezenou provozní životnost, po jejímž uplynutí se musí v určitém rozsahu opravit nebo přestavět. Obecně pece otápěné fosilním palivem, které vyrábějí obalové a ploché sklo, skleněnou vatu a nekonečné skleněné vlákno v současnosti pracují nepřetržitě a jejich provozní životnost se pohybuje mezi 10 až 18 lety a v některých případech až 20 let. Pece otápěné fosilním palivem vyrábějící speciální a užitkové sklo obyčejně pracují nepřetržitě 3 až 8 let. Elektricky otápěné pece mají kratší provozní životnost při všech způsobech použití, tj. 2 až 7 let. Některé další pece, jako jsou kupolové pece a pece s přerušovaným provozem pro výrobu frit, pracují po mnohem kratší dobu, od pár dnů po několik týdnů. U kontinuálních procesů jsou dvě hlavní kategorie oprav: •
Při „běžné“ opravě se žáromateriál pece a případně regenerátorů opraví částečnou nebo úplnou náhradou materiálu. Kotvení pece se významně neopravuje a rozměry pece zůstávají v podstatě nezměněny. Nevznikají významné změny v požadavcích na pece nebo technologii, je to nejběžnější typ oprav mezi kampaněmi.
•
„Celková“ oprava obyčejně zahrnuje velkou úpravu nebo náhradu kotvení pece a všeho souvisejícího vybavení a zařízení. Lze to přirovnat ke stavbě nové pece, přestože v mnoha případech může být zachováno mnoho ze stávající infrastruktury, zejména regenerátory. Tento typ oprav je méně běžný a přistupuje se k němu obvykle tehdy, když je žádoucí velká změna pece (např. významné zvětšení tavicí plochy nebo velké změny výkonu, otápění nebo technologie). Celková oprava obvykle znamená podstatně vyšší náklady než normální oprava.
V průběhu kampaně pece je možnost její modifikace omezená. Přesto se často za horka provádějí výměny nebo vyztužení poškozených žáromateriálů a relativně jednoduché mohou být také úpravy nebo výměny hořáků. Velké změny ovlivňující technologii tavení jsou obyčejně ekonomicky realizovatelné, jestliže se termínově shodují s opravami pece. To může také platit pro komplexní sekundární opatření na snižování emisí. Řadu vylepšení provozu pece, včetně instalace sekundárních technik, je však možné zavést během provozní kampaně. Kde se to hodí, jsou tyto problémy diskutovány v úvahách o použitelnosti různých technik. Rozdíl mezi „běžnou“ a „celkovou“ opravou není absolutní a existuje řada mezistupňů mezi nejjednodušší normální opravou a kompletní demolicí a úplnou náhradou pece. Při malé opravě lze například buď za horka, nebo za studena opravit konkrétní poškození nebo provést menší úpravu. Menší přestavba také může proběhnout při plánované opravě za studena, přičemž většina žáromateriálu zůstane zachována a vymění se pouze poškozené části. Nejdůležitější rozdíl, který ovlivňuje jak náklady, tak také možnost zařadit novou technologii, je to, zda dochází k významné změně kotvení pece a tím ke změně jejích rozměrů. U specifických případů, zejména menších pecí s častějšími přestavbami a nižšími investičními náklady jsou výhody koordinace ekologických vylepšení a oprav pece méně významné, ale i v těchto případech mohou být ekologické úpravy hospodárnější, jestliže se koordinují s ostatními činnostmi a plánovanými investicemi.
168
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.2 Výběr techniky tavení Techniky tavení používané ve sklářském průmyslu jsou popsány v Kapitole 2. Jedná se o pece různé velikosti: od malých pánvových pecí po velké regenerativní pece produkující až 900–1000 tun skla denně. Výběr techniky tavení závisí na mnoha faktorech, ale zvláště na požadované kapacitě, na složení skla, na požadované kvalitě skla, na cenách paliva, na úrovních cen kyslíku, na místní ceně elektrické energie a na stávající infrastruktuře. Výběr je jedním z nejdůležitějších ekonomických a technických rozhodnutí učiněných u nového zařízení nebo při opravě pece. Nejvýznamnějšími faktory jsou požadovaná kapacita a typ skla. Volba mezi regenerativní a rekuperativní pecí obyčejně závisí na ekonomických a technických důvodech. Proto jsou zde ekologická hlediska diskutována pouze stručně. Volba mezi konvenčním vzduchopalivovým otápěním a elektrickým nebo kyslíko-palivovým tavením je důležitým činitelem při určování BAT a tyto techniky jsou popsány zvlášť. Podobně jsou zvlášť popsány další specifické techniky tavení, např. pec LoNOX®, v oddílech specifických pro jednotlivé látky. Každá z technik popsaných v Kapitole 2 má své inherentní výhody, nevýhody a omezení. Například v době psaní tohoto dokumentu (2010) byla nejtechničtější a nejekonomičtější výroba velkého množství plaveného skla ve velké příčně otápěné regenerativní peci, i když kyslíko-palivové plavicí pece mohou představovat ekonomickou alternativu v závislosti na cenách kyslíku. Alternativy se v odvětví buď ještě plně neosvědčily, nebo ohrožují hospodárnost nebo technické hledisko provozu (např. elektrické tavení nebo rekuperativní pece). U sklářských odvětví s podobnými vlastnostmi (např. obalové a užitkové sklo) může být technologie tavení realizovatelná pro jedno odvětví a nevhodná pro druhé na základě technických a ekonomických vlivů. Environmentální profil pece je výsledkem kombinace volby tavicí techniky, typu skla a požadavků na jeho kvalitu, způsob provozu a vybavení sekundárními opatřeními na snižování emisí. Z ekologického hlediska se obecně dává přednost tavicím technikám, které méně znečišťují, nebo které lze řídit primárními prostředky, před technikami, které se spoléhají na sekundární snižování emisí. Musí se však uvážit i ekonomická a technická proveditelnost a konečná volba by měla být optimálně vyvážená. Environmentální profil různých tavicích technik se bude značně lišit podle vyráběného typu skla, podle způsobu provozování a podle konstrukce. Například emise (před sekundárním opatřením) z rekuperativní pece vyrábějící obrazovkové sklo s přídavkem dusičnanu a blížící se konci kampaně budou málo podobné emisím z nově postavené rekuperativní pece na nekonečné vlákno, která má optimalizovanou geometrii, složení a otápění. Environmentální profil pece může být rovněž ovlivněn specifickými požadavky na kvalitu výrobku v rozdílných odvětvích. Tyto faktory znesnadňují přímé kvantitativní porovnání různých tavicích technik a snižují jeho hodnotu a následující oddíly pouze sumarizují hlavní ekologické úvahy pro každou z technik popsaných v Kapitole 2. Tam, kde je to vhodné, jsou rozdíly v emisích z odlišných typů pecí diskutovány v oddílech specifických pro jednotlivé látky. Elektrické tavení se liší od jiných dále uváděných technik, protože jde o zásadní změnu technologie, která má významný vliv na přímé emise. Elektrické tavení je při zvažování BAT prezentováno jako jedna ze specifických technik. Ovšem vzhledem k dopadu na veškeré emise nezapadá vhodně do této kapitoly dělené podle jednotlivých látek, takže je zde uvedena zvlášť. Ostatní techniky tavení, které se liší od konvenčních vzducho-palivových pecí a představují významný vliv zejména na emise oxidů dusíku, jsou uvedeny v Oddíle 4.4.2. To je případ kyslíko-palivového tavení a speciálních designů pecí, které jsou uvedeny v Oddílech 4.4.2.5, respektive 4.4.2.3.
Sklářský průmysl
169
Kapitola 4
Shrnutí rozdílných měrných spotřeb energie ve vztahu k přijatým technikám tavení je uvedeno v Tabulce 3.13 a na Obrázku 3.4 pro odvětví obalového skla a je roztříděno podle typů a velikostí pecí. Regenerativní pece Tyto pece jsou obecně energeticky účinnější než ostatní pece otápěné fosilními palivy vzhledem k účinnějšímu systému předehřívání spalovacího vzduchu. Nízká spotřeba energie na tunu utavené skloviny vede ke snížení emisí mnoha znečišťujících látek spojených se spalováním. Vyšší teploty předehřívání však podporují větší tvorbu NOX. Tyto pece vykazovaly velmi dobré výsledky při použití primárních technik Ze dvou typů regenerativních pecí mívají řízení emisí, zvláště u NOX. U-plamenné pece obvykle lepší energetickou účinnost a nižší emise. U příčně otápěných pecí je však možné nastavit umístění ohnisek, aby se dosáhlo výroby skla dobré kvality i u velkých pecí díky lepší kontrole proudění taveniny. Náhrada příčně otápěné pece by byla možná pouze při úplné přestavbě. Za předpokladu, že je takovou pec možné postavit v dostupném prostoru, dodatečné náklady spojené s kompletní přestavbou by mohly převážit nad provozními, ekologickými nebo ekonomickými výhodami. Vysoké investiční náklady na regenerativní pece znamenají, že jsou normálně ekonomicky schůdné jen pro velkoobjemovou výrobu skla (obecně více než 100 tun denně, i když existují příklady menších pecí). K výrobě více než 500 tun denně se obvykle používají příčně otápěné pece, které zajišťují dobré řízení teploty po celé délce pece. Rekuperativní pec Tyto pece jsou méně energeticky účinné než pece regenerativní, ale regenerují značné množství tepla prostřednictvím systému rekuperátorů. Další zlepšení energetické účinnosti je možné použitím dalších technik, např. elektropříhřevu, spalinových kotlů, předehřívání plynu, kmene a střepů. Předehřívací teploty jsou nižší než v regenerativních pecích a primárním řízením NOX lze docílit dobrých výsledků. Přestože rekuperativní pece obecně vykazují nižší úrovně emisí NOX, které jsou vyjádřeny v koncentracích (mg/Nm3) (viz průměrné hodnoty v Tabulce 3.15), měrné emise vyjádřené v kg NOX/t skloviny jsou u obou typů pecí srovnatelné, s výjimkou zvláštních konstrukcí rekuperativních pecí (pece LoNOX®). Kombinované tavení fosilním palivem a elektřinou Při použití této techniky jsou dvě možnosti – tavení převážně fosilním palivem s elektropříhřevem nebo převážně elektrické tavení s podporou fosilního paliva. Elektropříhřev je nainstalován na mnoha pecích a může tvořit 2–20 % celkového energetického vstupu. Obvykle u pece na obalové a plavené sklo je velikost elektropříhřevu vzhledem k cenám elektřiny značně omezená (méně než 5 %). Elektropříhřev snižuje přímé emise z pece částečnou náhradou spalování elektrickým otápěním při stejném výkonu pece. Jak je projednáváno v Oddíle 4.2.1, při ucelenější úvaze by měla na místě dosažená snížení být poměřována s emisemi spojenými s výrobou elektřiny. Vysoké náklady spojené s používáním elektropříhřevu znamenají, že se nejedná o obecně upotřebitelné dlouhodobé řešení pro snižování emisí u základní výroby. Jedná se o provozní nástroj, jehož použití je určováno ekonomickými a technickými otázkami. Elektropříhřev lze použít ve spojení s technikami, jako jsou hořáky s nízkými emisemi NOX, aby se zlepšilo tavení a snížily emise, ale není to ekonomické řešení, pokud se používá samostatně. Elektropříhřev lze také použít na upravení konvektivních proudů v tavenině, což napomáhá přenosu tepla a může pomoci při primárním čeření. Hodnocení celkových ekologických výhod elektropříhřevu by však mělo brát v potaz účinnost výroby elektrické energie v elektrárnách.
170
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Přitápění fosilním palivem na převážně elektrické peci je méně běžná technika. Umožňuje dosáhnout mnoha ekologických přínosů elektrického tavení překonáním některých technických a ekonomických omezení této techniky. Použití hořáků zvyšuje rychlost tavení surovin. Samozřejmě zde budou emise spojené se spalováním paliva, a ty budou záviset na podílu dodávaného tepla. U těchto pecí lze použít řadu technik na snížení emisí diskutovaných v této kapitole včetně hořáků s nízkými emisemi NOX a kyslíkopalivového tavení. Diskontinuální tavení kmene Tradičně používanou technikou při maloobjemovém diskontinuálním tavení je pánvová pec, ačkoli se stále častěji používají jiné techniky, jako jsou denní vany a Flex®meltery. Výběr techniky bude obvykle záviset na logistice konkrétního zařízení, zvláště na rozsahu výroby, počtu různých vyráběných složení a na požadavcích zákazníka. Na těchto pecích bude v menší nebo větší míře použitelná řada primárních technik na snižování emisí popsaných v této kapitole. Nejúčinnějšími technikami budou zřejmě optimalizace receptury kmene a techniky spalování. Vzhledem ke konstrukci pánvových pecí budou mít obecně tyto techniky lepší výsledky u denních van a polokontinuálních pecí. Tam, kde je možné použití denních van nebo kontinuálního nebo polokontinuálního tavení, bude obvykle dosahována lepší energetická účinnost a nižší emise. Tavení kamenné vaty Nejběžnější technikou používanou k tavení kamenné vaty je kupolová pec s předehřátým vzduchem, i když existují případy elektrického tavení a plynových pecí. V některých případech byly tyto další možnosti navrženy jako kompletní vývojová zařízení, aby se studovala dlouhodobá únosnost těchto technik, nebo byly zvoleny podle zvláštních místních okolností. Kupolová pec má řadu provozních výhod a toto odvětví ji preferuje. Alternativní pece buď nevykazují žádné podstatné ekologické přínosy, nebo se neprokázala jejich technická a ekologická vhodnost pro rozsáhlejší používání.
4.2.1 Elektrické tavení Popis Tato technika je popsána v Oddíle 2.3.4, protože je základní technikou tavení společnou pro více odvětví. Elektrické tavení má zvláště důležitý vliv na emise znečišťujících látek, a tak je v této kapitole diskutováno jako „primární“ opatření. Dosažené přínosy pro životní prostředí Úplné nahrazení fosilních paliv v peci zamezí tvorbě produktů hoření na úrovni zařízení (ale je třeba uvážit výrobu elektrické energie), konkrétně oxidů síry (při používání topného oleje), NOX ze spalin a oxidu uhličitého (CO2). Zbývající emise pocházejí z unášení pevných částic a rozkladu materiálů v kmeni, zejména CO2 z uhličitanů, NOX z dusičnanů a SOX ze síranů. Ve většině případů, kdy se používá elektrické tavení, se v kmeni používá jen velmi málo síranů, protože se častěji používají jiná čeřidla a oxidační činidla (např. dusičnany). Rovněž se mohou vyskytovat nízké hladiny emisí halogenů, např. fluorovodíku (HF) nebo kovů, pokud jsou tyto látky přítomny v surovinách. Značné emise však mohou vznikat z fluoridů přidaných do složení. Emise všech těkavých složek kmene jsou výrazně nižší než v konvenčních pecích díky zmenšenému proudění plynu a absorpci, kondenzaci a reakci plynných emisí ve vrstvě kmene, která obvykle pokrývá celý povrch taveniny. Pece jsou obvykle na jedné straně otevřené, čímž dochází ke značnému proudění vzduchu způsobenému plynnými emisemi a teplem z taveniny. Obvykle je nezbytná nějaká forma ventilace, aby prach, plyny a teplo mohly unikat, aniž by se dostávaly na pracoviště. Toho se docílí buď přirozeným tahem, nebo odsáváním. Odpadní plyny emitované přirozeným tahem budou mít skutečně malý objem, ale mohou obsahovat vysoké koncentrace prachu a mít špatné rozptylové vlastnosti.
Sklářský průmysl
171
Kapitola 4
Prachové emise lze řídit odtahem do systému odlučování prachu, kterým je vzhledem k malým objemům většinou tkaninový filtr. Z tohoto uspořádání vyplývají velmi nízké prachové emise, a je-li to nutné, je rovněž možná úprava emisí HF suchým čištěním. Viz Oddíly 4.4.1.3 a 4.4.3. Skutečně dosažené emise budou záviset na složení kmene a v důsledku nízkých toků odpadních plynů může být porovnávání koncentrací emisí zavádějící. Velmi obecně však lze uvést, že celkové přímé emise se ve srovnání s konvenční vzducho-palivovou pecí s porovnatelným výkonem snížily 10–100x. Některá skutečná kvantitativní data jsou uvedena v Oddíle 3.8.2.2 pro zařízení na výrobu minerální vlny a u vzorových zařízení představených v tomto dokumentu. Mezisložkové vlivy Použitím elektrického tavení se značně sníží přímé emise z pece a tepelná účinnost je velmi vysoká. Když však uvážíme celkový environmentální profil této techniky, může ekologický dopad výroby elektřiny převýšit většinu jejích přínosů. Úplná kvantitativní analýza není v rozsahu tohoto dokumentu možná. Ekologické problémy související s výrobou elektřiny jsou komplexní a v zemích EU se značně liší, někdy i u jednotlivých zařízení. Elektřina může být dodávána z národní sítě nebo z místního nebo vyhrazeného zdroje, což může ovlivnit jak náklady, tak účinnost dodávek. Jestliže se energie bere z národní sítě, může pocházet z celé řady zdrojů. S výrobou energií z uhlí, oleje, plynu, jádra, vody a dalších obnovitelných zdrojů jsou spojeny rozdílné ekologické problémy. Jestliže vezmeme v úvahu účinnost výroby elektřiny (primární energii), rozdíl v tepelné účinnosti mezi elektrickým tavením a tavením fosilními palivy se rovněž zmenší. To opět velmi závisí na zdroji elektřiny, ale u tradiční elektrárny otápěné fosilním palivem je účinnost od primárního paliva do místa použití elektřiny v rozmezí 30–35 %. U elektráren s kombinovaným paroplynovým cyklem se bude hodnota blížit 50 %. Nepřímé emise CO2 a NOX spojené s výrobou elektřiny byly odhadnuty pro malou pec vyrábějící 20 t bezolovnatého křišťálového skla za den. V tomto konkrétním případě je snížení o 14 t emisí NOX za rok, kterého bylo dosaženo přechodem z fosilními palivy otápěné pece na pec elektrickou, úplně převáženo množstvím nepřímých emisí vzniklých při výrobě elektřiny, které odpovídá 15–16 t NOX za rok a 6300 t nepřímých emisí CO2/rok. Tento příklad však vždy neplatí – u pecí na výrobu olovnatého křišťálu jsou čisté emise NOX a CO2 (přímé i nepřímé) nepatrně nižší u elektrického otápění než u otápění fosilními palivy, ale tento rozdíl je relativně malý. [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] Vzhledem k nízkým objemům odpadních plynů souvisejících s touto technikou jsou náklady na veškeré navazující zařízení na snižování emisí značně sníženy a malá množství sebraného prachu lze vhodně recyklovat. Nízké ztráty těkáním také snižují spotřebu surovin, takže jsou nižší jak emise, tak náklady. To je zvláště výhodné u některých nákladnějších a/nebo toxických složek, jako jsou oxidy olova, fluoridy, sloučeniny arzenu, borax atd. Provozní údaje Obecně elektrické tavení produkuje homogenní vysoce kvalitní sklo, zejména v případě speciálního skla, u kterého kmen obsahuje určité těkavé sloučeniny. U některých užitkových a speciálních skel to může být jeden z hlavních důvodů pro volbu elektrického tavení. Elektrické pece se studenou klenbou však mají menší rozsah provozního výkonu než konvenční pece. Např. elektrická pec se studenou klenbou s kapacitou 40 t/denně bude většinou produkovat mezi 36–44 t/den. Je-li pro specifickou strojní výrobu požadován menší objem vyrobené skloviny, bude se elektrická pec obtížně řídit a bude třeba udržovat vyšší výkon (boční odvod). Bude tak vyráběno větší množství skla, než je vyžadováno pro potřeby výroby, což se odrazí ve vyšších výrobních nákladech. Oproti tomu konvenční pec s kapacitou 40 t/den může takřka bez problémů v případě potřeby produkovat 25–30 t/den. Ve sklářství panuje tradiční názor, že do elektrických pecí se studenou klenbou je třeba přidávat dusičnan sodný nebo dusičnan draselný, aby se vytvořily nezbytné oxidační podmínky pro stabilní, bezpečný a účinný výrobní proces. Používání dusičnanů přímo ovlivňuje emise NOX, a ačkoli je nezbytné pro všechna použití, může snižovat některé z ekologických přínosů elektrického tavení. Použití dusičnanů jako oxidačního činidla je důležitější tam, kde se do pece recykluje odpadový materiál obsahující organické
172
Sklářský průmysl
Kapitola 4
složky. Použití velkého množství cizích střepů (nebo jiného recyklovaného materiálu) může někdy způsobit problémy se zápachem. Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním elektrického tavení je uveden v Tabulce 4.2. Tabulka 4.2:
Hlavní výhody a nevýhody elektrického tavení
Výhody • • • • • • •
Velmi nízké přímé emise. Možnost zvýšení tavicího výkonu na m3 pecní plochy. Lepší přímá energetická účinnost. V některých případech nižší náklady na suroviny. V mnoha případech elektrické tavení přináší homogennější sklo vyšší kvality. Nižší investiční náklady a prostorové požadavky pece. Potenciálně jednodušší provoz. Nevýhody
• • • • •
Vysoké provozní náklady. Zkrácená doba kampaně. Není v současnosti technicky a ekonomicky schůdné pro výrobu skla ve velkém měřítku. Málo pružné a nepřizpůsobivé pro velké změny objemu výroby u vysoce kvalitních skel. Ekologické problémy související s výrobou elektřiny.
Vzorové zařízení pro výrobu užitkového skla, konkrétně křišťálu a olovnatého křišťálu, je uvedeno v Tabulce 4.3.
Sklářský průmysl
173
Kapitola 4
Tabulka 4.3:
Vzorové zařízení na používání elektrického tavení v odvětví užitkového skla (křišťálové sklo a olovnatý křišťál) Provozní podmínky Pec 1
Pec 2
Typ pece Stáří pece
Elektrická se studenou klenbou 4 roky
Elektrická se studenou klenbou 7 let
Kapacita
27 t/d
15 t/d (hořečnaté křišťálové sklo) 20 t/d (olovnatý křišťál)
25 t/d (2006)
15,8 t/d (2005)
Průměrná výroba Typ skla
Pouze vlastní Ano
Hořečnaté křišťálové sklo, olovnatý křišťál Pouze vlastní Ano
Tavení: 4,32 GJ/t utavené skloviny
Tavení: 7,20 GJ/t utavené skloviny
Olovnaté křišťálové sklo
Střepy Použití prachu z filtrů Měrná spotřeba energie (1)
Celkem: 7,70 GJ/t utavené skloviny, 15,4 GJ/t hotového výrobku 15 000–20 000 Nm3/h (suchý plyn při provozním obsahu O2)
Objem odpadních plynů (2)
Celkem: 10,58 GJ/t utavené skloviny, 21,16 GJ/t hotového výrobku 15 000–20 000 Nm3/h (suchý plyn při provozním obsahu O2)
3
Přidružené úrovně emisí ( ) Pevné částice (4)
2,8 mg/Nm3
NOX (dusičnany v kmeni) (5)
420–560 mg/Nm3 (8,1 kg/t)
SO2 (5)
Není relevantní – nulový obsah síry v kmeni
HCl (5)
< 3 mg/Nm3
5
HF ( )
< 1 mg/Nm3
Sb (5)
Plynný < 0,01 mg/Nm3, pevný < 0,01 mg/Nm3
Pb (5)
Plynný < 0,01 mg/Nm3 (mimo detekční limit), pevný 0,04 mg/Nm3
340–460 mg/Nm3 (10,4 kg/t)
(1) Uváděné údaje se týkají energie v místě použití a nejsou upraveny na primární energii. (2) Velký objem odpadních plynů plyne z maximalizovaného objemu vypouštěného vzduchu. (3) Použitá opatření/techniky na snížení emisí: tkaninový filtr u každé pece, odsávání plynů z pokovování za horka (těkání olova). (4) Průměr tří půlhodinových kontinuálních měření. (5) Jedno měření každé dva roky (půlhodinové průměry). Zdroj:[110, Austria, Domestic glass plants 2007]
Použitelnost Elektrické tavení lze použít v mnoha oblastech sklářského průmyslu a používá se v několika odvětvích, včetně výroby vysokoteplotní izolační vaty, minerální vaty, speciálního skla, užitkového skla a v menší míře při výrobě malých množství flakonů. Elektrické tavení lze samozřejmě instalovat pouze při přestavbě pece. U výroby plochého skla nebo frit nejsou známy případy použití elektrického tavení v celém rozsahu. Tato technika se běžně používá k výrobě vysoce těkavých znečišťujících skel (např. olovnatého křišťálu a opálového skla) a k výrobě produktů s vyšší přidanou hodnotou. Širší použití techniky je omezeno provozními náklady a některými technickými faktory. Jak již bylo řečeno, hlavní překážkou jsou provozní náklady a v závislosti na řadě faktorů tento fakt tvoří horní mez ekonomické průchodnosti. V době psaní tohoto dokumentu (2010) se technika nepoužívala pro velkoobjemovou výrobu (> 300 tun za rok) a nelze ji tak považovat za plně prokázanou ani technicky, ani ekonomicky. Použití elektrického tavení při výrobě nekonečného skleněného vlákna se v současnosti nepovažuje za ekonomicky ani technicky 174
Sklářský průmysl
Kapitola 4
schůdné, neboť E-sklo, které se pro tento typ výrobku často používá, má nízký obsah alkalických kovů, což se odráží ve velmi nízké vodivosti. Mezi lety 1989 až 2000 byla ve Velké Británii v provozu experimentální linka na výrobu plaveného skla s elektricky otápěnou pecí. Toto zařízení bylo postaveno pro demonstraci principu tavení plaveného skla v elektrické peci se studenou klenbou. Zařízení v tomto pilotním rozsahu fungovalo úspěšně a bylo použito k výrobě řady exotických skel, protože řízení emisí na konvenčně otápěných pecích by v tomto případě bylo velice obtížné. Toto použití ukázalo, že v současnosti není ekonomicky schůdné provozovat velkou linku na výrobu plaveného skla (> 500 tun za den) s elektrickou pecí kvůli vysokým provozním nákladům. Pec již není v provozu. Hospodárnost Ekonomická schůdnost elektrického tavení závisí hlavně na cenovém rozdílu mezi elektřinou a fosilními palivy. V době psaní tohoto dokumentu (2010) byla průměrná cena elektřiny na jednotku energie 4 až 5x vyšší než cena topného oleje. Cena elektřiny se mezi členskými státy může lišit až o 100 %, ale ceny fosilního paliva vykazují menší rozdíly. Ceny paliv a jejich změny jsou diskutovány v Oddíle 4.4.3.1. Elektrické pece jsou velmi tepelně účinné, obecně jsou 2 až 4 krát lepší než vzducho-palivové pece. Srovnání velkých energeticky účinných pecí se pohybuje na spodní mezi tohoto rozmezí a pro menší pece platí horní mez. Elektrické pece mají mnohem nižší investiční náklady než konvenční pece, což při anualizaci částečně kompenzuje vyšší provozní náklady. Mají však kratší dobu kampaně, po které vyžadují přestavbu nebo opravu, tj. 2 až 7 let ve srovnání s 10 až 20 lety u konvenčních pecí. Elektrická pec může být konkurenceschopná v rozmezí 10 až 50 t/den díky vyšším měrným tepelným ztrátám vzducho-palivových pecí. Nelze učinit žádné obecné závěry o porovnání nákladů na elektrické tavení s náklady na tavení fosilními palivy. Všechna posouzení cen je třeba provést případ od případu, protože je třeba vzít v potaz několik parametrů (umístění, rozdílné zdroje a ceny energie, kapacitu pece, flexibilitu výroby, životnost pece, požadovanou kvalitu skla, stabilitu procesu atd.), zejména v případě, kdy se porovnávají celoelektrické pece s regenerativními, rekuperativními a kyslíko-palivovými. Například porovnání celoelektrické tavné pece s kapacitou cca 30 t/den v odvětví stolního/křišťálového skla a rekuperativního unit melteru ukazuje, že elektrická pec vyžaduje vyšší investiční náklady cca 3 mil. euro kvůli své zkrácené životnosti, ale má nižší provozní náklady (o 350 000 euro). V tomto konkrétním případě jsou uváděny o něco nižší náklady na tunu utavené skloviny. Podle současné praxe bylo navrženo následující obecné vodítko pro velikost elektrických pecí, které mohou být životaschopné, tj. které mohou být potenciálně praktickou alternativou (jsou zde nevyhnutelně výjimky způsobené místními okolnostmi): •
Pece do 75 tun denně jsou obecně životaschopné.
•
Pece v rozmezí 75–150 tun za den mohou být životaschopné za určitých okolností.
•
Pece větší než 150 tun za den obecně nebudou životaschopné.
Finanční úvahy mohou být také silně ovlivněny místně specifickými faktory zahrnujícími: převažující ceny energie, požadavky na kvalitu výrobků, vhodný prostor, cenu alternativních opatření na snižování emisí, běžnou legislativu, jednoduchost provozu a očekávanou provozní životnost alternativních pecí. V těch členských státech, kde je cenový rozdíl mezi fosilními palivy a elektřinou na horní hranici uváděného rozmezí, se může zdát volba elektrického tavení méně atraktivní. V takových případech to může vést k tomu, že provozovatel spíše než elektrické tavení zvolí kombinaci jiných technik. Při používání elektrických pecí jsou emise CO2 spojené s procesem tavení nízké, protože se tvoří pouze ze složení kmene. Související provozní náklady nebudou téměř vůbec ovlivněny cenou emisních povolenek CO2 potřebných na pokrytí emisí z pece (Evropské směrnice 2003/87/ES a 2009/29/ES o vytvoření systému pro obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů). Je však třeba zvážit nepřímý vliv na cenu elektrické energie kvůli nákladům na povolenky postoupeným dále výrobcem elektřiny. Sklářský průmysl
175
Kapitola 4
Zda budou elektrické pece mít lepší „uhlíkovou stopu“, bude záležet na zdroji elektřiny. Příklad zařízení uvádějící náklady spojené s technikou elektrického tavení používanou ve výrobě speciálního boritokřemičitého skla je uveden v Tabulce 4.4. Tabulka 4.4:
Příklad zařízení používajícího elektrické tavení v odvětví speciálního skla
Provozní podmínky Pec 1 Typ pece Elektrická pec Plánovaná doba kampaně 60 měsíců Max. teplota klenby 230 Ԩ Kapacita 38 t/den Současný výkon 35 t/den Typ skla Boritokřemičité, bílé Střepy 70 % Měrná spotřeba energie (1) 4,45 GJ/t skloviny Použití prachu z filtrů Ne Systém zamezující znečištění ovzduší a náklady s ním spojené (2) Typ filtru (dva oddělené filtry)
Pec 2 Elektrická pec 60 měsíců 230 °C 48 t/den 45 t/den Boritokřemičité, bílé 70 % 3,91 GJ/t skloviny Ne Pec 1 a pec 2 Tkaninový filtr 80 Ԩ
Teplota před filtrem Absorpční činidlo Množství absorpčního činidla Prach z filtrů Spotřeba energie včetně ventilátoru Investiční/obnovovací náklady (tkaninový filtr, ventilátor, potrubí) Doba amortizace Provozní náklady Roční náklady na amortizaci Celkové roční náklady Odhadované náklady na tunu skloviny Související úrovně emisí Pec 1 mg/Nm3 (3) kg/t skloviny Pevné částice 1,2 0,0017 NOX (4) 72 0,39 SO2 0,7 0,0037 HCl 5,1 0,028
Ca(OH)2 3 (kg/h) Skládkování 20 (kWh/h) 440 000 euro 10 let 50 000 euro 58 520 euro 108 520 euro 3,71 euro/t skloviny Pec 2 mg/Nm3 (3) 0,8 103 4,7 22,0
kg/t skloviny 0,0008 0,29 0,013 0,061
(1) Uváděné údaje se týkají energie v místě použití a nejsou upraveny na primární energii. (2) Údaje o nákladech se vztahují k roku zavedení systému zamezujícího znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. (3) Koncentrace jsou vztaženy k naměřenému obsahu kyslíku. 4 ( ) Emise NOX pocházejí z používání dusičnanů v kmeni. Zdroj:[75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
176
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hnací síla zavádění techniky Teplotní účinnost elektrické pece je vyšší, než je tomu u konvenční pece stejné velikosti. Objemy odpadních plynů jsou velmi nízké (pouze plyny z rozpadu kmene). Používání elektrické energie může být místně podporováno v rámci nízkouhlíkové energetické politiky. Vzorová zařízení Schott, Mainz, Německo – speciální sklo. British Gypsum Isover Ltd, Runcorn, Velká Británie – skleněná vata. SGD, Mers-les-Bains, Francie – obalové sklo (flakony). Bormioli Luigi, Parma, Itálie – užitkové sklo. Bormioli Rocco e Figlio, Bergantino, Itálie – boritokřemičité obalové sklo (flakony).
Referenční literatura [65, Glass for Europe-Proposals for GLS revision 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
4.2.2 Provoz a údržba pecí Popis Provoz a údržba tavicích pecí jsou primární technikou pro snižování ekologických dopadů kvůli stárnutí pece. Tato technika se normálně používá u regenerativních pecí s dlouhou životností, ale některá z těchto doporučení lze také uplatnit u jiných pecí. Konvenční tavicí pece (otápěné fosilními palivy) mohou pracovat dlouhou dobu a je zde tendence tuto dobu neustále prodlužovat. Průměrná provozní doba je 12 let a v některých případech až 18 let. V průběhu životnosti pece dochází k opotřebení a stárnutí žáromateriálů a pohybům žáruvzdorné konstrukce (rozpínání a stahování) a v důsledku toho může docházet k tepelným ztrátám a snížení energetické účinnosti a vzniku prasklin v horní stavbě pece. Tyto praskliny mohou způsobit vnikání nežádoucího vzduchu (v závislosti např. na tlaku v peci). Je proto velmi důležité zavést neustálou kontrolu a monitoring pece, aby bylo zajištěno, že bude prováděna nezbytná údržba, aby se minimalizovaly účinky stárnutí a optimalizovaly provozní podmínky a jejich nastavení. Nejdůležitější činnosti údržby žáromateriálů jsou: •
Zajistit, aby stěny pece a regenerátorů byly vždy utěsněny proti vnikání nežádoucího vzduchu do pece;
•
Uzavřít a/nebo utěsnit všechny otvory v peci (např. průzory, jiné otvory pro monitorovací sondy, zakládací přístavky a hořákové tvarovky), když se nepoužívají;
•
Zlepšit přenos tepla v regenerativních pecích, v případě potřeby čistit mřížoví a provádět odpovídající údržbu výměníků tepla v rekuperativních pecích;
•
Udržovat maximální možnou izolovanost při aktuálním stavu pece.
Co se týče provozu pece, nastavené parametry je třeba udržovat konstantní v závislosti na výrobním procesu a použitých primárních technikách prováděním následujících úprav, např.: •
Nastavením hořáků a zajištěním, že budou utěsněny hořákovými tvarovkami;
•
Regulací podmínek pro stabilizovaný plamen, např. délky, jasnosti a rozprostření teplot;
•
Regulací poměru vzduch/palivo.
Monitoring a řízení pece jsou důležité pro dosažení nejlepších výsledků. Pro používané vybavení by měl být zaveden odpovídající program údržby.
Sklářský průmysl
177
Kapitola 4
Dosažené přínosy pro životní prostředí Nejdůležitějšími přínosy této techniky jsou snížení spotřeby energie a emisí NOX. Dalším přínosem může být redukce prachových emisí snížením unášení díky lepšímu nastavení hořáků a lepším podmínkám pro plamen. V dobře udržované peci stárnutí způsobuje zvýšení spotřeby energie, které u regenerativních pecí odhadem činí 1,5 až 3 % za rok, kvůli menší izolaci a snížené účinnosti tepelné výměny. Špatná údržba může tuto spotřebu významně zvýšit. Vnikání nežádoucího vzduchu snižuje energetickou účinnost, protože tento vzduch není předehřívaný a také proto, že zapříčiní změnu podmínek spalování. Další dusík vnikající do pece s tímto vzduchem rovněž nekontrolovatelně zvýší tvorbu NOX. Zvláštní pozornost je třeba věnovat kyslíko-palivovým pecím, aby se zabránilo vnikání vzduchu způsobenému netěsností pece a/nebo hořákových tvarovek, což by způsobilo tvorbu NOX. Kromě snížení emisí NOX může tato technika zlepšit výkonnost pece a kvalitu vyrobeného skla, protože zvyšuje stabilitu tavení. Informace hodnotící tato zlepšení ještě nejsou k dispozici. Obecně lze říci, že u dobře udržované pece se zvyšuje životnost všech jejích součástí (např. klenby pece, palisády, klenby regenerátoru a mřížoví regenerátoru). Mezisložkové vlivy Čištěním mřížoví žáromateriálu v regenerátoru vzniká pevný odpad, který může být kontaminován žáruvzdornými materiály a/nebo kovy. V takovém případě nelze prach (zejména síran sodný) recyklovat zpět do pece a vzniklý pevný odpad je potřeba vyvážet na skládku. Zavedení opatření na regulaci poměru vzduch/palivo může způsobit přítomnost značného množství CO v regenerátorech. Spalování se vzduchem při nižším než stechiometrickém poměru a velmi redukční kouřové plyny (indikované vysokou koncentrací CO) mohou vést k usazování a kondenzaci agresivních solí v regenerátorech s možným následným poškozením žáromateriálu mřížoví a v důsledku toho dojde ke snížení provozní životnosti pece. Provozní údaje Monitorování parametrů pece a utěsnění všech otvorů by měly být součástí dobré praxe při provozování pece. Plán monitorování bude záviset na peci (např. na typu, stáří, opotřebení nebo typu mřížoví), typu taveného a vyráběného skla, druhu používaného paliva (olej nebo plyn) atd. Příkladem může být následující plán monitorování: •
u vstupů nežádoucího vzduchu (otvory, praskliny): denní vizuální kontrola a zásah (utěsnění), je-li to třeba;
•
u regenerátorů: vizuální kontroly prováděné pravidelně provozovateli zařízení; vyčištění mřížoví v případě potřeby.
Použitelnost Tuto techniku lze použít v průběhu provozní životnosti stávající nebo nové pece. Je vhodnější pro všechny kyslíko-palivové pece, rekuperativní a regenerativní pece. Lze ji rovněž zvážit u jiných pecí, ale vyžaduje specifické posouzení každého případu. Mnoho moderních skláren již dosáhlo ekologických přínosů a snížení energie díky řádné údržbě pece, provozním podmínkám a regulacím.
178
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hospodárnost Náklady spojené s použitím této techniky zahrnují školení kvalifikovaných zaměstnanců v kontrole a údržbě, nákup potřebného vybavení, jako jsou kamery a čidla na měření kyslíku a teploty. Je-li síranový prach odvážen na skládku, přinese to další náklady. Náklady na údržbu jsou však zdaleka převáženy přínosy získanými z úspor energie, lepší kvality výrobků a vyšší výkonnosti. Dosažitelné úspory energie vedou k nižším nákladům na CO2 povolenky v rámci Systému pro obchodování s povolenkami (ETS). Hnací síla zavádění techniky Na konci provozní životnosti pece může být obtížné splňovat zákonné požadavky týkající se emisí NOX. Pouze uchování pece v nejlepším možném stavu může zpomalit nárůst těchto emisí. Vzorová zařízení Většina velkých společností vyrábějících obalové sklo, např. Saint-Gobain, Owens-Illinois (O-I), Ardagh Glass tuto techniku používá u svých pecí. Používá ji i většina společností v odvětví plochého skla (např. AGC, Pilkington NSG Group, Saint-Gobain). Referenční literatura [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [78, DUTCH Oxy-firing furnaces 2007] [79, TNO OxyFiring2005ATIVFinal 2005] [85, Spanish BAT Glass Guide 2007]
4.3 Techniky pro skladování surovin a manipulaci s nimi Z různorodosti sklářského průmyslu vyplývá použití celé řady surovin. Většina z těchto surovin jsou pevné anorganické sloučeniny, buď minerály vyskytující se v přírodě, nebo uměle vyrobené produkty. Sahají od velice hrubých materiálů až k jemným práškům. Ve většině odvětví se také používají kapaliny a v menší míře plyny.
4.3.1 Techniky skladování surovin Sypké práškové materiály se obvykle skladují v silech a emise lze minimalizovat používáním uzavřených sil, která jsou odvětrávána do vhodných zařízení na snižování emisí prachu, jako jsou tkaninové filtry. Kde to lze, může se sebraný materiál vrátit do sila nebo recyklovat do pece. Jestliže množství použitého materiálu nevyžaduje použití sil, mohou se jemné materiály skladovat v zakrytých nádobách nebo uzavřených pytlích. Zásoby hrubého prašného materiálu se mohou skladovat zakryté, aby se zabránilo unášení větrem. Zvláštní pozornost je třeba věnovat skladování cizích střepů, které jsou potenciálním zdrojem prachu, fugitivních emisí a pachů vzniklých z organických zbytků obsažených v této sekundární surovině, přesto, že cizí střepy jsou před dodávkou zpracovávány specializovanými společnostmi, aby vyhovovaly specifickým kvalitativním požadavkům. Tam, kde prach představuje zvláštní problém, může být u některých zařízení potřeba použít vozidla na čištění vozovek a zvlhčování vodou. Těkavé suroviny lze skladovat tak, aby se minimalizovaly emise do vzduchu. Obecně mají být teploty skladovaných kapalných surovin co nejnižší a je třeba brát v úvahu teplotní změny v důsledku slunečního záření atd. U surovin s významným napětím par nebo u páchnoucích látek mohou být nezbytné specifické techniky ke snižování úniků výdechem z nádrže nebo vytěsňováním par během přepravy kapalin.
Sklářský průmysl
179
Kapitola 4
Ke snižování ztrát ze skladovacích nádrží při atmosférickém tlaku se používají následující techniky/opatření: •
opatření nádrže nátěrem s nízkou pohltivostí slunečního záření
•
regulace teploty
•
izolace nádrží
•
řízení zásob
•
používání nádrží s plovoucí střechou
•
používání přepravních systémů s vracením výparů
•
používání nádrží s pryžovým vakem
•
používání tlakových/vakuových ventilů u nádrží konstruovaných na kolísání tlaku,
•
úprava uvolňovaných látek (např. adsorpce, absorpce, kondenzace)
•
plnění pod hladinu.
Další informace ohledně technik pro skladování surovin, které zabraňují fugitivním/difuzním emisím nebo je minimalizují, lze nalézt v Referenčním dokumentu BREF pro emise ze skladování (EFS) [121, EC 2006] (viz rovněž Oddíl 3.2.2.1 v tomto BREF).
4.3.2 Techniky manipulace se surovinami Obecné techniky používané při manipulaci se surovinami jsou popsány v Oddíle 2.1. Pokud jde o emise z manipulace se surovinami do ovzduší, je zde velice málo problémů, které by byly specifické pro sklářství. Proto tento oddíl pouze sumarizuje ty techniky, které jsou obecně považovány za dobrou praxi při zacházení s těmito typy surovin. Jestliže se suroviny dopravují nadúrovňovými dopravníky, je nutné jejich zakrytí na ochranu před větrem, aby se zamezilo podstatným ztrátám materiálu. Tyto systémy mohou být navrženy tak, že uzavírají dopravník ze všech stran. Při použití pneumatické dopravy je nutný utěsněný systém s filtrem, který před vyložením vyčistí vzduch v přepravním prostoru, aby se omezila prašnost během dopravy a úlet jemných částic z pece, může být v kmeni udržováno určité procento vody, obvykle 0–4 %. Některé procesy (např. výroba boritokřemičitého skla) používají v kmeni suché suroviny a při použití suchých materiálů je možnost prachových emisí vyšší, a proto je nutná větší péče. Obecně je prach ze systémů na čištění kouřových plynů velmi jemný a může obsahovat značná množství nezreagovaného zásaditého činidla, které by mohlo být korozivní a/nebo dráždivé. V důsledku toho by manipulace a skladování tohoto materiálu vyžadovaly zvláštní péči. Oblastí, kde jsou prachové emise běžné, je zakládací oblast pece. Hlavní opatření/techniky řízení emisí v této oblasti jsou následující: • •
• • • •
180
Vlhčení kmene Používání mírného podtlaku v peci (použitelné pouze jako nedílná součást provozu, konkrétně u tavných pecí na výrobu frit, viz Oddíl 2.11.2). Je třeba uvést, že podtlak může mít nepříznivý vliv na energetickou účinnost pece, protože způsobuje vnikání studeného vzduchu do pece. V praxi se u všech tavicích pecí používá mírný přetlak cca 5 Pa Používání surovin, které nezpůsobují dekrepitaci (především dolomit a vápenec). Tento jev spočívá v pukání hornin působením tepla, což může mít za následek vyšší emise prachu Používání odsávání napojeného na filtrační systém (obvyklé v pecích se studenou klenbou) Používání uzavřených šroubových podavačů Uzavření kapes podavačů (může vyžadovat chlazení).
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Prachové emise mohou proudit přímo do ovzduší nebo mohou zůstávat uvnitř provozu. V tom případě se prach může v budově hromadit a může při pohybu proudů vzduchu do budovy a z budovy způsobovat fugitivní emise. V potenciálně velmi prašných oblastech, jako je kmenárna, má být budova navržena tak, aby měla minimum otvorů a dveří, nebo aby byly instalovány prachové zástěny tam, kde je to nutné. V budovách, kde jsou umístěny pece, je často nezbytné zajistit určitý stupeň přirozeného chlazení, a tak se používají ventilátory atd. Je důležité zajistit standard dobrého hospodaření a řádné fungování všech opatření k řízení prachu (těsnění, odsávání atd.). Oblasti výrobního procesu, kde pravděpodobně bude vznikat prach (např. otvírání pytlů, mísení kmene pro výrobu frit, odstranění prachu z tkaninových filtrů atd.) mohou být vybaveny odsáváním do vhodného zařízení na snižování emisí. To může být důležité u menších zařízení, kde je vysoký stupeň ruční manipulace. Všechny tyto techniky jsou zvláště relevantní tam, kde se zachází s toxičtějšími surovinami a kde se tyto suroviny skladují, např. oxid olova a suroviny s obsahem fluoru (viz rovněž Oddíl 3.2.2.1 a oddíly specifické pro daná odvětví v Kapitole 3). Referenční literatura [121, EC 2006]
4.4 Techniky řízení emisí z tavení do ovzduší 4.4.1 Pevné částice Pro účely tohoto dokumentu se pojmem „pevné částice“ označuje veškerý materiál, který je v místě měření pevný a u emisí z tavení se považuje za synonymum pro pojem prach. Oba tyto pojmy lze v této kapitole navzájem zaměnit. Pojem „celkové částice“ označuje všechny anorganické a organické pevné materiály (bez spodní meze velikosti) a tekutiny (kapky a aerosoly), které mohou být přítomny v kouřových plynech. Teplota v místě měření je u sklářských pecí zvláště důležitá, protože některé z materiálů, které vytvářejí prach (zvláště boritany), mohou těkat za nízkých teplot. Také povaha prachu z těchto procesů velice znesnadňuje přesné měření. Povaha prachových emisí ze sklářských pecí se u různých procesů mění, ale závisí hlavně na konstrukci a provozu pece a na složení skla. Třemi hlavními zdroji prachu z tavení jsou: •
úlet surovin z kmene
•
těkání a reakce látek ze surovin tvořících kmen a ze skloviny
•
kovové nečistoty v palivech.
Sekundárním zdrojem prachových emisí souvisejících s tavicím procesem jsou pevné látky vzniklé chemickou reakcí mezi plynnými nečistotami a alkalickými činidly používanými pro čištění odpadních plynů. U pecí otápěných fosilními palivy představuje těkání a následná reakce/kondenzace těkavých materiálů uvolňujících se z horkého povrchu skla největší podíl celkových prachových emisí. Obecně 80 až 95 % prachových emisí vznikne tímto způsobem. Je proto důležité zajistit, aby těkavé látky zkondenzovaly ještě před čištěním nebo měřením spalin. Není to problém u síranu sodného (bod tavení cca 884 oC), ale u kouřových plynů obsahujících boritany se již jedná o vážnou věc.
Sklářský průmysl
181
Kapitola 4
U moderní, dobře provozované pece představuje unášení surovin z kmene obvykle méně než 5 % konečných emisí. Tento prach je tvořen složkami kmene a převažují v něm ty nejlehčí materiály. Kovové nečistoty v palivech (vanad a nikl) budou přispívat k prachovým emisím, ale na úrovni obecně značně pod 5 % z celku. Tyto nečistoty vznikají hlavně při použití topného oleje, který může k celkovému množství prachu přispět také malým množstvím popela. Kovové částice se také objevují ve střepech a jiných surovinách. Mechanismy těkání materiálu a vzniku pevných částic nejsou u všech typů skel zcela pochopeny. Konkrétně u kouřových plynů bohatých na SO2 (u olejem otápěných pecí) je mechanismus vzniku pevných částic při teplotách 400 °C značně složitý, s možností vzniku různých sloučenin (hydrogensíranu sodného (NaHSO4), pyrosíranu sodného (Na2S2O7) a kyseliny sírové (H2SO4)), které mohou silně ovlivnit spolehlivost měření koncentrace pevných látek, nejsou-li brány v potaz. Přibližně 90 % veškerého skla vyrobeného v EU je sklo sodnovápenaté a většina informací se týká těchto složení. Prach z pece na sodnovápenaté sklo je tvořen převážně síranem sodným. Až 98 % prachu je tvořeno rozpustnými materiály, z toho 80–90 % síranem sodným. Zbytek bude záviset na přesném složení skla, ale bude obsahovat zejména sírany, zvláště síran draselný (K2SO4). Nerozpustná frakce obsahuje hlavně křemík s malým množstvím kovů (např. Al, Fe a Cr). Jsou-li používány cizí střepy, prach může obsahovat jiné složky (např. Pb). Průměr částic je obecně v rozmezí 0,02 až 1 µm, ale menší částice se snadno shlukují do větších částic. Nejnovější studie ukazují, že se prach v emisích z pecí na výrobu plochého skla skládá z částic s průměrem mezi 0,02 a 2 µm, se středním průměrem 1,3 µm u čištěných i nečištěných odpadních plynů (viz: Glass International,September 2009 – Particle size range in the waste gas of flat glass furnaces) [178, Glass International September 2009]. Je možné rozlišit řadu různých procesů těkání, které jsou diskutovány v Oddíle 4.4.1.1. U skel s vysokým obsahem boru (např. nekonečné vlákno, skleněná vata a boritokřemičité sklo), jsou hlavní složkou emitovaného prachu boritany. Zbytek bude tvořen sírany, oxidem křemičitým a ostatními sloučeninami (např. dolomitem, vápencem) v závislosti na složkách a nečistotách v kmeni. Protože se složení kmene mohou u různých typů skla značně lišit, výsledné prachové emise jsou rovněž různorodé a řídí se rozdílnými mechanismy tvorby. Hlavními sloučeninami boru odpařujícími se z taveniny jsou metaboritan sodný (NaBO2), metaboritan draselný (KBO2) a kyselina metaboritá (HBO2). Ve výrobě minerální vlny obsahuje kmen vysoké úrovně oxidu boru, ale také velká množství oxidu sodného, který se během tavení odpařuje a následně vytváří pevný metaboritan sodný (NaBO2) při teplotách nižších než 900 °C až do 650–700 °C. Malá množství boru jsou emitována ve formě plynů, především jako kyselina metaboritá (HBO2). Chemické složení prachu zastupují především boritany alkalických kovů a menší množství boritých kyselin. U jiných typů skel obsahujících bor je situace odlišná. U boritých skel s nízkým obsahem alkalických kovů (např. E-skla obsahujícího bor, které se používá při výrobě nekonečného vlákna) nízká koncentrace oxidů alkalických kovů (obvykle okolo 1 % hmotnosti) ovlivňuje mechanismus tvorby prachu, což vede k převažujícímu odpařování kyseliny metaborité (HBO2). Zatímco během ochlazování kouřových plynů většina sodíku a draslíku zkondenzuje a vytvoří sírany (díky přítomnosti SO2 z čeření taveniny síranem sodným) a v menší míře také boritany alkalických kovů, plynné sloučeniny boru mohou reagovat a vytvářet jiné sloučeniny, např. kyselinu boritou (H3BO3): HBO2 + H2O → H3BO3 [167, Hans van Limpt (TNO) 2007]. Kyselina boritá a metaboritá mají nízké teploty kondenzace a mohou být stále přítomny v plynné formě (zejména kyselina boritá) v kouřových plynech při filtračních teplotách. V takovém případě bude většina boritých kyselin přítomna v kouřových plynech jako plynné sloučeniny při teplotách nižších než 200 °C, ale také až při 60 °C.
182
Sklářský průmysl
Kapitola 4
U boritokřemičitých skel mechanismus tvorby prachu silně ovlivňuje schopnost filtračního systému odstranit sloučeniny boru přítomné v kouřových plynech. Pro zachycování plynných sloučenin boru jsou extrémně důležitá složení odpadních plynů, provozní teplota filtračního systému, typ absorpčního činidla a místo jeho vstřikování předřazené před filtračním systémem. V mnoha případech, kdy jsou plynné sloučeniny boru přítomny v kouřových plynech z tavicí pece, zjištěný obsah pevných částic silně závisí na použité metodě měření a na teplotě odpadních plynů v bodě odběru vzorků. Z těchto důvodů je třeba použít specifické měřící procedury, aby se rozlišily pevné a plynné sloučeniny boru v kouřových plynech (viz Oddíl 8.3.2). V době psaní tohoto dokumentu (2010) probíhalo a bylo naplánováno několik výzkumů týkajících se snižování obsahu plynných sloučenin boru v kouřových plynech z výroby boritokřemičitých skel. U olovnatého skla (obrazovkové sklo a olovnatý křišťál) bude těkající olovo kondenzovat ve formě oxidu olovnatého a někdy síranu olovnatého. U elektrických pecí se studenou klenbou jsou emise prachu mnohem menší a vznikají výlučně unášením kmene. Absence vysokoteplotní spalovací atmosféry zabraňuje vzniku emisí pevných částic reaktivním těkáním. V kupolových pecích na výrobu kamenné vaty jsou prachové emise kombinací prachu ze surovin, produktů spalování a zkondenzovaných těkavých látek uvolněných během tavení. Emise kovů ze zpracování skla do ovzduší jsou z větší části vázány v pevných částicích. Z tohoto důvodu se kovy v této kapitole neřeší odděleně, ale jsou diskutovány vzhledem k prachovým emisím, a kde je to vhodné, jsou uvedeny odkazy na další oddíly. Za určitých okolností se však mohou objevit významné plynné emise kovů, například selenu z bronzových nebo odbarvených skel a olova z olovnatého křišťálu, z procesů výroby speciálního skla nebo z nečistot obsažených v cizích střepech (zejména olova, viz níže). Hlavními zdroji kovů jsou nečistoty v surovinách, střepech a palivu a používání specifických sloučenin a aditiv v kmeni k ovlivnění specifických vlastností (např. oxidů olova, barviv a odbarvovacích činidel). Cizí střepy jsou důležitým zdrojem kovových nečistot, zvláště olova (střepy z obalového skla v sobě nesou historickou kontaminaci z olovnatých skel, která je řešena ve Směrnici č. 94/62 o obalech a obalových odpadech s průměrnou varovnou úrovní 200 ppm), ale také jiných kovů, například když jsou ve střepech trubice rtuťových výbojek, může se dojít ke znečištění rtutí. Informace o úrovních emisí kovů jsou uvedeny ve specifických oddílech v Kapitole 3 a v Tabulce 3.5. U řízení emisí kovů jak ve formě prachových, tak plynných emisí existují tři přístupy. 1.
2.
3.
Výběr surovin za účelem minimalizace znečištění, a kde je to možné, použití alternativních přísad. Výběr surovin zahrnuje specifikaci kvality střepů. Tam, kde se kvůli omezené dostupnosti cizích střepů používají pouze vlastní střepy, mohou být emise kovů snadněji kontrolovatelné. Techniky na odlučování prachu, zvláště textilní filtry a elektrostatické odlučovače. Tam, kde emise obsahují významné koncentrace kovů činící až 70–80 % celkového prachu (tj. při výrobě olovnatého křišťálu), mohou vysoce účinné systémy na snižování emisí prachu snižovat jak prachové emise, tak emise kovů. Plynné emise kovů (např. selenu) se mohou podstatně snížit použitím suchého nebo polosuchého čištění v kombinaci s odlučováním prachu (viz Oddíl 4.4.3.3).
V některých případech, zvláště v Německu, bylo snížení emisí kovů hlavní hnací silou zavádění odlučovačů prachu v kombinaci se suchým nebo polosuchým čištěním.
Sklářský průmysl
183
Kapitola 4
Faktory zahrnuté při určování BAT pro odlučování prachu ve sklářských pecích jsou následující: •
ekologický dopad prachu
•
primární a sekundární techniky na snížení emisí ve vztahu k BAT
•
úspory ze zvýšené výroby a zvážení cen s tím spojených.
Ekologický dopad prachu Významnými aspekty prachových emisí z ekologického pohledu jsou obecně emise prachu, potenciální emise (těžkých) kovů a emise jemných pevných částic. Jak je uvedeno výše, u sodnovápenatých skel je hlavní složkou prachu síran sodný (až 95 %). Síran sodný není sám o sobě považován za nebezpečný [68, Domestic Glass Data update 2007] [168, CPIV – Health Risk Assessment 2009]. Emise pevných částic s průměrem menším než 10 µm (PM10) a menším než 2,5 µm (PM2,5), což je obecně případ emisí ze sklářských pecí, však mají potenciál způsobit zdravotní problémy a ekologické škody, a proto jim tvůrci ekologické politiky věnují zvýšenou pozornost. V pevných částicích ze sklářských pecí lze také nalézt několik druhů kovů. Hlavními problémovými složkami jsou selen (Se), olovo (Pb), chrom (Cr), měď (Cu), vanad (V), nikl (Ni), antimon (Sb), arzen (As), kadmium (Cd), zinek (Zn) a mangan (Mn). Emise těchto prvků silně závisejí na množství a kvalitě používaného recyklovaného skla (střepů), na tom, zda se používá topný olej nebo ne, a na přidávání kovů do kmene kvůli obarvování a/nebo odbarvování skla. Poslední otázkou, kterou je třeba zvážit, je možná kondenzace plynných složek po vypuštění z komína, která se může objevit zejména u skel obsahujících bor, kde část plynných sloučenin boru může projít přes odlučovače prachu a zkondenzovat až po vypuštění do ovzduší. Primární a sekundární techniky na snížení emisí ve vztahu k BAT Popis dostupných primárních a sekundárních technik na snižování emisí prachu ze sklářských pecí je uveden v Oddílech 4.4.1.1–4.4.1.6 Ve sklářském průmyslu se často používají sekundární techniky na snižování emisí (např. elektrostatické odlučovače a tkaninové filtry) a 100 % pecí v některých členských státech je vybaveno sekundárním odlučovačem prachu. Potřeba snižování emisí jemných pevných částic, kyselých složek a (těžkých) kovů učinila z používání sekundárních opatření zatím nejlepší dostupnou možnost z pohledů emisí do ovzduší. Na druhou stranu je zavádění sekundárních opatření spojeno se značnými finančními náklady a určitými ekologickými problémy. Obecně jsou pozitivní aspekty primárních technik zastíněny v technickém slova smyslu mnohem lepší účinností sekundárních technik na snižování emisí a mizivými vyhlídkami na dosažení stejně nízkých úrovní v blízké budoucnosti s použitím primárních technik. Navíc používání výlučně primárních technik na snižování prachových emisí může omezit flexibilitu provozních podmínek pece ve smyslu kvality používaných surovin (drobné nečistoty: fluoridy, chloridy, těžké kovy), typu paliva (nízký obsah síry a těžkých kovů) a změn výroby (barevné a odbarvené sklo). Úspory z rozsahu výroby a zvážení cen s tím spojených. Obecně jsou sekundární techniky na snižování emisí prachu ve sklářství považovány za dostupné a technicky a ve většině případů i ekonomicky realizovatelné.
184
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Stejně jako u ostatních sekundárních technik je zde však důležitým aspektem úspora z rozsahu výroby. Znamená to, že u malých pecí, zejména u malých a velmi malých pecí na výrobu stolního (užitkového) skla s kapacitou nižší než 80 t/den, které vyrábí vysoce kvalitní sodnovápenaté sklo a u kterých je obsah kovů v emisích velmi nízký, jsou relativní náklady (náklady na Nm3 vyčištěného kouřového plynu nebo na tunu utavené skloviny) obecně vyšší než u velkých pecí (viz Tabulky 8.3 a 8.4 v Oddíle 8.1.7). Náklady závisí na použitém opatření a zejména na objemu odpadních plynů. Měrné náklady na tunu utavené skloviny se mohou značně lišit v závislosti na typu vyráběného skla a na velikosti pece. Úsporu z rozsahu výroby je třeba zvažovat při určování BAT na obecné úrovni společně s přínosy pro životní prostředí (např. odstranění jemných pevných částic, kovů (jsou-li přítomny) a praní kyselých plynů (jsou-li přítomny)) a mezisložkovými vlivy z důvodu tvorby odpadů (není-li možná recyklace), spotřebou energie a nepřímými emisemi z používání elektřiny a alkalických činidel.
4.4.1.1 Primární techniky [19, CPIV 1998] [31, CPIV 1998]
Popis Sklářská pec je velmi dynamické prostředí a všechny změny chemického složení nebo provozních podmínek mohou mít následné účinky na proces tavení a na další emise. Proto je důležité zvažovat všechny primární techniky popsané v tomto dokumentu jako soubor opatření a ne pouze jako jednotlivé techniky. Pro názornost jsou techniky popsány jednotlivě, ale následné vlivy jsou diskutovány tam, kde se mohou vyskytovat. Nízká hladina emisí z unášení surovin je dosažena zachováním množství vlhkosti v surovinách a řízením zakrytí vrstvy kmene, velikostí částic, rychlostí plynu a seřízením hořáků. Pro ty procesy, které vyžadují suchý kmen a/nebo velice jemné suroviny, mohou být emise prachu z úletu mírně vyšší než výše uvedené úrovně. Příspěvek k celkovým emisím však bude stále nepatrný ve srovnání s těkavými látkami. Otázky týkající se vzniku prachu ze zakládání kmene jsou diskutovány v Oddíle 4.3. Protože prachové emise vznikají hlavně z těkavých látek, soustřeďují se primární techniky k jejich snižování na tento zdroj. Z analýz prachu z pecí na sodnovápenaté sklo lze vyvodit, že sodné sloučeniny jsou hlavními složkami vedoucími ke vzniku prachu ve spalinách. Těkavé látky z kmene (např. NaCl) a z taveniny (např. NaOH) reagují s oxidy síry a tvoří síran sodný (Na2SO4), který kondenzuje v odpadních plynech při teplotách nižších než 1100 oC. Ve většině případů se síran sodný používá jako čeřivo. Rozpouštění síranu sodného ve sklovině vede ke koncentracím oxidu síry, které jsou mnohem vyšší než koncentrace sodných složek ve spalovací komoře a v kouřových plynech. S ohledem na tvorbu Na2SO4 jsou oxidy síry ze spalování paliva anebo ze síry z kmene ve stechiometrickém přebytku v porovnání s vypařujícím se sodíkem, což je řídicí parametr pro vznik prachu. Hlavními zdroji sodíku jsou střepy, kalcinovaná soda a v menší míře také síran sodný. Používání vysokých množství síranu sodného v kmeni však způsobuje zvýšení prachových emisí. V plynech velmi chudých na síru mohou vzniknout během ochlazení na teploty nižší než 900 oC částice chloridu sodného, fluoridu sodného, uhličitanu sodného a hydroxidu sodného. Tento jev není běžný, a může se objevit jen při použití zemního plynu, a když je síran sodný nahrazen jiným čeřidlem, jako je antimon. To se nikdy nestává u obalového nebo plochého skla, ale může se to stát u speciálních použití. V sodnovápenatém skle lze rozlišit řadu různých procesů těkání:
Sklářský průmysl
185
Kapitola 4
•
Reaktivní těkání z povrchu skloviny. Oxid sodný (Na2O) v křemičité tavenině reaguje na povrchu s vodní parou: Na2O (tavenina) + H2O → 2 NaOH (g). Tento typ těkání může být hlavním zdrojem prachových emisí v pecích na sodnovápenaté sklo.
•
Těkání NaCl přítomného jako nečistota v syntetické sodě. Toto těkání nevede pouze k prachu síranu sodného, ale také ke vzniku HCl.
•
Těkání síranu sodného z povrchu skloviny.
•
Reaktivní těkání chemickou reakcí povrchu vrstvy kmene se složkami pecní atmosféry. Vodní pára ve spalovací komoře se zdá být důležitá pro reakci kalcinované sody na páry hydroxidu sodného, s podobnými reakcemi v případě draselné složky: Na2CO3 + H2O → 2 Na(OH) (g) + CO2.
•
Těkání složek surovin z povrchu vrstvy kmene (např. písku, živce, vápence, kalcinované sody, dolomitu a síranu sodného) je obecně velmi malé. Napětí par je nad 1000 oC a do 1200 oC velice malé a jednotlivé složky již zreagovaly na křemičitany.
•
Těkání sodných sloučenin v plynových bublinách při čeření je také relativně méně důležité.
•
V případě recyklace cizích střepů (pece na obalové sklo) mohou vznikat emise olovnatých sloučenin (PbO, PbCO3, PbSO4) způsobené olovnatým sklem, úlomky zrcadel a nečistotami ve formě kovového olova ve střepech. To neplatí v případě výroby sodnovápenatého skla v odvětví užitkového skla, kde se obecně z kvalitativních důvodů používají pouze vlastní střepy. V těchto případech množství střepů používaných v kmeni závisí na výrobním procesu a může být omezené.
U jiných typů skel je situace odlišná. Jak již bylo vysvětleno v Oddíle 4.4.1 u boritých skel obsahujících malý podíl alkalických kovů, je reaktivní těkání hlavním zdrojem pevných částic. Složení emitovaného prachu se značně liší v závislosti na obsah alkalických kovů v kmeni a použitém čeřidle. Ke vzniku prachu těkáním dochází velice snadno u skel obsahujících bor a koncentrace nekontrolovaných emisí jsou obecně vyšší než u sodnovápenatých skel. V některých případech jsou více než desetkrát vyšší. Typy mechanismů těkání popsané pro sodnovápenaté sklo jsou obecným základem u těkání většiny ostatních skel, ale vyskytují se změny závislé na chemii. Nejdůležitější faktory ovlivňující těkání jsou teplota, obsah vodní páry v pecní atmosféře, redukční plyny nad vrstvou kmene a rychlosti plynů na povrchu taveniny. Dalším důležitým faktorem je pohotovost reaktivních látek, zvláště sodíku a síranů v sodnovápenatém skle a boru v boritých sklech. Tento faktor je však často omezen chemií skla. Zvláštní situace nastane, když se na tavný proces použije kyslíko-palivové otápění. Snížený objem kouřových plynů s nižšími rychlostmi plynů a značně rozdílným složením spalin ve styku s taveninou (mnohem vyšší koncentrace vodní páry a CO2) ovlivňují procesy těkání, což má obecně za následek vyšší koncentrace odpařených látek a agresivnější atmosféru v peci. Celkové prachové emise vyjádřené v kg/t skloviny se však často sníží, i když tento účinek silně závisí na designu pece a typu a nastavení hořáků. Nejdůležitější primární opatření, která lze provést ke snížení prachových emisí, jsou uvedena dále:
a. Změna surovin Chlorid sodný může být významným činitelem emisí prachu a chloridů. Používá se v některých speciálních sklech jako čeřivo, ale častěji je přítomen jako drobná nečistota v kalcinované sodě vyráběné postupem Solvay. V minulých letech vedly nároky sklářství výrobce sody k významnému snížení obsahu NaCl (nyní obecně kolem 1 kg/t).
186
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Další významné snížení v krátké době by pravděpodobně vyžadovalo další úpravu a tudíž i zvýšení ceny. K dispozici je přírodní soda, která je prakticky bez NaCl, ale tento materiál je v EU obecně dražší kvůli clům a nákladům na přepravu ze zemí původu. Hlavním zdrojem přírodní kalcinované sody jsou USA. Ve většině moderních pecí byly hladiny síranu v kmeni sníženy na minimum úměrné dobrému čeření a zachování správného oxidačního stavu skla. Alternativy síranu sodného, např. čeřidla na bázi arzenu a antimonu, mohou představovat větší ekologický problém. Neočekává se, že by další pokrok v této oblasti vedl k významnému snížení emisí. Má se za to, že omezujícím faktorem je koncentrace par obsahujících sodík, ale u pecí otápěných plynem by silně snížená koncentrace síranu omezovala reakci v plynné fázi. V boritých sklech je bor důležitý pro tvarování a vlastnosti výrobků. V minulých letech došlo k podstatnému snížení emisí boru, ale další pokrok je obtížně dosažitelný bez ovlivnění výkonnosti, energetické spotřeby a kvality. Suroviny obsahující bor jsou relativně drahé a snížení jeho spotřeby se věnuje veškeré úsilí. V době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyly k dispozici žádné věrohodné alternativy boru a problémy vedly řadu provozovatelů k instalaci sekundární techniky pro snižování emisí, zvláště u skleněné vaty a u pecí na boritokřemičité sklo. Odloučený prach se obvykle recykluje do pece. Řada společností v odvětví nekonečného vlákna vyvinula složení skel, která mají nízký obsah boru a fluoru anebo tyto prvky obsahují jen kvůli jejich stopovým množstvím v surovinách. Jsou uváděny emise pevných částic pod 0,14 kg/t utavené skloviny oproti zhruba 2 kg/t utavené skloviny u skel obsahujících bor, u kterých se nepoužívají žádná primární opatření, což dokazuje význam boru při tvorbě prachu. Tento typ skla vyžaduje vyšší teplotu tavení, obtížněji se rozvlákňuje a dosud nebyl stanoven jeho dlouhodobý vliv na životnost žáromateriálu. Podrobné informace o technice jsou patentovány, a proto, ačkoli se jeví mimořádně slibně, ji nelze dosud považovat za všeobecně dostupnou. Různé společnosti dosáhly různého stupně pokroku, ale některá z těchto složení jsou již schopná uvedení na trh.
b. Snížení teploty na povrchu taveniny Důležitým faktorem pro vznik částic je povrchová teplota taveniny, protože při vyšších teplotách se tvoří více těkavých látek. U pecí na výrobu sodnovápenatého skla byl zjištěn vzájemný vztah mezi teplotou klenby, teplotou povrchu taveniny a vznikem pevných částic. Snížení teploty v peci je třeba vyvážit s kvalitou skla, výkonností pece a s jinými ekologickými aspekty, jako např. koncentrace NOX v kouřových plynech. Opatření s největším vlivem na snížení emisí prachu vztažených na tunu skla jsou ta, která zlepšují energetickou účinnost a zvláště přenos tepla do skla. Hlavní body lze shrnout takto. •
Konstrukce a geometrie pece zlepšující konvekční proudění a přenos tepla. Tyto modifikace mohou být provedeny jen při přestavbě pece. Větší pece jsou obecně energeticky účinnější, z čehož vyplývají také nižší emise na tunu skloviny.
•
Elektropříhřev, který pomáhá snižovat teplotu klenby zavedením energie přímo do taveniny a zlepšuje konvekční proudění. Důležitá je poloha elektrod, ale její změna je mimo přestavbu pece obtížná. Použití elektropříhřevu je obvykle omezeno cenou elektřiny.
•
Větší podíl střepů, který sníží spotřebu tavicí energie, čímž umožní provoz při nižší teplotě a sníží spotřebu paliva. Protože střepy již byly jednou roztaveny, pomáhá jejich použití snížit hladinu některých těkavých a reaktivních látek, které přispívají ke vzniku prachu, např. chloridu sodného a síranů ve kmeni. To platí zejména u olejem nebo směsí oleje a plynu otápěných pecí, kde díky snížení spotřeby paliva spojené s používáním střepů dochází ke snížení množství emisí SO2. Použití střepů je omezeno dostupností střepů správné kvality, složení a přijatelné ceny. Například pece na obalové sklo používají 5–95 % střepů (vlastních i cizích), pece na sodnovápenaté užitkové a ploché sklo obvykle 10–40 % (většinou pouze vlastních) a pece na nekonečné skleněné vlákno používají střepy jen vzácně.
Sklářský průmysl
187
Kapitola 4
c. Seřízení hořáků Dalším důležitým faktorem pro rychlost těkání z taveniny je rychlost výměny plynů nad taveninou. Vysoká rychlost plynu nebo vysoká úroveň turbulence na povrchu taveniny zvýší rychlost těkání. Seřízením hořáků byla optimalizována rychlost a směr spalovacího vzduchu a rychlost a směr paliva. Byla rovněž provedena další opatření zahrnující kombinaci těchto změn s přestavbou pece, s cílem snížit rychlost kouřových plynů nad taveninou a pokrývkou kmene, se sníženým stripovacím účinkem na těkavé složky kmene. Změny zahrnující úpravy konstrukce pece mohou být provedeny pouze při přestavbě pece a jiné změny jsou někdy nejúčinnější, když jsou provedeny při změně konstrukce pece. Při změně seřízení hořáků je důležité, aby se redukční plameny nedotýkaly taveniny, protože by se tím zvýšily prachové emise a zesílila koroze žáromateriálů v horní stavbě pece s možnými důsledky pro kvalitu skla. d. Přechod na plynové otápění (nebo na otápění oleji s nízkým obsahem síry) Změna otápění z topného oleje na zemní plyn může podstatně snížit prachové emise. Příčinou je pravděpodobně menší kondenzace částic při plynovém otopu než při otápění topným olejem, i když v některých případech může hrát roli i snížené množství SOX. Například odvětví plochého skla uvádí více než 25 % snížení prachových emisí po přestavbě z olejového otápění na plynové. Odvětví plochého skla rovněž uvádí významný účinek snížení obsahu síry v oleji (snížení prachových emisí o 20 mg/Nm3 při 1 % snížení obsahu síry v oleji). Podobný účinek byl sledován u užitkového skla s nízkosirným olejem (< 1%). Přechod na otápění zemním plynem je podrobněji diskutován v Oddíle 4.4.3.1. Hlavní body lze shrnout takto: •
Většina zařízení je již vybavena pro použití obou paliv, ačkoli některé nemusí mít přístup k zemnímu plynu nebo oleji;
•
Cena techniky bude záviset především na cenách paliv;
•
Plynový plamen s menší sálavostí v porovnání s plamenem z topného oleje snižuje přenos tepla do taveniny a může zvýšit spotřebu energie;
•
Z otápění zemním plynem vznikají větší množství emisí NOX než z otápění olejem.
•
Některé případy smíšeného otápění s použitím obou typů paliv najednou v jedné peci mohou vést ke snížení emisí prachu bez viditelného navýšení spotřeby energie a emisí NOX.
e. Jiné techniky Emise z elektrických pecí se studenou klenbou lze minimalizovat zmenšením proudu vzduchu a turbulence během zakládání a optimalizací zrnitosti surovin a vlhčení. U kupolových pecí na výrobu kamenné vaty se málokdy používají primární opatření na snižování prachových emisí s výjimkou briketování odpadu z výroby přidávaného do kmene. Hlavním postupem, který by bylo možné použít, je promývání surovin, aby se odstranil prach. Většina šachtových pecí je však vybavena tkaninovými filtry a tak není vyvíjena přílišná iniciativa, aby se používala dodatečná primární opatření, protože není pravděpodobné, že by se tím změnila potřeba sekundárních opatření. Hlavní výhody a nevýhody primárních technik pro snižování prachových emisí jsou uvedeny v Tabulce 4.5.
188
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.5:
Hlavní výhody a nevýhody primárních technik snižování emisí
Výhody • • •
Nízká cena. Zaměření spíše na prevenci vzniku emisí, než na jejich snižování. Techniky nezahrnují použití energie nebo potenciální pevné odpady, které mohou být spojeny se sekundárními technikami.
Nevýhody: • •
Primární opatření/techniky nemohou obecně dosahovat úrovní emisí spojených se sekundárními technikami, jako jsou např. elektrostatické odlučovače. Primární opatření/techniky jsou dalším provozním omezením výrobního procesu.
Dosažené přínosy pro životní prostředí Je nesnadné kvantifikovat úrovně emisí dosažitelné použitím samotných primárních technik, protože je zde řada faktorů, které mohou ovlivnit výsledky a řada rozdílů v typech pecí a složení skel. U plamenných pecí jsou s použitím výhradně primárních technik snižování emisí dosaženy nejnižší úrovně emisí u pecí vyrábějících sodnovápenatá skla. Průměrné měrné hmotnostní emise se pohybují kolem 0,4 kg/t utaveného skla a většina emisních koncentrací spadá do rozmezí 100–300 mg/Nm3. Některé pece dosahují méně než 100 mg/m3 prachu, ale tyto úrovně nejsou běžné. V době psaní tohoto dokumentu (2010) vykazuje několik zařízení úrovně prachových emisí pod 100 mg/Nm3 bez sekundárních opatření a v současnosti se s použitím primárních opatření považuje za dosažitelnou úroveň 100–200 mg/Nm3 (0,4 kg/t skloviny). Není pravděpodobné, že by se těchto úrovní dalo dosáhnout u jiných než sodnovápenatých skel. Obecně se u ostatních složení dá očekávat snížení emisí o 10–30 % původní úrovně spojené s podmínkami, kdy se nepoužívají žádná specifická opatření ke snižování prachových emisí. Primární opatření v kombinaci se sekundárními opatřeními (filtrovací systémy, pračky plynů) snižují množství prachu, který je třeba odstranit z kouřových plynů a poté recyklovat nebo odstranit.
Mezisložkové vlivy Obecně výše popsané techniky zabraňují vzniku emisí bez použití přidávaných chemikálií/sloučenin, takže se předpokládají pozitivní mezisložkové vlivy. Změna surovin používaných pro přípravu kmene s cílem snížit množství těkavých látek však může mít za následek zvýšení měrné spotřeby energie. Například přidání vody do kmene kvůli snížení unášení částic kmene nebo nahrazení surovin méně těkavými surovinami, které však vyžadují vyšší teplotu tavení, obvykle vede ke zvýšení spotřeby energie. Snížení teploty na povrchu taveniny může ovlivnit kvalitu skla, což povede k vyššímu podílu zmetkových konečných výrobků a vyšší měrné spotřebě energie na jednotku prodejného výrobku. Rozdílné seřízení hořáků použité k minimalizaci těkání může způsobit snížení energetické účinnosti pece s následným zvýšením měrných emisí ze spalování. Navíc může dojít ke změně odpařování/kondenzace uložených solí s možným poškozením žáromateriálů vystavených působení kouřových plynů. Přechod z otápění topným olejem na zemní plyn je většinou spojen s nárůstem emisí NOX a měrné spotřeby energie.
Sklářský průmysl
189
Kapitola 4
Provozní údaje Zahrnuty v popisech. Použitelnost Popisované techniky se považují za obecně použitelné ve všech částech odvětví v rámci identifikovaných omezení. Techniky úspěšně použité na jedné peci však nemusí mít stejný efekt na dalších zařízeních. Dosažené snížení bude záviset na počáteční úrovni emisí prachu. Kromě toho zavedení více než jedné techniky uvedené v tomto oddíle nemusí nutně působit kumulativně. Krátkodobě až střednědobě budou primární opatření ke snížení emisí prachu pravděpodobně dosahovat významnějšího snížení pouze u sodnovápenatých skel. Výjimku může představovat výroba nekonečného skleněného vlákna vyráběného s recepturou se sníženým obsahem boru nebo bez boru.
Hospodárnost O nákladech na primární techniky je k dispozici jen velmi málo údajů, ale má se za to, že ceny dosud zavedených opatření (do r. 2010) jsou nízké. Samozřejmě ty techniky, které snižují spotřebu energie, mohou vést k úsporám nákladů. Primární opatření mohou zahrnovat různé náklady závisející na úrovni a době použití. Opatření tvoří celek a optimalizace tohoto celku určuje ceny a výsledky. Například použití kalcinované sody s malým obsahem chloru nebo přírodní kalcinované sody pravděpodobně nesníží prachové emise na úroveň srovnatelnou se sekundárními opatřeními a v závislosti na dalších faktorech mohou být náklady v nepoměru k přínosům. Je to však pouze jedno z hledisek v balíku opatření, jehož náklady a výsledky se musí hodnotit jako celek. Hnací síla zavádění techniky Zavádění primárních opatření na snížení prachových emisí je často založeno na ekonomických a provozních přínosech odvozených z používání vybraných technik, jako např. prevence ucpání regenerátorů, ochrana před korozí nebo poškozením materiálů, snížení těkání a jím způsobené ztráty cenných surovin atd. Vzorová zařízení Používání některých primárních technik popsaných v tomto oddíle je ve sklářství běžné.
Referenční literatura [19, CPIV 1998] [31, CPIV 1998] [103, Beerkens, Fining glass. Boron 2008]
4.4.1.2 Elektrostatické odlučovače Popis Elektrostatický odlučovač (ESP) je schopen provozu za různých teplot, tlaku a prachové zátěže. Není nijak zvlášť citlivý na velikost pevných částic a může je odlučovat jak za sucha, tak za mokra. Elektrostatický odlučovač je tvořen sériemi vysokonapěťových výbojových elektrod a příslušných sběracích elektrod. Částice se nabijí a následně se oddělí z proudu plynu vlivem elektrického pole vytvořeného mezi elektrodami. Elektrické pole se vytváří napříč elektrodami nízkým stejnosměrným proudem při vysokém napětí (až 80 kV). V praxi je ESP rozdělen do několika oddělených zón (lze použít až 5 polí), jak je uvedeno na Obrázku 4.1.
190
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Obrázek 4.1:
Elektrostatický odlučovač
Částice se z proudu plynu odstraňují ve čtyřech fázích: •
nabití částic;
•
migrace částic v elektrickém poli;
•
zachycení částic na sběrné elektrodě; a
•
odstranění částic z povrchu elektrody.
Výbojové elektrody se musí čistit oklepáváním nebo vibracemi, aby se zamezilo usazování materiálu, a proto musí mít odpovídající mechanickou pevnost. Mechanická spolehlivost výbojových elektrod a jejich rámu je důležitá, protože jediný prasklý drát může zkratovat celé elektrické pole odlučovače. V mokrých odlučovačích se usazený materiál odstraňuje ze sběrných desek vypláchnutím vhodnou kapalinou, obvykle vodou, buď přerušovaným, nebo kontinuálním postřikováním. Provoz ESP se řídí Deutsch-Andersonovou rovnicí, která říká, že účinnost sběru prachu je ve vztahu k celkové ploše povrchu sběrných elektrod, objemovému průtoku a migrační rychlosti částic. Pro daný materiál jsou dva z nejdůležitějších parametrů co největší plocha povrchu sběrných elektrod a doba zdržení v elektrických polích. Také platí, že čím větší je vzdálenost mezi sběrnými elektrodami, tím vyšší napětí lze použít. Tato vzdálenost závisí na designu dodavatele. Aby bylo umožněno rozdílné napětí ve vstupní a výstupní zóně, je potřeba použít vhodný design usměrňovače proudu, který zahrnuje použití oddělených sekcí usměrňovače pro každou zónu nebo část zóny ESP. To umožní, aby bylo použité napětí rozdílné ve vstupních a výstupních oblastech, aby bralo v úvahu klesající zatížení částicemi směrem k výstupu a umožnilo provoz jednotlivých zón při postupně se zvyšujícím napětí. Dobrý design používá automatický řídicí systém, který zajišťuje, že se na elektrodách použije optimální vysoké napětí. Není pravděpodobné, že by konstantní výše vysokého napětí zajistila optimální účinnost sběru. Zvláště důležitý je měrný odpor (převrácená hodnota vodivosti) pevných částic. Jestliže je příliš nízký, částice přicházející na sběrnou elektrodu snadno ztrácejí svůj náboj a může dojít k jejich unášení. Jestliže mají částice příliš vysoký měrný odpor, vytvoří se na elektrodě izolační vrstva, která brání normálnímu korónovému výboji a vede ke snížení účinnosti sběru. Většina pevných částic vyskytujících se ve sklářství má měrný odpor ve správném rozsahu. Je-li však třeba, lze účinnost sběru zlepšit úpravou pevných částic, Sklářský průmysl
191
Kapitola 4
např. amoniakem a oxidem siřičitým, ale u sklářských procesů to není obvykle nutné. Měrný odpor je také možné zmenšit snížením teploty plynu nebo zvlhčením plynu. Dosažené přínosy pro životní prostředí ESP jsou velice účinné při sběru prachu v rozmezí 0,1 až 10 µm a celková účinnost sběru může být 95–99 % (podle vstupní koncentrace a kapacity ESP). Aktuální účinnost se liší především v závislosti na vlastnostech odpadních plynů a na konstrukci a stáří ESP, ale lze dosáhnout koncentrace emisí v rozmezí 5 až 10 mg/Nm3. U současných ESP mohou být možnosti pro významnější vylepšení omezené kvůli konstrukci (omezený prostor) a provozním omezením (rychlost plynu v ESP) a v takových případech se dosažená účinnost může pohybovat v rozmezí 20–30 mg/Nm3, ale ve většině případů by mělo být možné vylepšení dosahující koncentrací cca 15 mg/Nm3. Účinnost nezávisí výhradně na počtu použitých elektrických polí, i když se jedná o důležitý faktor. Dvoustupňový ESP jedné konstrukce může být stejně účinný jako třístupňový ESP jiné konstrukce nebo při jiném použití a výběr bude záviset na potřebné účinnosti. Důležitým faktorem pro účinnost ESP je instalace suchého čištění před filtr. V závislosti na úrovni emisí SOX, které má být dosaženo, může být množství alkálií přidaných do systému velmi vysoké. Koncentrace prachu v kouřových plynech se může zvýšit až desetkrát oproti původní úrovni. V takovém případě představuje suché čištění hlavní zdroj prachu. V důsledku toho může být účinnost filtru ovlivněna množstvím alkalického činidla přidaného do systému. Specifickým problémem týkajícím se účinnosti ESP je např. přítomnost těžkých kovů v kouřových plynech, která může vyžadovat dosažení vyšší účinnosti odlučování. Vysoce účinný filtr může značně snížit emise kovů včetně boru. U kouřových plynů obsahujících sloučeniny boru však umístění filtru, a zda v důsledku toho dochází ke kondenzaci kyseliny borité před nebo za tímto filtrem, může mít značný vliv na účinnost ESP při sběru prachu vytvořeného v tavicí peci (viz Oddíl 4.4.1.1).
Mezisložkové vlivy Použití elektrostatických odlučovačů způsobuje zvýšení energetické spotřeby, ale to je ve vztahu k energetické spotřebě pece nízké, méně než 1 % (což odpovídá 1 až 3 % nákladů na energii). Bude zde příslušný ekologický efekt v místě výroby elektřiny, který bude záviset na zdroji elektřiny. Nepřímé emise spojené se spotřebou elektrické energie se odhadují na 8–17 kg CO2 na tunu utavené skloviny, 0,02–0,04 kg NOX na tunu utavené skloviny a 0,06–0,14 kg SO2 na tunu utavené skloviny, v závislosti na kapacitě zařízení (viz také Oddíl 8.1.7, Tabulka 8.7 pro konkrétní odhad dat). Další nepřímé emise jsou spojeny s výrobou alkalických činidel používaných v čisticím procesu (viz Oddíl 4.4.1.3). U mnoha použití v rámci sklářského odvětví bude nutné před čištěním odstranit kyselé plyny. Obvykle se toho docílí suchým nebo polosuchým čištěním, které vytvoří tok pevného materiálu až desetkrát větší, než je množství odloučeného prachu. Pokud se tento materiál může recyklovat do pece, dojde k celkovému snížení spotřeby surovin, jestliže ne, vznikne tok odpadu k odstranění. V praxi se sebraný prach ve většině případů může recyklovat a v závislosti na zvoleném absorpčním činidle může tento materiál nahradit část surovin, zvláště síranu sodného (a kde je to vhodné, surovin obsahujících fluor a olovo). Problémy se mohou vyskytnout v odvětví obalového skla, kde je kvůli vysokému podílu střepů požadováno pouze nízké množství síranů a u skel vyráběných redukčním způsobem, kde může být velmi nízká rozpustnost síranů.
192
Sklářský průmysl
Kapitola 4
To by mohlo omezit možnost recyklace prachu, zvláště když se používá topný olej s vysokým obsahem síry, a část sebraného prachu by se musela ukládat mimo sklárnu. Další problém se může objevit, je-li k jednomu ESP připojeno několik pecí vyrábějících rozdílné typy a barvy skla. V některých odvětvích může být schopnost recyklovat sebraný prach omezena kvalitativními požadavky na výrobek a chemické složení skla, například tam, kde je vyžadována vysoká optická kvalita. Další omezení možnosti recyklace se mohou objevit v případě, že se používá předehřívání suchého kmene, protože jemný prach by mohl způsobit značné unášení a zanášení regenerátorů. Recyklace prachu z filtrů s vysokými koncentracemi NaCl, který většinou pochází z čištění odpadních plynů absorpčními činidly na bázi sodíku, může vést k poškození žáromateriálů ve spalovací komoře a/nebo v regenerátorech v závislosti na teplotě a složení mřížoví. V některých případech (zejména u obalového skla) je potřeba srovnání nákladů na odstranění nerecyklovatelného prachu (včetně nákladů na kategorizaci zbytků) a nákladů na paliva s nízkým obsahem síry (např. nízkosírný olej nebo zemní plyn), aby se určilo, zda bude pro provozovatele výhodnější změnit palivo než vytvořit tok pevného odpadu k odstranění. Často je jedním z hlavních cílů čištění kyselého plynu jeho úprava pro použití ESP, aby se zabránilo korozi, výsledkem čehož mohou být menší celkové emise kyselého plynu. Pokud se prach z filtrů recykluje, mezi vstupem a výstupem síry se vytvoří dynamická rovnováha. Ve sklářství je většina emitovaných částic tvořena reaktivním těkáním. Je proto důležité zajistit, aby teplota proudu plynu byla nižší než teplota kondenzace částic, což závisí na obsažených látkách. Hlavní složkou prachu z výroby sodnovápenatého křemičitého skla je síran sodný, který kondenzuje při teplotě ≈ 800 °C, zatímco u boritokřemičitých skel může k úplné kondenzaci sloučenin boru dojít při teplotách mnohem nižších než 200 °C.
V regenerativních pecích je teplota odpadních plynů obecně kolem 400 °C a chlazení se obvykle nevyžaduje ani kvůli kondenzaci těkavých látek, ani pro dosažení provozních mezí ESP. V rekuperativních pecích se teplota odpadních plynů obvykle pohybuje kolem 800 °C a je nutné je chladit jak kvůli kondenzaci pevných částic, tak kvůli ochlazení plynu na meze vhodné pro použití ESP. Jak již bylo řečeno, u skel obsahujících bor (např. skleněná vata, nekonečné skleněné vlákno) může být před čištěním nutné snížit teplotu plynu pod 200 °C, čímž se minimalizuje kondenzace a související riziko koroze v systému. Teplota spalin z kyslíko-palivových pecí je obvykle vyšší než 1000 °C a je potřeba značné chlazení.
Sklářský průmysl
193
Kapitola 4
Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním ESP je uveden v Tabulce 4.6. Tabulka 4.6:
Hlavní výhody a nevýhody elektrostatických odlučovačů
Výhody:
• • • • • • •
Vysoká účinnost odstranění prachu. Sebraný prach ve formě, která dovoluje opakované použití. Malý pokles tlaku oproti tkaninovým filtrům, a tím relativně nízké provozní náklady. Může tvořit část integrovaného čisticího systému, např. s pračkami a SCR. U ESP nehrozí snadné zablokování vlivem vysokého zatížení nebo obsahu vlhkosti, což může být problém u tkaninových filtrů. Obecně (tj. nejen ve sklářství) jsou s nimi větší zkušenosti s provozem za vysokých teplot než s tkaninovými filtry. Může být navržen tak, že umožní pozdější přidání dalších polí.
Nevýhody:
•
• •
• • • •
Spotřeba energie. Přestože je spotřeba energie nutné k provozu filtru relativně nízká v porovnání s celkovou energetickou spotřebou pece (< 1 %), náklady jsou vyšší, neboť se používá elektřina místo levnějších fosilních paliv. Také zde bude dopad způsobený nepřímými emisemi v souvislosti s používáním elektřiny (CO₂ a jiné emise z elektráren). Vzniklé toky pevných odpadů není vždy možné recyklovat. Řada procesů vyžaduje čištění kyselých složek spalin a v těchto případech se spotřebovává absorpční činidlo. S používáním alkalických činidel jsou spojeny nepřímé emise (z výrobního cyklu tohoto materiálu). ESP mohou vyžadovat vyšší kapitálové náklady než ostatní systémy, např. tkaninové filtry. Je důležité zachovat navržené podmínky provozu zařízení, jinak může výkon povážlivě klesnout. Při používání vysokonapěťového zařízení je třeba dodržovat bezpečnostní předpisy. ESP mohou být rozměrné a je třeba vzít v úvahu prostorové požadavky.
Provozní údaje Průměrná koncentrace prachu v čistých plynech po průchodu systémem zamezujícím znečištění ovzduší je obecně nízká. U většiny použití lze očekávat, že dobře konstruovaný dvou- nebo třístupňový ESP dosáhne koncentrací nižších než 10 mg/Nm3 a méně než 0,03 kg prachu na tunu utavené skloviny. Účinnost odlučování prachu se však může měnit v závislosti na době a podmínkách provozu. Jako příklad ukazuje Obrázek 4.2 rozdílnost výsledků bodových záměrů prachových emisí prováděných každý měsíc na olejem otápěné peci na výrobu plaveného skla vybavené ESP a provozované s fází suchého čištění s použitím Ca(OH)2. V tomto příkladu jsou průměrné roční úrovně (červené body) často pod hranicí 10 mg/Nm3, ale bodové záměry (modré body) mohou dosahovat až 30 mg/Nm3. Tyto rozdíly jsou způsobeny funkcí filtru, ale mohou také záviset na rozdílných vlastnostech vstupujícího plynu (teplota, složení prachu atd.) kvůli rozdílům ve výrobním procesu (např. změny výkonu a typu skla). To rovněž platí v případě čištění deskových elektrod, kdy se mohou koncentrace prachu dočasně zvýšit. V mnoha případech použití ESP mohou být dosaženy hodnoty nižší než tyto úrovně, a to buď díky příhodným podmínkám, nebo díky vysoce účinnému designu. U mnoha zařízení jsou u ESP naměřeny úrovně emisí nižší než 5 mg/Nm3, ale zajištění takovéto úrovně výkonnosti by vyžadovalo vyšší náklady, než je uvedeno v tomto oddíle, s výjimkou případů, kdy pro to existují příhodné podmínky. Je třeba poznamenat, že reprezentativní údaje u regenerativních pecí se střídavými topnými cykly by měly být vždy průměrem emisí vytvořených během dvou cyklů nebo násobkem doby cyklu.
194
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Zdroj:[163, Glass for Europe 2009] Obrázek 4.2:
Výsledky měření emisí prachu (měsíční bodové záměry) na olejem otápěné peci na výrobu plaveného skla vybavené ESP a suchým čištěním pomocí Ca(OH)2
Použití ESP je běžné zejména u zařízení s vysokou výrobní kapacitou (vysokým objemem kouřových plynů) a/nebo s více než jednou pecí. V době psaní tohoto dokumentu (2010) bylo mnoho velkých pecí/zařízení vybaveno kontinuálním monitorováním pevných částic nebo opacity. K dosažení nejlepšího výkonu odlučovače je důležité, aby proudění plynu skrze jednotku bylo stejnoměrné a aby žádný plyn neobcházel elektrické pole. Stejnoměrné proudění na vstupu do odlučovače musí být zajištěno správně navrženým vstupním vedením a použitím rozdělovačů toku plynů uvnitř vstupní koncovky. Provozní teplota se obvykle udržuje pod 430 oC. Během dlouhodobého provozu se výkon ESP snižuje. Elektrody mohou prasknout, může se porušit jejich souosost nebo se na nich mohou tvořit šupiny. Proto je nutná pravidelná revize, zvláště u starších zařízení. U zařízení, kde proud plynu může obsahovat významné koncentrace kyselých plynů (zvláště SOX, HCl a HF), je obecně považováno za nutné použít před ESP určitou formu čištění kyselých plynů. Většinou se jedná o suché nebo polosuché čištění pomocí hydroxidu vápenatého, uhličitanu nebo hydrogenuhličitanu sodného. Tyto techniky jsou diskutovány v Oddíle 4.4.3.3. Kyselé plyny vznikají ze střepů, ze surovin a ze síry obsažené v topném oleji používaném k otápění a bez jejich odstranění by ESP trpěl značnými problémy s korozí. U některých skel obsahujících bor napomáhají alkálie také srážení těkavých sloučenin boru. Jestliže odpadní plyny neobsahují vysoká množství kyselých plynů (např. při použití plynového otápění a surovin s nízkým obsahem síry), není nutné předčištění, např. u většiny procesů výroby skleněné vaty. V odvětvích plochého a obalového skla se emise spojené s použitím ESP v kombinaci se systémem čištění kyselých plynů pohybují v rozmezí 10–20 mg/Nm3. Tyto úrovně jsou uváděny u systému suchého čištění mezi používajícími hašené vápno s relativně nízkou účinností odlučování SOX 25–33 %, ale také v případě, kdy systém pracuje s vyšší účinností odlučování SOX v rozmezí 50–95 % v závislosti na použitém typu alkalického činidla, typu čisticího systému, teplotě kouřových plynů a molárním poměru vstřikovaného činidla vůči SOX + HCl + HF přítomným v kouřových plynech (viz Oddíl 4.4.3.3). Množství prachu vytvořeného filtračním systémem se může značně lišit v závislosti na požadované účinnosti odlučování kyselých plynů. V důsledku toho je třeba naložit s tokem pevného Sklářský průmysl
195
Kapitola 4
odpadu, a to buď recyklací prachu zpět do kmene, nebo jeho uložením na skládku (viz Oddíly 4.4.3.3 a 4.7). Některé příklady úrovní prachových emisí souvisejících s používáním elektrostatických odlučovačů jsou uvedeny v Tabulce 4.7. Tabulka 4.7:
Úrovně prachových emisí souvisejících s používáním ESP u vzorových zařízení
Výroba
Palivo / tavicí technika
Celková výroba
Vlastnosti ESP
t/den
Prům. úrovně prachových emisí (1) (2) mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2
kg/t skloviny
Obalové sklo Zelené / bílé sodnovápenaté
Zemní plyn
470
Jedno pole – suché čištění Ca(OH)2
17 (3)
0,027
Sodnovápenaté
Zemní plyn
640
Pět polí – suché čištění Ca(OH)2
7,6
0,016
Flintové
Zemní plyn
275
Tři pole – bez čištění
23,8
0,037
Ambrové sklo
Topný olej + zemní plyn
297
Dvě pole – suché čištění Ca(OH)2
1,2
0,0019
Bílé/ambrové
Topný olej
547
Dvě pole – suché čištění Ca(OH)2
18
0,027
Smaragdově zelené / UV zelené
Zemní plyn
367
Dvě pole – suché čištění Ca(OH)2
27
0,040
Bílé/barevné
Topný olej
259
Dvě pole – suché čištění NaHCO3
3,0
0,0048
Bílé
Topný olej + zemní plyn
700
Čtyři pole – suché čištění Ca(OH)2
1,5
0,0031
Bílé
Zemní plyn
600
Tři pole – suché čištění Ca(OH)2
30
0,084
Topný olej
110
Neuvedeno
16,5
0,034
Topný olej + zemní plyn
170
Dvě pole – suché čištění Ca(OH)2
20
0,127
Ploché sklo
Užitkové sklo Neuvedeno Speciální sklo Neuvedeno
(1) Úrovně emisí představují průměrné úrovně diskontinuálních měření (30–60 minut). (2) U nízkých úrovní koncentrací je neurčitost měřící metody obvykle stejného řádu jako naměřená úroveň (viz Oddíl 8.3.2). (3) Měsíční průměr kontinuálních měření. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [84, Italy-Report 2007] [86, Austrian container glass plants 2007] [120, CTCV 2009]
196
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Použitelnost V podstatě je tato technika použitelná na všech nových i stávajících zařízeních ve všech odvětvích. V případě stávajících zařízení lze provést vylepšení filtru dalšími poli pouze v případě, kdy je tavicí pec opravována, za předpokladu, že je k tomu dostatek volného prostoru. Podobně je montáž ESP obvykle potřeba provádět pouze během studené opravy nebo přestavby pecí. K zajištění vysoké účinnosti systému je důležitá pravidelná údržba ESP. Vzhledem k možnosti exploze spojené se vznikem oxidu uhelnatého v kouřových plynech se ESP nepoužívají na kupolových pecích na výrobu kamenné vaty.
Hospodárnost Hlavními faktory ovlivňujícími náklady na ESP jsou: •
objem odpadních plynů;
•
požadovaná účinnost;
•
počet polí;
•
úprava odpadních plynů;
•
je-li vyžadováno čištění kyselých plynů, účinnost čisticího zařízení a činidlo (tj. hašené vápno, hydrogenuhličitan sodný, uhličitan sodný)
•
vlastnosti zařízení (volný prostor, rozmístění, požadovaná příprava místa atd.)
•
ceny energie, vody a lidských zdrojů
•
náklady na odstranění prachu (není-li možné recyklovat).
Každé přidané elektrické pole (třetí a další) zvýší investiční náklady asi o 10–15 %, ale celkové navýšení nákladů na celý systém zamezující znečištění ovzduší (APC) včetně čištění plynů a provozních nákladů činí pouze 5 %. Náklady spojené s instalací ESP budou pravděpodobně vyšší u stávajících než u nových zařízení, zejména tam, kde je omezený prostor a kde by relativně vzdálené umístění filtru vyžadovalo přidání potrubí (často izolovaného). U elektrických pecí a menších konvenčních pecí (méně než 200 tun za den) mohou vysoké investiční náklady vést provozovatele k tomu, aby zvolili alternativní techniky, zejména tkaninové filtry. Měrné náklady mohou být o poznání vyšší u malé výroby a u olejem otápěných pecí, i když to také závisí na úrovni snížení emisí SOX, které je třeba dosáhnout. Obrázek 4.3 například ukazuje měrné náklady na systémy zamezující znečištění ovzduší (APC) sestávající z filtru a suchého čištění s použitím Ca(OH)2 ve čtyřech různých situacích u pecí na výrobu plaveného skla, v závislosti na výkonu tavení a za předpokladu úplného odstranění prachu z filtrů. Odhadované náklady jsou založeny na následujících dosažitelných úrovních emisí: •
Prachové emise se zvažují v rozsahu 10–20 mg/Nm3 s možnými úrovněmi od 5 do 10 mg/Nm3 v závislosti na konstrukci a provozu ESP (např. přechodně vyšší úrovně spojené s odstraňováním usazených vrstev z elektrod);
•
Omezené snížení emisí SOX o 25–33 % se považuje za běžné provozní podmínky. Používá se systém suchého čištění hašeným vápnem.
Sklářský průmysl
197
Kapitola 4
Obrázek 4.3:
Měrné náklady na tunu utavené skloviny u kontrolního systému na znečištění ovzduší se suchým čištěním a filtry s úplným odstraněním prachu z filtrů používaném u plavicích van v závislosti na výkonu tavení
Na základě metodiky uvedené v Oddíle 8.1 byly stanoveny hodnoty pro rozdílné kapacity pecí a rozdílnou účinnost snižování emisí SOX, a pro dvě možnosti úplné recyklace prachu z filtrů nebo úplného odstranění na skládce. Údaje se zakládají na skutečných nákladech (např. cenové nabídky od dodavatelů) a vypočítaných hodnotách [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]. Níže uvedené údaje o nákladech byly vypočítány pro typické úvodní úrovně emisí 800–1000 mg/Nm3 SOX u plynem otápěných pecí a 1800–2000 mg/Nm3 SOX u olejem otápěných pecí za předpokladu omezeného snížení emisí SOX o cca 30 % dosaženého v podmínkách suchého čištění hašeným vápnem.
Výroba plaveného skla •
Celkové investiční náklady na systém zamezující znečištění ovzduší (ESP + suché čištění) se mohou pohybovat mezi 3,9 a 5,5 mil. eur v závislosti na velikosti pece (500–900 t/den).
•
Provozní náklady se pohybují mezi 375 000 a 575 000 eur za rok v případě úplné recyklace prachu z filtrů a od 685 000 do 11 400 000 eur za rok v případě úplného odstranění na skládku.
•
Měrné náklady se mohou pohybovat od 3,9 do 4,8 eur na tunu utavené skloviny v případě úplné recyklace prachu z filtrů do pece. Nižší hodnota je spojena s většími pecemi (900 t/den) a vyšší hodnota s menšími pecemi (450–500 t/den). V případě úplného odstranění prachu z filtrů budou měrné náklady na tunu utavené skloviny o 1,5–2 eura vyšší. Vyšší účinnost odlučování SOX (cca 50 %), které lze dosáhnout přidáním většího množství hašeného vápna, by vedla k nákladům vyšším o 1 euro na tunu utavené skloviny u plynem otápěných pecí a o 2,5 eur na tunu utavené skloviny u olejem otápěných pecí za předpokladu úplného odstranění prachu z filtrů. Navýšení měrných nákladů by bylo mnohem nižší, kdyby byl prach z filtrů zcela recyklován do pece (cca 0,2– 0,3 eura na tunu utavené skloviny).
198
Sklářský průmysl
Kapitola 4
•
Měrné náklady na kg odstraněné znečišťující látky se mohou pohybovat mezi 9 a 15 eury na kg odloučeného prachu a mezi 0,45 a 0,7 eur na kg odloučeného SO2 v závislosti na kapacitě pece a na provozních podmínkách.
Výroba obalového skla •
Celkové investiční náklady na systém zamezující znečištění ovzduší (ESP + suché čištění) se mohou pohybovat mezi 2,2 a 4,7 mil. eur na jednu pec, v závislosti na velikosti pece (133–560 t/den). V praxi v odvětví obalového skla se systémy zamezující znečištění ovzduší často používají na čištění odpadních plynů z více než jedné pece.
•
Provozní náklady se mohou pohybovat od 166 000 do 673 000 eur za rok. Nižší hodnota platí pro plynem otápěné pece a recyklaci prachu z filtrů, zatímco vyšší hodnota je spojena s olejem otápěnými pecemi s úplným odstraněním prachu z filtrů.
•
Měrné náklady na tunu utavené skloviny jsou srovnatelné s hodnotami uváděnými u výroby plaveného skla.
•
Měrné náklady se mohou pohybovat mezi 10 a 24 eury na kg odstraněného prachu a mezi 0,5 a 1,2 eura na kg odstraněného SO2 v závislosti na kapacitě zařízení a na provozních podmínkách.
Výroba užitkového skla •
Celkové investiční náklady na systém zamezující znečištění ovzduší (ESP + suché čištění) se mohou pohybovat mezi 1,2 a 2 miliony eur, v závislosti na velikosti pece (35–180 t/den).
•
Provozní náklady se mohou pohybovat od 43 500 do 247 000 eur za rok. Nižší hodnota platí pro malé plynem otápěné pece (35t/den) s recyklací prachu z filtrů, zatímco vyšší hodnota je spojena s většími plynem otápěnými pecemi (180 t/d) s úplným odstraněním prachu z filtrů.
•
Měrné náklady na tunu utavené skloviny mohou být mnohem vyšší než v odvětví obalového skla. Odhadují se hodnoty mezi 7,7 a 16,7 eury na tunu utavené skloviny, v závislosti na velikosti pece.
•
Měrné náklady se mohou pohybovat mezi 20 a 44 eury na kg odloučeného prachu a mezi 1 a 2,2 eury na kg odstraněného SO2 v závislosti na kapacitě zařízení a na provozních podmínkách.
Metodika používaná k výpočtu nákladů a rovněž shrnutí vypočítaných nákladů souvisejících s použitím ESP v kombinaci se systémy suchého čištění kouřových plynů z tavných pecí jsou uvedeny v Tabulce 8.7 v Oddíle 8.1.7, kde jsou uvedeny údaje z ESP nainstalovaných před r. 2007 a systémů zavedených v letech 2007 a 2008. Uvedené hodnoty se mohou lišit o +/-15 % v případě investičních nákladů a o 30 % u provozních nákladů v závislosti na řadě místně specifických faktorů. U zařízení, která nevyžadují čištění kyselých plynů, budou investiční náklady nižší přibližně o 15–20 % a provozní náklady o 30–40 %. Náklady na infrastrukturu se budou lišit v závislosti na velikosti ESP a na místních okolnostech u každého zařízení (včetně počtu pecí připojených na ESP a vzdáleností mezí pecemi a ESP). Jak je uvedeno výše, ESP mohou být rozměrné a u stávajících zařízení může být v případě omezených prostor potřeba provést velké stavební úpravy. Souhrn aktuálních údajů o cenách vycházejících ze vzorových zařízení vyrábějících různé druhy skla (obalové, ploché a speciální sklo a minerální vata) v rozdílných provozních podmínkách je uveden v Tabulce 4.8.
Sklářský průmysl
199
Kapitola 4
Tabulka 4.8:
Souhrnné příklady aktuálních nákladů na elektrostatické odlučovače používané při výrobě plochého, obalového a speciálního skla a minerální vlny
Typ pece Palivo
Ploché sklo (1)
Ploché sklo (2)
Obalové sklo (3)
Speciální sklo (4)
Příčně otápěná, regenerativní
Plavicí, příčně otápěná Zemní plyn + lehký topný olej
Příčně otápěná, regenerativní
Příčně otápěná, regenerativní Zemní plyn + lehký topný olej
Topný olej
Zemní plyn
Skelná vata (5) Kyslíko-palivová Zemní plyn
Kapacita pece
350 t/den
800 t/den
350 t/den
220 t/den
206 t/den
Aktuální výkon
259 t/den
700 t/den
275 t/den
170 t/den
199 t/den
Elektropříhřev
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Bílé, extra bílé, bronzové, žluté
Bílé
Flintové
Boritokřemičité skleněné trubice
C-sklo
60 % 3,78 GJ/t skloviny
2
35 % 5,20 GJ/t skloviny 4
300 Ԩ
300 Ԩ
NaHCO3
Ca(OH)2
55–80 kg/h (6)
15 kg/h
100 %
100 %
100 %
0%
100 %
125 kWh/h
320 kWh/h
194 kWh/h
250 kWh/h
Není k dispozici
Ročně
Ročně
Dle potřeby
Neuvedeno
Neuvedeno
Investiční náklady
2,2 mil. eur
2,5 mil. eur
1,5 mil. eur
2,8 mil. eur
0,91 mil. eur (8)
Doba amortizace
10 let
10 let
10 let
10 let
8 let
Provozní náklady Roční náklady na amortizaci
205 000 eur/rok
238 000 eur/rok
120 000 eur/rok
275 000 eur/rok
60 000 eur/rok (8)
292 600 eur/rok
331 500 eur/rok
199 500 eur/rok
372 400 eur/rok
158 750 eur/rok
Celkové roční náklady
497 600 eur/rok
569 500 eur/rok
319 500 eur/rok
647 400 eur/rok
218750 eur/rok
5,26 eur/t skloviny
2,23 eura/t skloviny
3,18 eur/t skloviny
10,4 eur/t skloviny
3,01 eur/t skloviny (8)
Typ skla Střepy
30 %
Měrná spotřeba energie
5,71 GJ/t skloviny
Pole ESP Teplota před filtrem Typ absorpčního činidla Množství absorpčního činidla Znovupoužití prachu z filtru v kmeni Spotřeba energie pro ESP včetně ventilátoru Servisní interval
3,55 GJ/t skloviny
3
25 % 16,44 GJ/t skloviny 2
66 %
200 Ԩ
350 Ԩ
Není k dispozici
Žádné (3)
Ca(OH)2
Žádné
2
22 kg/h
7
Údaje o nákladech ( )
Odhadované náklady na tunu skloviny
Související úrovně emisí (AEL)
mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2
kg/t skloviny
Půlhodinové průměrné úrovně Prach: 3,0 SOX: 1150 HCl: 7,0 ˇ HF: 3,7
Půlhodinové průměrné úrovně Prach: 1,5 SOX: 1327 HCl: 25 HF: 0,5
Prach: 0,0048 SOX: 2,78 HCl: 0,017 HF: 0,009
Prach: 0,0031 SOX: 2,72 HCl: 0,051 HF: 0,001
Půlhodinové průměrné Půlhodinové úrovně průměrné úrovně Prach: 23,8 Prach: 20 SOX: 386 SOX: zanedbatelné HCl: 4,8 HCl: 9 HF: 3,0 HF: 4 Prach: 0,037 SOX: 0,60 HCl: 0,0075 HF: 0,005
Nejsou dostupné naměřené údaje Prach: méně než 5 SOX: zanedbatelné HCl: méně než 1 HF: méně než 1
Prach: 0,127 Prach: méně než 0,01 SOX: zanedbatelné SOX: zanedbatelné HCl: 0,057 HCl: méně než 0,0015 HF: 0,015 HF: méně než 0,0015
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
Zařízení je vybaveno systémem regenerace tepla před a po ESP. Zařízení je vybaveno systémem regenerace tepla. Zařízení je vybaveno předehříváním kmene. Zařízení je vybaveno technikou SCR na snižování emisí NOX. Údaje o emisích ukazují úrovně předpokládané na základě měření prováděných na podobných zařízeních. Množství absorpčního činidla závisí na druhu vyráběného skla. Údaje o nákladech se vztahují k roku zavedení kontrolního systému na znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. (8) Nejnovější údaje o nákladech (2008) pro kapacitu pece 150–250 t/denně jsou následující: investiční náklady: 1,5 mil. až 2,0 mil eur, provozní náklady: 80 000–200 000 eur za rok, měrné náklady: 4,5 – 5,5 eur na tunu utavené skloviny. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [115, EURIMA-ENTEC Costs evaluation 2008]
200
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hnací síla zavádění techniky Nejdůležitější hnací silou zavádění této techniky je splnění zákonem stanovených emisních limitů. Dalším faktorem motivujícím k instalaci odlučovačů prachu je požadavek na snížení emisí kovů a/nebo plynných emisí (SOX, HF, HCl atd.), které často zahrnuje použití pevného činidla a vede ke vzniku vysokého množství prachových emisí. Vzorová zařízení Ve sklářském odvětví je mnoho případů úspěšného používání ESP. Více než 90 pecí v Německu a více než 40 pecí v Itálii je vybaveno ESP, které jsou většinou kombinované s čištěním kyselých plynů, a stejně na tom jsou i ostatní evropské země. ESP jsou nejpoužívanějšími filtry ve sklářském průmyslu. Tato technika je v odvětví upřednostňována především ve velkých zařízeních. V roce 2007 bylo elektrostatickými odlučovači vybaveno více než 60 % všech plavicích pecí. Od roku 2005 se stávající zařízení na výrobu plaveného skla vybavují systémem snižování emisí během studených oprav pecí. Referenční literatura [33, Beerkens 1999] [64, FEVE 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [ 75, Germany-HVG Glass Industry report 2007 ]
4.4.1.3 Tkaninové filtry Popis V řadě případů se ve sklářství používají systémy tkaninových filtrů, protože mají vysokou účinnost při odstraňování emisí jemných částic. Jejich používání při filtraci kouřových plynů v zařízeních na výrobu obalového skla je v současnosti stále častější díky používání moderních a spolehlivých tkanin a řídicích systémů. Vzhledem k možnosti jejich zanášení však za určitých okolností není jejich použití vždy upřednostňováno. Ve většině případů existuje technické řešení těchto obtíží, ale může přinést další náklady. Základním principem filtrace přes tkaninu je výběr tkaninové membrány, která propouští plyn, ale bude zadržovat prach. Zpočátku se prach zachycuje jak na povrchových vláknech, tak uvnitř tkaniny, ale jak narůstá povrchová vrstva, stane se sama dominantním filtračním médiem. Jak prachový koláč tloustne, roste odpor proti proudu plynu a je nutné pravidelné čištění filtračního média, kvůli řízení poklesu tlaku na filtru. Plyn může proudit buď zevnitř filtru ven, nebo zvenčí dovnitř (viz Obrázek 4.4).
Sklářský průmysl
201
Kapitola 4
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Elektrická nastavovací jednotka Reverzní vzduchový ventil s membránou Vibrační motor Vibrační rám Víko pytlového filtru se závlačkou Těsnicí límec Pytlový filtr
Zdroj: [70, VDI 3469-1 2007] Obrázek 4.4:
Schéma tkaninového filtru
Nejběžnější způsoby čištění tkaninového filtru jsou reverzní proudění vzduchu, mechanický oklep, vibrace a oklep stlačeným vzduchem. Často se používá kombinace těchto metod. Běžné čisticí mechanismy nenavrátí tkaninu do původní čistoty. Není dobré čistit tkaninu příliš důkladně, protože v ní usazené částice pomáhají zmenšovat velikost pórů mezi vlákny, čímž umožňují dosažení vysoké účinnosti filtrace. Tkaninové filtry jsou zkonstruovány na principu předpokládané rychlosti filtrace, která je definována jako maximální přijatelná rychlost plynu protékajícího jednotkou plochy tkaniny (vyjádřeno v m/s). Rychlosti filtrace se obecně pohybují v rozmezí 0,01 až 0,06 m/s podle aplikace a typu filtru a tkaniny. Konstrukce filtru musí optimalizovat rovnováhu mezi poklesem tlaku (provozní náklady) a velikostí (investiční náklady). Jestliže je rychlost filtrace příliš vysoká, pak je pokles tlaku vysoký a částice budou pronikat tkaninou a zanášet ji. Jestliže je rychlost filtrace příliš nízká, bude filtr účinný, ale velice nákladný. Protože částice, přítomné v proudu odpadních plynů z vanových pecí, mají tendenci přilnout k filtračnímu materiálu, může být čištění odfiltrovaných částic z těchto materiálů často obtížné. S využitím tendence částic shlukovat se lze podpořit dosažení uspokojivého kontinuálního provozu nepřetržitou recyklací dílčího proudu částic, vyčištěných z filtračního materiálu, do proudu špinavého plynu. Tento efekt je možné ještě vylepšit použitím hašeného vápna při čištění plynů. Při výběru tkaniny se musí vzít v úvahu složení plynů, povaha a velikost částic prachu, používaný způsob čištění, požadovaná účinnost a hospodárnost. Musí se rovněž zvážit teplota plynu a případný způsob chlazení plynu a vzniklá vodní pára a teplota kondenzace kyseliny. Vlastnosti tkaniny, které je třeba zvážit, zahrnují maximální provozní teplotu, chemickou odolnost, tvar vlákna a typ příze, vazbu tkaniny, úpravu tkaniny, odolnost proti oděru a ohybu, pevnost, sběrnou účinnost a propustnost tkaniny.
202
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Dosažené přínosy pro životní prostředí Tkaninové filtry jsou velice účinná zařízení na sběr prachu a lze očekávat účinnost sběru 95–99 %. Lze s nimi dosáhnout úrovně emisí pevných částic 0,5 až 5 mg/Nm3 a v mnoha případech lze očekávat úrovně emisí pod 5 mg/Nm3. To obecně odpovídá o hodně méně než 0,008 kg na tunu utavené skloviny a méně než 0,02 kg/t skloviny v některých specifických případech, jako jsou boritokřemičitá skla nebo modifikovaná sodnovápenatá skla. Je však třeba si uvědomit, že v případech kontinuálních měření je nejistota standardních metod (viz EN 13284-1: 2003) stejného řádu jako naměřená úroveň. Hlášené nízké koncentrace je proto potřeba hodnotit velmi opatrně. Potřeba dosáhnout takto nízkých úrovní emisí může být důležitá, pokud prach uvolňovaný z výrobního procesu obsahuje značné množství kovů (blížící se typickým emisním limitům nebo je překračující). Odlučování sloučenin boru z odpadních plynů může být efektivnější s používáním tkaninových filtrů, které lze provozovat za relativně nízkých teplot (viz Oddíl 4.4.1). V odvětví minerální vlny, zejména u kupolových pecí na výrobu kamenné vaty, se uvádí, že s použitím tkaninových filtrů na stávajících zařízeních se dosahuje koncentrací prachových emisí nižších než 10 mg/Nm3 jen asi v 60 % případů. Je-li tkaninový filtr používán v kombinaci s čištěním plynů, obvykle to vede k nižším celkovým emisím kyselých plynů (viz Oddíly 4.4.3 a 4.4.4.2). Pokud se prach recykluje, budou se některé z kyselých plynů reemitovat. Vytvoří se však dynamická rovnováha, u které bude docházet k větší absorpci do skloviny, sníží se některá množství surovin a celkové množství emisí bude nižší. U některých plynných znečišťujících látek a za specifických okolností může být účinnost suchého čištění vyšší u tkaninových filtrů než u ESP, protože k další absorpci může docházet na filtračním koláči nebo při recyklaci části prachu v rámci mechanismů používaných v moderních tkaninových filtračních systémech. Mezisložkové vlivy Používání tkaninových filtrů zahrnuje spotřebu elektrické energie pro výrobu stlačeného vzduchu a pohon ventilátoru a řídicích systémů, která odpovídá méně než 1 % energie spotřebované v peci. Nepřímé emise CO2 související se spotřebou elektrické energie budou záviset na zdroji používaném k její výrobě. Odhadované emise z pece na plavené sklo s kapacitou 500 t/den činí cca 2500 t CO2/rok (přibližně 2,5–3 % ročních emisí CO2 z tavicí pece). Odhadovaná data u pece na obalové sklo o kapacitě 300 t/den ukazují, že nepřímé emise CO2 spojené s používáním tkaninového filtru mohou činit až 3 % ročního množství emisí CO2 z pece (z otápění a ze surovin). U pecí na stolní sklo tvoří nepřímé emise CO2 zhruba 200–250 t/rok, u pecí s kapacitou 30–40 t/den a 600 t/rok, u větších pecí s kapacitou 180–200 t/den (cca 3 % celkových emisí CO2 z pece). Nepřímé emise spojené se spotřebou elektrické energie se odhadují v rozsahu 10–26 kg CO2 na tunu utavené skloviny, 0,025–0,045 kg NOX na tunu utavené skloviny a 0,09–0,16 kg SO2 na tunu utavené skloviny v závislosti na kapacitě zařízení (viz také Oddíl 8.1.7, Tabulka 8.7 pro konkrétní výpočet údajů). Stejně jako je tomu v případě ESP, další nepřímé emise jsou spojeny s výrobou alkalických činidel používaných při praní plynů (hydrogenuhličitan sodný, uhličitan sodný, hydroxid vápenatý). Tato množství se odhadují v rozmezí 60–200 t CO2/rok u pecí na výrobu obalového skla s kapacitou 200–600 t/den (méně než 0,5 % celkových emisí CO2 z pece) a až 300–600 t CO2/rok u velkých pecí na plavené sklo s kapacitou 500–900 t/den (cca 0,5 % celkových emisí CO2 z pece).
Sklářský průmysl
203
Kapitola 4
Jestliže je do této techniky zařazena fáze čištění plynů, vzniká proud pevného odpadu, který se musí buď recyklovat do pece, nebo odstranit. Stejně jako u použití ESP může tvorba pevných odpadů představovat hlavní mezisložkový vliv, pokud není možné recyklovat prach a je třeba jej externě odstranit. Při používání tkaninových filtrů platí stejná omezení na recyklaci prachu z filtrů jako v Oddíle 4.4.1.2. Souhrn nákladů a mezisložkové vlivy u systému na omezování znečištění ovzduší používaných u tavicích pecí je uveden v Tabulce 8.7 v Oddíle 8.1.7. Provozní údaje Stejně jako u elektrostatických odlučovačů i u tkaninových filtrů dochází ke snížení účinnosti v závislosti na délce a podmínkách provozu (viz Oddíl 4.4.1.2, provozní údaje). U systému tkaninových filtrů je nezbytné udržet teplotu spalin ve správném rozsahu. Plyn musí být udržován nad bodem kondenzace každé přítomné kondenzovatelné látky (např. H2SO4 nebo vody) a pod horní teplotní hranicí filtračního média. Jsou-li teploty příliš nízké, dojde ke kondenzaci, která může způsobit zanášení filtrační tkaniny a/nebo působení chemikálií na tkaninu. Jsou-li teploty příliš vysoké, může dojít k poškození filtračního materiálu, což bude vyžadovat drahou výměnu. Konvenční filtrační tkaniny mají obvykle maximální provozní teplotu mezi 130 a 220 oC a obecně platí, že čím vyšší provozní teplota, tím vyšší cena. U většiny sklářských procesů se teplota spalin pohybuje mezi 450 a 800 oC. Proto se plyn musí před filtrem chladit ředěním, vodou nebo výměníkem tepla. Pokud je pravděpodobné, že kouřové plyny obsahují kyselé látky (zvláště u olejem otápěných pecí), je nezbytné instalovat na přívodu do filtru čisticí fázi, aby se zabránilo kondenzaci kyseliny, která by poškodila filtry a jejich kryty. U kouřových plynů obsahujících bor pomáhá tato čisticí fáze srážet těkavé sloučeniny boru a může usnadnit sběr prachu bez zablokování filtru. Přestože jsou tkaninové filtry citlivé materiály, došlo ke zdokonalení technologie a moderní filtry jsou již dostatečně odolné. Jsou k dispozici vhodné a spolehlivé řídicí systémy umožňující řízení teplot, čímž brání poškození tkaniny filtru. Aby nedocházelo ke zbytečnému poškození tkaniny filtru, je vyžadován dobře promyšlený technický postup v kombinaci se spolehlivým systémem nepřetržité elektronické kontroly. Moderní tkaninové filtrační systémy obsahují přes 1000 rukávů. Poškození malého počtu těchto rukávů obvykle nijak významně neovlivní účinnost filtrace. Kontinuální systémy na monitorování prachu v komíně účinně odhalí jakýkoli potenciální problém. Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním tkaninových filtrů je uveden v Tabulce 4.9.
204
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.9:
Hlavní výhody a nevýhody tkaninových filtrů
Výhody • • • • •
Velmi vysoká účinnost sběru. Sběr produktu v suchém stavu. Nižší investiční náklady u jednodušších použití. Účinné zachycování kovů. Obecně vylepšená účinnost odstraňování kyselých plynů, (např. kyseliny fluorovodíkové a sloučenin selenu a boru).
Nevýhody • • • • • • • • •
Vzniká tok pevných odpadů, které není vždy možné recyklovat. Zvýšená spotřeba energie kvůli vyššímu poklesu tlaku (CO₂ a ostatní nepřímé emise z výroby elektřiny). Často je třeba chladit plyn. Někdy je požadována úprava tkaniny. Někdy jsou požadovány drahé tkaniny. Problémy s bodem kondenzace, které vedou k zanášení tkaninových filtrů a krytů filtrů. Někdy je žádoucí ohřívat čisticí vzduch (reverzní proud). Některý prach se obtížné uvolňuje, což způsobuje pokles tlaku pod projektovanou úroveň. Teplota vystupujících kouřových plynů je příliš nízká pro použití SCR, takže je nutné je znovu zahřívat, což přináší zvýšení spotřeby energie o cca 5–10 % v porovnání se spotřebou tavicí pece.
Použitelnost Tkaninové filtry nalezly široké použití v mnoha odvětvích sklářského průmyslu. V podstatě lze tyto filtry použít na všech typech pecí ve sklářském průmyslu, a to jak na nových, tak na stávajících. V mnoha odvětvích však tato technika nebyla preferována, protože má relativně vysoké nároky na údržbu a je zde možnost zanesení tkaniny, což vyžaduje nákladnou náhradu filtračního média. Přidáním čištění plynů a používáním paliv s nízkým podílem síry však je možné tendenci filtrů k zanášení snížit. Dalším problémem tkaninových filtrů je, že většina fosilními palivy otápěných pecí vyžaduje citlivé řízení tlaku a přítomnost tkaninového filtru s vysokým poklesem tlaku toto řízení může ztížit. Moderní materiály a řídicí systémy tento problém potlačily. Kvůli výše uvedeným problémům se považuje za technicky proveditelnější připojit více pecí na ESP než ke tkaninovému filtru. V moderních systémech byla většina výše uvedených problémů překonána a existují příklady dobře pracujících textilních filtrů v zařízeních na výrobu obalů a boritokřemičitého skla a v ostatních odvětvích sklářského průmyslu. V odvětví plochého skla je řízení tlaku kriticky důležité pro zajištění vysoké kvality skla požadované v mnoha oblastech použití. Kvůli značnému poklesu tlaku, který tkaninové filtry způsobují, se jejich provozování při současném zachování požadovaného tlaku v peci a tím pádem také požadované kvality vyráběného skla ukázalo jako velmi obtížné. Z tohoto důvodu a také kvůli těžkostem s úpravou kouřových plynů při nízkých teplotách nejsou tkaninové filtry nejlepší volbou pro pece na výrobu plaveného skla. V roce 1996 byla jedna pec na plavené sklo vybavena tkaninovým filtrem a dodnes zůstává jedinou v Evropě, protože od té doby nebyla takto vybavena žádná jiná pec na plavené sklo. Ve všech ostatních případech byly upřednostněny ESP.
Sklářský průmysl
205
Kapitola 4
Zablokování filtrů v důsledku zanesení tkaniny se týkalo zvláště fosilním palivem otápěných pecí na skleněnou vatu (a některá jiná skla obsahující bor), protože jemné pevné částice emitované z těchto pecí jsou lepkavé a bez suchého čištění se těžko zabrání zablokování. Tyto pece jsou většinou otápěné plynem s nízkými koncentracemi kyselých sloučenin a z toho důvodu (s dobře udržovaným tkaninovým filtrem) nemusí být považováno za nutné použít čištění plynů. To významným způsobem sníží investiční i provozní náklady a značně usnadní recyklaci prachu. Použití čištění plynů však napomáhá absorpci a kondenzaci těkavých látek, např. sloučenin boru a selenu. Dalším problémem tkaninových filtrů je, že většina fosilními palivy otápěných pecí vyžaduje citlivé řízení tlaku a přítomnost tkaninového filtru s vysokým poklesem tlaku toto řízení může ztížit. Moderní materiály a řídicí systémy tento problém potlačily. Tato technika se široce používá na elektrických pecích, kupolových pecích na výrobu kamenné vaty, pecích na výrobu frit a vysokoteplotní izolační vaty (HTIW) a v menší míře také na pecích na výrobu obalového skla. U některých menších pecí otápěných fosilním palivem byly tkaninové filtry zvoleny jako technika provozovaná ve spojení s čisticími systémy, které jsou instalovány ke snížení emisí kyselých plynů. Mimo to pro menší provozy mohou být velmi zajímavé nižší investiční náklady na tkaninové filtry v porovnání s elektrostatickými odlučovači, které kompenzují vyšší náklady na údržbu a riziko ucpání filtrů. Použití systémů tkaninových filtrů nepředstavuje nejlepší volbu, pokud se předpokládá používání SCR, kvůli obecně nízkým provozním teplotám, které nejsou vhodné pro provozní podmínky katalyzátoru. Hospodárnost Obecně mohou být investiční náklady na systém tkaninových filtrů nižší než u ESP, ale mohou zde být vyšší provozní náklady. U velkých objemů plynů jsou však měrné náklady na tkaninové filtry kombinované se suchým čištěním srovnatelné nebo dokonce vyšší než u ESP s pračkou plynů. To platí zejména pro pece na výrobu plaveného skla nebo pro situace, kdy je více pecí na výrobu obalového skla napojeno na jeden systém zamezující znečištění ovzduší. Hlavními faktory ovlivňujícími náklady na tkaninový filtr jsou: •
objem odpadních plynů
•
plocha povrchu filtru (v závislosti na požadované účinnosti)
•
materiál tkaniny (skleněné vlákno, polyamid, polyimid atd.)
•
chlazení odpadních plynů na provozní teplotu filtru
•
je-li vyžadováno čištění kyselých plynů, účinnost čisticího zařízení a druh činidla (tj. hašené vápno, hydrogenuhličitan sodný, uhličitan sodný)
•
vlastnosti zařízení (volný prostor, uspořádání, požadovaná příprava místa atd.)
•
ceny energie, elektřiny, vody a lidských zdrojů
•
náklady na odstranění prachu (není-li možné jej recyklovat).
Odhad nákladů u různých kapacit pecí a účinnosti odlučování SOX byl proveden na základě metodiky uváděné v Oddíle 8.1, s ohledem na dvě volby – buď úplné recyklace prachu z filtrů, nebo jeho odstraněním na skládce. Údaje vycházejí ze skutečných nákladů (např. cenové nabídky od dodavatelů) a vypočítaných hodnot [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]. Byly uvažovány úrovně emisí prachu v rozsahu < 5–10 mg/Nm3 společně s obvyklým počátečním množstvím emisí 800–1000 mg/Nm3 SOX u plynem otápěných a 1800–2000 mg/Nm3 SOX u olejem otápěných pecí, za předpokladu omezené účinnosti odlučování SO2 činící cca 30 % dosažené suchým čištěním hašeným vápnem, není-li uvedeno jinak. Vypočítané náklady jsou uvedeny níže.
206
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Výroba plaveného skla •
Vypočítané celkové investiční náklady na tkaninový filtr + suché čištění plynů odpovídají 2,7 mil. eur u plynem otápěné pece s kapacitou 500 t/den a 4,5 mil eur u olejem otápěné pece při použití polosuchého čištění v kombinaci s tkaninovým filtrem.
•
Provozní náklady jsou odhadovány v rozsahu 700 000 až 930 000 eur za rok v závislosti na druhu paliva a možnosti recyklovat prach z filtrů.
•
Odhadované měrné náklady vyjádřené na tunu utavené skloviny se mohou pohybovat od 7 do 9,5 eur na tunu utavené skloviny v závislosti na druhu paliva a za předpokladu úplného odstranění prachu z filtrů.
•
Měrné náklady se mohou pohybovat mezi 12 a 21 eury na kg odstraněného prachu a mezi 0,6 a 1 eurem na kg odstraněného SO2 v závislosti na kapacitě pece a na provozních podmínkách (druh paliva, odstranění prachu z filtrů).
Výroba obalového skla •
Celkové investiční náklady na kontrolní systém na znečištění ovzduší (tkaninový filtr + suché čištění) se mohou pohybovat mezi 1,2 a 2 mil. eur v závislosti na velikosti pece (200–600 t/den).
•
Provozní náklady se mohou pohybovat od 160 000 do 526 000 eur za rok. Nižší hodnota platí pro plynem otápěné pece s kapacitou 200 t/den a recyklací prachu z filtrů, zatímco vyšší hodnota je spojena s olejem otápěnými pecemi s úplným odstraněním prachu z filtrů.
•
Měrné náklady na tunu utavené skloviny se mohou pohybovat mezi 2,7 a 7,3 eury, přičemž nižší hodnota platí pro velkou pec (600 t/den) s recyklací prachu z filtrů a vyšší hodnota se vztahuje k olejem otápěné peci s kapacitou 290 t/den a odstraněním prachu z filtrů.
•
Měrné náklady se mohou pohybovat mezi 13 a 23 eury na kg odstraněného prachu a mezi 1 a 1,2 eury na kg odstraněného SO2 v závislosti na kapacitě zařízení a na provozních podmínkách.
•
U kontrolních systémů na znečištění ovzduší skládajících se z tkaninového filtru + polosuchého čištění použitých na pecích s kapacitou 350 t/den jsou očekávány vyšší náklady cca 2,3 mil. eur. V tomto případě budou měrné náklady na tunu utavené skloviny v řádu 5–6,5 eur.
Výroba užitkového skla •
Celkové investiční náklady na kontrolní systém na znečištění ovzduší (tkaninový filtr + suché čištění) se mohou pohybovat mezi 0,77 a 1,15 mil. eury v závislosti na velikosti pece (30–200 t/den).
•
Provozní náklady se mohou pohybovat od 65 000 do 174 000 eur za rok. Nižší hodnota platí pro malé plynem otápěné pece (30 t/den) s recyklací prachu z filtrů, zatímco vyšší hodnota je spojena s většími plynem otápěnými pecemi (180 t/d) s úplným odstraněním prachu z filtrů.
•
Měrné náklady na tunu utavené skloviny se mohou pohybovat mezi 3,8 a 13,8 eury v závislosti především na velikosti pece: nižší hodnota je spojena s většími pecemi a vyšší hodnota s pecí s kapacitou 30 t/den.
•
Měrné náklady na kg odstraněné znečišťující látky se mohou pohybovat mezi 23 a 35 eury na kg odstraněného prachu a mezi 1,2 a 1,8 eurem na kg odstraněného SO2 v závislosti na kapacitě zařízení a na provozních podmínkách.
Obrázek 4.5 ukazuje některé odhadované údaje o nákladech u tkaninových filtrů kombinovaných se suchým čištěním v odvětví obalového skla.
Sklářský průmysl
207
Kapitola 4
Obrázek 4.5:
Odhadované náklady na suché čištění plynů v kombinaci s tkaninovými filtry na pecích na výrobu obalového skla, za předpokladu úplného odstranění prachu z filtrů a 25 % snížení SOX
Na Obrázku 4.5 se při předpokladu stejného snížení emisí SO2 měrné náklady u olejem otápěných pecí zdají být o 30–35 % vyšší než u plynem otápěných pecí, zejména z důvodu vyšších nákladů na odstranění prachu z filtrů obsahujícího sírany a zvýšených nákladů na hašené vápno (kvůli vyšším úrovním koncentrace SO2 v kouřových plynech z olejem otápěných pecí je potřeba více hašeného vápna). Tyto náklady v roce 2007 vzrostly kvůli vyšším investičním nákladům na instalaci (filtr, pračka plynů a potrubí), jak je vidět na Obrázku 4.5 u zařízení C a D. Typické náklady u zařízení s nižším objemem výroby se pohybují od 6 do 10 eur na tunu utavené skloviny, ale v některých případech lze očekávat i vyšší náklady. Zařízení s výrobou nad 400–500 t/den mají náklady mezi 3,5 a 5 eury na tunu utavené skloviny. Tyto náklady vychází z plynem otápěných pecí a úplného odstranění prachu sebraného z filtrů skládkováním. V případě olejového otápění a odstranění prachu se měrné náklady zvýší o 1–1,5 eur na tunu utavené skloviny. V Tabulce 8.7 v Oddíle 8.1.7 je uvedeno shrnutí odhadovaných nákladů pro rozdílné velikosti zařízení v odvětvích obalového, plaveného a stolního skla a nekonečného skleněného vlákna používajících tkaninové filtry společně s různými možnostmi čištění plynů. Příklady aktuálních nákladů u dvou zařízení vyrábějících speciální sklo za různých provozních podmínek jsou uvedeny v Tabulce 4.10.
208
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.10:
Příklady aktuálních nákladů na tkaninové filtry použité ve dvou zařízeních na výrobu speciálního skla
Typ pece Palivo Kapacita pece Aktuální výkon Elektropříhřev Typ skla Střepy Měrná spotřeba energie (2) Teplota před filtrem Typ absorpčního činidla Množství absorpčního činidla
Zařízení na výrobu speciálního skla č. 1 (1) Elektrická 86 t/den 80 t/den Boritokřemičité, bílé 70 % 4,18 GJ/t skloviny (průměr ze dvou pecí) 80 Ԩ Ca(OH)2 3 kg/h
Znovupoužití prachu z filtru v kmeni Spotřeba energie pro filtrační systém včetně ventilátoru Investiční náklady (3) Doba amortizace Provozní náklady Roční náklady na amortizaci Celkové roční náklady Odhadované náklady na tunu skloviny Související úrovně emisí (průměrné úrovně)
kg/t skloviny
6,72 GJ/t skloviny 105 Ԩ Ca(OH)2 15 kg/h
0%
0%
20 kWh/h
34 kWh/h
440 000 eur 10 let 50 000 eur/rok 58 520 eur/rok 108 520 eur/rok 3,71 eur/t skloviny
1,5 mil. eur 15 let 83 109 eur/rok 126 000 eur/rok 209 109 eur/rok 14,32 eur/t skloviny
Půlhodinové průměrné úrovně 4
mg/Nm3, suchý plyn
Zařízení na výrobu speciálního skla č. 2 Kyslíko-palivová Zemní plyn 50 t/den 40 t/den ano Boritokřemičité 60 %
Prach: 1,2 ( ) SOX: 0,7 HCl: 5,1 HF: 0,3 Prach: 0,0017 SOX: 0,037 HCl: 0,028 HF: 0,0018
4
Prach: 0,8 ( ) SOX: 4,7 HCl: 22,0 HF: 0,3 Prach: 0,0008 SOX: 0,013 HCl: 0,061 HF: 0,0009
Půlhodinové průměrné úrovně Prach: 0,3 (4) SOX: 5,6 HCl: 6,9 HF: 0,45 Prach: 0,0027 SOX: 0,054 HCl: 0,066 HF: 0,0043
(1) Údaje vychází ze zařízení se dvěma elektrickými pecemi. Uváděná výrobní kapacita je součtem obou pecí. (2) Uváděné údaje se týkají energie v místě použití a nejsou upraveny na primární energii. (3) Údaje o nákladech vycházejí z filtračního systému se suchým čištěním. Tyto údaje se vztahují k roku zavedení kontrolního systému na znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. (4) Nízké úrovně koncentrací vychází z bodových záměrů a mohou být způsobeny obzvláště příhodnými podmínkami. Neurčitost měřící metody je obvykle stejného řádu jako naměřená úroveň (viz Oddíl 8.3.2). Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
Hnací síla zavádění techniky Nejdůležitější hnací silou je splnění zákonem stanovených limitů emisí. Dalším motivačním faktorem pro instalaci systému tkaninového filtru v kombinaci se suchým nebo polosuchým čištěním plynů může být snížení emisí kovů (Pb, Se atd.) a/nebo plynných emisí (SO2, HCl, HF atd.). Tkaninové filtry mohou být dobrým řešením, pokud jsou kovy součástí emisí prachu. U těkavých kovů, jako jsou selen a arzen, nižší provozní teploty tkaninových filtrů napomáhají k lepšímu zachytávání kovů.
Sklářský průmysl
209
Kapitola 4
Vzorová zařízení V odvětví obalového skla bylo v roce 2005 tkaninovými filtry vybaveno více než 16 zařízení 2005 a ještě více jich bylo v ostatních sklářských odvětvích. V EU-27 je pouze jedno zařízení vyrábějící ploché sklo, které používá tkaninový filtr. Referenční literatura [33, Beerkens 1999] [64, FEVE 2007] [70, VDI 3469-1 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [86, Austrian container glass plants 2007] [110, Austria, Domestic glass plants 2007]
4.4.1.4
Mechanické sběrače
Popis Pojem mechanické sběrače popisuje techniky, které využívají k oddělení prachu z proudu plynu mechanickou sílu (přitažlivou, setrvačnou, odstředivou), např.: •
Cyklony – plynu je udělen rotační pohyb a prach se odděluje odstředivou silou.
•
Gravitační usazovače – plyn vstupuje do velké komory snižující rychlost plynu a způsobující usazování prachu.
•
Usazovací komory – usměrňovače způsobují změnu směru plynu a usazování prachu.
•
Žaluziový odlučovač – vrstvy malých usměrňovačů dělí a mění směr proudu plynu a způsobují usazování prachu.
Tyto techniky mají špatnou účinnost sběru malých částic, zejména o průměrech nižších než 10 µm a kvůli malým rozměrům pevných částic obsažených v prachových emisích vznikajících ve sklářství se používají jen zřídka. Výjimku tvoří cyklon, který lze najít u některých zařízení, zejména jako předstupeň jiných technik. Principy provozu a hlavní výhody a nevýhody jsou shrnuty níže. Protože se však cyklony nepovažují za účinnou techniku pro pecní emise, nejsou již podrobněji popisovány. Cyklon je setrvačné zařízení na čištění plynu. Prach se odlučuje z toku plynů, kdy se změní směr proudění plynu a prach pokračuje silou setrvačnosti v původním směru a poté se ukládá na sběrném povrchu. Existují dva typy cyklonů – s vratným a přímým tokem. Nejběžnější jsou cyklony s vratným tokem, které jsou tvořeny válcovitým pláštěm s kónickou základnou, sběrným prachovým zásobníkem a vstupem a výstupem vzduchu. Existují dva hlavní typy cyklonů s vratným tokem – tangenciální a axiální. Toto označení se liší podle geometrie vstupu vzduchu. Vstupní proud plynu je usměrněn do víru a dostředivé síly zachovávají točivý pohyb. Částice větší, než je kritická velikost, jsou vrženy ze vstupní spirály do širší kruhové dráhy a usazují se na stěně cyklonu. Vzdušný proud nese prach do sběrného zásobníku a ve spodní straně kónusu se proud plynu obrací a čistý plyn prochází zpět podél středu cyklonu do výstupní spirály. Obecně se účinnost cyklonu zvyšuje při odpovídajícím nárůstu: hustoty pevných částic, vstupní rychlosti, délky cyklonu, počtu oběhů plynu, poměru průměru tělesa k průměru výstupu, průměru částic, množství prachu a hladkosti cyklonových stěn. Účinnost se snižuje při zvyšování: viskozity plynu, hustoty plynu, teploty, průměru cyklonu, průměru výstupu plynu, šířky vstupního plynového kanálu a plochy vstupu. Dosažené přínosy pro životní prostředí Cyklony se používají v různých průmyslových odvětvích a jsou zvláště vhodné pro sběr částic s průměrem vyšším než 10 µm. V závislosti na konstrukci mají středně/vysoce účinné cyklony sběrnou účinnost 45–90 % při 10 µm a 5–30 % při 1 µm. Často se předřazují před nákladnější technologie, aby odstranily z proudu plynu hrubý materiál, a tím snížily množství prachu vstupujícího do hlavního odlučovacího zařízení.
210
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním cyklonů je uveden v Tabulce 4.11. Tabulka 4.11:
Hlavní výhody a nevýhody cyklonů Výhody:
• • • • • • •
Nízké investiční a provozní náklady (včetně údržby). Mírný pokles tlaku. Malé prostorové nároky ve srovnání s jinými technikami. Schopnost provozu při vysokém zatížení prachem. Lze je použít pro široký rozsah plynů a prachů. Lze je provozovat za vysokých teplot a tlaků. Možnost výroby z celé řady materiálů.
Nevýhody:
• • • • •
Nízká sběrná účinnost u malých částic. Obtížné odstraňování lehkých nebo jehlicovitých materiálů. Možnost ucpání, když se dosáhne kondenzačního bodu. U hořlavých materiálů je obtížné odlehčení výbuchu. Potenciální problémy u abrazivních prachů.
Použitelnost Tato technika se ve sklářství jen málokdy používá samostatně. Výjimku tvoří odvětví minerální vlny, kde se cyklony často využívají v kombinaci s ostatními systémy na odstraňování znečišťujících látek z odpadních plynů z navazujících činností. Obecně se cyklony používají pro odstranění hrubých materiálů s cílem snížit množství prachu vstupující do hlavního systému na snižování emisí.
4.4.1.5 Vysokoteplotní filtrační média Popis Jedním z problémů konvenčních tkaninových filtrů je nutnost zachovávat teplotu spalin v pracovním rozsahu filtračního materiálu. Pokud teplota překročí horní teplotní mez, musí se filtr obejít nebo je třeba chladit plyn, např. ředěním. Konvenční filtrační materiály mají teplotní mez 120–180 oC, u některých materiálů je to až do 250 oC (skleněné vlákno). Náklady na materiál významně rostou u materiálů schopných provozu nad 180 oC. Někdy se používají vysokoteplotní média, ale tyto filtry nejsou normální rukávové filtry a obvykle se designem podobají svíčkovému filtru. Vysokoteplotní filtry se úspěšně používaly ke snižování emisí u některých kupolových pecí na výrobu kamenné vaty, ale nyní se již nepoužívají, protože jsou drahé nebo zařízení, která je používala, již nejsou v provozu. Nejčastějšími vysokoteplotními filtry používanými v jiných odvětvích jsou keramické svíčkové filtry nebo svíčkové filtry z vysokoteplotní vaty na odlučování prachu. Tyto filtry jsou vyrobeny z hlinitokřemičitých materiálů a lze je použít při teplotách do 1000 °C. V současnosti je k dispozici nový typ filtru, který kombinuje technologii keramických svíčkových filtrů s vestavěným katalyzátorem na odlučování NOX. Tato technika se stále považuje za nově vznikající techniku, a je proto diskutována v Oddíle 6.7. Dosažené přínosy pro životní prostředí Při používání vysokoteplotních keramických filtrů jsou hlášeny koncentrace prachu nižší než 10 mg/Nm3. Aktuálnější informace vycházejí z používání vylepšených keramických filtrů a keramických filtrů s katalyzátory pro odlučování více znečišťujících látek (viz Oddíl 6.7). Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním vysokoteplotních filtrů je uveden v Tabulce 4.12.
Sklářský průmysl
211
Kapitola 4
Tabulka 4.12:
Hlavní výhody a nevýhody vysokoteplotních filtrů
Výhody:
• • • • •
Lze je provozovat při vysokých teplotách až do 1000 °C. Obecně vysoká odolnost vůči kyselým plynům. Vysoká účinnost filtrace, až 99,9 %. Není potřeba snižovat teplotu kouřových plynů ředěním vzduchem. Za filtrem (vyčištěný plyn) mohou být při vysokých teplotách umístěny systémy regenerace tepla.
Nevýhody:
• • •
Tuhé a drahé materiály. Vysoké náklady na údržbu a opravu škod. Nízká chemická odolnost vůči HF při vysoké vlhkosti a nízkých teplotách.
4.4.1.6 Pračky plynů Popis Systémy praček plynů mohou být používány k řízení plynných i pevných emisí, i když jejich použití je obecně účinnější při odlučování plynných znečišťujících látek. Zatímco základní technologie je v obou případech podobná, konstrukční kritéria odstraňování pevných částic nebo plynů jsou značně odlišná. Aby se však omezily investiční náklady, používají se pračky plynů často při snižování smíšených emisí pevných částic a plynů. Tento design je nevyhnutelně kompromisem, ale může představovat BAT tam, kde jsou oddělené čisticí systémy nákladné. Pračky plynů také mohou mít sklon k zablokování nerozpustnými částicemi a ke tvorbě odpadové břečky. Tato technika je podrobněji popsána v Oddíle 4.5.6.1.2 u netavicích činností při výrobě minerální vlny, zejména při použitích v tvarovací oblasti, a v Oddíle 4.4.3.4 u použití při odlučování kyselých plynů (SOX, HCl, HF, sloučenin boru atd.). U některých použití lze uvažovat o Venturiho pračkách. Tyto systémy mají vysoký pokles tlaku a následně vysokou spotřebu energie a vysoké provozní náklady. Přestože s Venturiho pračkami lze dosáhnout dobré účinnosti odlučování, je tato technika ve většině případů považována za technicky i ekonomicky nepoužitelnou kvůli rozměrům výroby skla. Odlučování prachu praním plynů však může nalézt uplatnění u některých specializovaných provozů, zejména pokud je rovněž potřeba odstraňovat plynné emise. U většiny sklářských pecí nebudou pračky plynů pravděpodobně vhodnou nebo nejoptimálnější technikou pro ekonomicky výhodné odlučování pevných částic. Dosažené přínosy pro životní prostředí Údaje o účinnosti týkající se použití systémů praček plynů u konvenčních tavicích pecí nejsou k dispozici. Účinnost praček plynů používaných u elektrických pecí na výrobu speciálního skla je uvedena v Oddíle 4.4.3.4 Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním praček plynů je uveden v Tabulce 4.13.
212
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.13: Hlavní výhody a nevýhody praček plynů Výhody:
• •
Současné odlučování pevných a plynných znečišťujících látek. Menší nároky na prostor.
Nevýhody:
• • •
Tvorba toku odpadu, který je třeba odstranit. Vysoká efektivita pouze za značných poklesů tlaku a vysoké spotřeby energie. Obtíže a vysoké náklady na regeneraci prachu/kalů pro použití v kmeni.
Hospodárnost Výpočet investičních a provozních nákladů souvisejících s používáním systémů praní plynů u tavicích pecí je shrnut níže [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]. U kyslíko-palivových pecí na výrobu E-skla s kapacitou 100–150 t/den jsou předpokládané investice ve výši 2,65 mil. eur, roční provozní náklady činí 286 400 eur a měrné náklady se pohybují od 14,4 do 21,5 eur na tunu utavené skloviny na základě nákladů na odstranění prachu pohybujících se mezi 100 a 400 eury na tunu prachu. U konvenčních vzducho-plynových pecí na výrobu E-skla s kapacitou 100–150 t/den činí předpokládané investice 2,96 mil. eur, roční provozní náklady činí 300 000 eur a měrné náklady se pohybují od 15,7 do 20,5 eur na tunu utavené skloviny na základě nákladů na odstranění prachu pohybujících se mezi 100 a 400 eury na tunu prachu. Vzorová zařízení Ve sklářském průmyslu je v provozu jen omezený počet praček plynů, zejména v odvětvích užitkového skla a nekonečných skleněných vláken. Jsou to: •
Bormioli Luigi, Parma, Itálie, užitkové sklo (elektrické pece)
•
PPG Industries Fibre Glass, Hoogezand, Nizozemsko, nekonečné skleněné vlákno.
Referenční literatura [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
4.4.2 Oxidy dusíku (NOX)
[88, FEVE Proposal Ch.4-NOX 2007] Pojem „oxidy dusíku (NOX)“ zahrnuje oxid dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2) vyjádřené jako ekvivalent NO2. Oxid dusný (N2O) není znečišťující látkou běžnou ve sklářství a není zahrnut pod označení „NOX“. Třemi hlavními zdroji emisí NOX z tavení skla jsou suroviny, palivo a NOX ze spalin. Čtvrtý zdroj, promptní NOX (z komplexní reakce dusíku s krátkodobými uhlovodíkovými radikály) je poměrně nevýznamný. Jsou-li dusičnany součástí surovin ve kmeni, bude se NOX emitovat při tavení těchto surovin. Obecně se většina dusíkatých látek emituje jako NOX a není začleněna do skla. Například když se taví dusičnan sodný (NaNO3), je sodná složka přítomna ve skle jako Na2O a zbytek sloučeniny se uvolní ve formě plynů (NOX, O2 a N2). Palivový NOX vzniká z oxidace dusíku a sloučenin dusíku přítomných v palivu, ale celkový příspěvek je ve srovnání s NOX ze spalin nízký. Při otápění zemním plynem je palivový NO fakticky nulový. Dusík se však do zemního plynu může přidávat kvůli řízení Wobbeho indexu a výhřevnosti. Tato skutečnost je obzvláště důležitá ve vztahu k NOX ze spalin v kyslíko-palivových pecích a je diskutována v Oddíle 4.4.2.5.
Sklářský průmysl
213
Kapitola 4
Kvůli vysokým teplotám ve sklářských pecích (až 1650 oC a 2500 oC v plameni) je hlavním zdrojem oxidů dusíku NOX ze spalin vznikající oxidací dusíku ve spalovací atmosféře při teplotách nad 1300 oC. Hlavními zdroji dusíku jsou dohořívací vzduch, rozprašovací vzduch (v olejem otápěných pecích), dusík obsažený v zemním plynu (v případě kyslíko-palivového otápění) a vnikání vzduchu do pece. Převažuje NO (90–95 %) vytvořený celkovou reakcí N2 + O2 →2NO. Množství NO2 jsou velice nízká a většina NO2 detekovaného v emisích vzniká atmosférickou oxidací NO. Podmínky v peci jsou takové, že v emisích není detekován oxid dusný (N2O). V elektricky otápěných pecích vzniká NOX pouze z rozkladu složek kmene. V kupolových pecích je celková redukční atmosféra a emise NOX jsou obecně velmi nízké. Emise mohou vznikat, je-li instalován systém přídavného spalování. Účelem tohoto systému je oxidace oxidu uhelnatého a sirovodíku. V pecích otápěných fosilními palivy jsou emise NOX sníženy, když se sníží spotřeba paliva, pokud jsou všechny ostatní faktory stejné. Proto techniky, které zlepšují energetickou účinnost, způsobují nižší celkové emise NOX vyjádřené v kg NOX/t utavené skloviny. Koncentrace emisí se však vždy nesníží, zejména pokud jsou objemy odpadního vzduchu také nižší. Snížení emisí NOX ze spalin je výsledkem kombinace několika faktorů, ale především nižších teplot a sníženého množství spalovacího vzduchu. Techniky, které snižují emise NOX, ale v první řadě jsou používány pro snížení spotřeby energie, jsou popsány v Oddíle 4.8 a nejsou zde probírány.
4.4.2.1 Úprava spalování Popis Vznik NOX ze spalin je určen řadou chemických reakcí a je kvalitativně popsán následujícím vzorcem:
kde A a B jsou konstanty reakční rychlosti, T je teplota plamene (K) a t je doba zdržení při teplotě T (v sekundách). Všechny plyny (NOX, N2, O2) jsou uvedeny v koncentracích (gmol/m3). Hlavními faktory, které ovlivňují vznik NOX, jsou proto teplota plamene, obsah kyslíku v reakční oblasti a zdržení ve vysokoteplotní zóně plamene. Primární opatření ke snižování emisí NOX se snaží vytvořit nejméně výhodné podmínky pro tvorbu NOX, tj. zabránit současné přítomnosti dusíku a kyslíku za vysokých teplot. Hlavní techniky minimalizující NOX ze spalin jsou shrnuty níže. a. Snížení poměru palivo/vzduch Vnikání vzduchu do pece, zvláště kolem hořákových trysek a skrz zakladač kmene, může vést ke zvýšení množství NOX. Hořáková tvarovka se dá relativně snadno utěsnit a lze zavést opatření, aby vzduch nevnikal do oblasti zakládání kmene. Tato opatření jsou relativně levná a dosti účinná. Snížení NOX pochopitelně závisí na počáteční úrovni, ale může být až 10%. Pece obecně pracují při přebytku vzduchu 5–10 % (tj. 1–2 % přebytku kyslíku), aby bylo zajištěno dokonalé spalování. Snížením poměru palivo/vzduch na téměř stechiometrickou hodnotu
214
Sklářský průmysl
Kapitola 4
je možné dosáhnout značného snížení NOX a tato technika může rovněž vést k významné úspoře energie, i když je obyčejně potřeba mírný nadbytek vzduchu, aby se zabránilo značným ztrátám čeřidel z kmene a zajistila se kvalita skla. K účinnému zavedení této techniky bude nutné monitorovat množství NO, CO a O2 v odpadních plynech. Je-li spalování substechiometrické, může dojít ke zvýšení množství oxidu uhelnatého a opotřebení žáromateriálu a může se změnit i redox stav skloviny, což ovlivní kvalitu skla. U otápění topným olejem může být množství vzduchu v peci dále sníženo použitím zemního plynu, vysokým tlakem nebo použitím páry k rozprašování oleje namísto vzduchu. Tím se sníží množství kyslíku a následně i maximální teplota plamene. Výsledky jsou u této techniky smíšené, u některých použití je vidět velice malý přínos. Tento typ změny musí být proveden pečlivě a postupně, aby nedocházelo k problémům a aby bylo dosaženo co nejlepších výsledků. V některých případech (např. u rekuperativních pecí), když se zvažuje stechiometrie pece jako celku, mohou některé hořáky otápět s přebytkem paliva v nejteplejší části pece a další s mírným přebytkem vzduchu v chladnějších částech. Celkový poměr se bude blížit stechiometrickému. b. Snížení teploty spalovacího vzduchu Teplotu plamene lze snížit snížením teploty předehřívání spalovacího vzduchu. Například teploty spalovacího vzduchu v rekuperativních pecích jsou podstatně nižší než v pecích regenerativních, což vede k nižším teplotám plamene a nižší koncentraci NOX. Důsledkem nižší teploty předehřevu je však nižší účinnost pece (nižší měrný výkon), nižší účinnost paliva a tedy jeho vyšší spotřeba a potenciálně vyšší emise (kg/t skloviny) NOX, CO2, oxidů síry, pevných částic atd. Celkově tedy tato technika pravděpodobně nemá ekonomický ani ekologický přínos. c. Postupné spalování Jestliže se palivo a vzduch/kyslík vstřikují do hořáku ve stejném místě, vytváří se plamen s horkou oxidační primární zónou poblíž hořáku a chladnější sekundární zónou dále vpředu. Většina NOX se vytváří v nejteplejší zóně. Snížením poměru vzduchu nebo paliva vstřikovaného do hořáku se tedy sníží maximální teplota a omezí tvorba NOX. Zbývající palivo nebo vzduch se přidává později do oblasti spalování. Použití tohoto principu je základem postupného spalování u postupného zavádění jak vzduchu, tak paliva. Postupné zavádění vzduchu zahrnuje substechiometrické (nedokonalé) spalování a dodávání zbývajícího vzduchu nebo kyslíku do pece, aby spalování bylo úplné. Je několik způsobů postupného zavádění vzduchu nebo kyslíku. První zkušenosti se zaváděním horkého vzduchu byly problematické. V USA byly vyvinuty techniky dávkování vháněného vzduchu (BAS) a vzduchu obohaceného kyslíkem (OEAS). V roce 2010 nejsou dostupné žádné informace týkající se použití procesu postupného zavádění vzduchu. Postupné zavádění paliva je založeno na následujícím principu: v hrdle hořáku se vytvoří plamen o slabých impulzech (kolem 10 % celkové energie). Tento sekundární plamen zakryje kořen primárního plamene a sníží obsah kyslíku v primárním plamenu a teplotu jeho jádra. Tím se sníží tvorba NOX. Tato technika nalezla široké použití ve sklářském průmyslu a je běžně používána u většiny konvenčních pecí. V době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyla v dohledu žádná další vylepšení této metody.
Sklářský průmysl
215
Kapitola 4
d. Recirkulace kouřových plynů Odpadní plyny z pece lze opakovaně vhánět do plamene, aby se snížil jeho obsah kyslíku a tím i teplota a účinnost tvorby NOX. Při používání této techniky ve sklářském průmyslu v plném rozsahu docházelo k problémům. Inovativní použití založené na vnitřní recirkulaci kouřových plynů (nazvané „bezplamenné spalování“ nebo „bezplamenná oxidace“) se používá od roku 2007 v rekuperativní peci vyrábějící speciální (osvětlovací) sklo v zařízení společnosti Osram v německém Augsburgu. Používaný systém je založen na speciálních hořácích technologie „Glass-FLOX®“ s automatickou recirkulací odpadních plynů. V tomto případě recirkulace kouřových plynů probíhá přímo ve spalovací komoře. Spálené plyny se používají k zeslabení plamenů z hořáků FLOX®. Použití vykazuje účinnost snížení emisí NOX mezi 46 a 59 % z původní úrovně. Toto použití je však považováno za nově vznikající techniku a je popsáno v Oddíle 6.1. e. Hořáky s nízkými emisemi NOX Tento pojem označuje řadu patentovaných hořákových systémů navržených k minimalizaci vzniku NOX. Tyto systémy se mohou lišit svou podstatou a mohou mít řadu charakteristických rysů, včetně těch, které už byly nebo budou uvedeny. Systémy pro plynové otápění se poněkud liší od systémů pro otápění olejové. Hlavní rysy hořáků s nízkými emisemi NOX jsou uvedeny níže. •
Pomalejší směšování paliva a vzduchu, aby se snížily maximální teploty plamene (tvarování plamene).
•
Minimální rychlosti vstřikování, které však stále umožňují úplné spalování (zpožděné, ale úplné spalování).
•
Zvýšená sálavost (vyzařování) plamene s optimalizací přenosu tepla do taveniny. Nižší úroveň teplot tak stále může poskytovat požadovanou tavicí energii díky vyšší sálavosti plamene (účinné tepelné emisi).
•
Odlišné trysky a designy trysek umožňují vytvořit vícenásobné proudy paliva na jeden hořák. Některé z nich jsou odstíněny od přístupu vzduchu jinými proudy, čímž se vytváří saze na zlepšení přenosu tepla a chlazení plamene s následným snížením tvorby NOX. Tvorba sazí může představovat potenciální problém pro kvalitu skla.
•
Úplné spalování s minimálním poměrem palivo/vzduch.
f. Výběr paliva Obecná zkušenost ze sklářského průmyslu je ta, že plynové pece vytvářejí vyšší emise NOX než pece olejové. Jsou zde značné rozdíly podle typu pece a použití, ale je běžné kolísání o 25–40 % mezi plynem a topným olejem. Obecně je při používání topného oleje místo zemního plynu dosaženo cca 5 % úspory energie. Hlavním důvodem je to, že plynové plameny mají nižší tepelné záření než plameny olejové, které vyžadují vyšší teploty plamene k přenosu stejného tepla do skloviny a mají tedy výhodnější podmínky pro vznik NOX. Protože však sklářství získalo více zkušeností s plynovým otápěním a konstrukce pecí se změnily, zmenšil se rozdíl v emisích NOX a v požadavcích na tato dvě paliva. U některých použití (např. u obalového skla) se účinnost paliva a emise NOX z plynem otápěných pecí díky vhodnému seřízení plamene postupně blíží účinnostem a emisím spojeným s otápěním topným olejem. Výsledek srovnání mezi energetickou účinností otápění topným olejem a zemním plynem však silně závisí na designu pece a hořáků. Smíšené otápění olejem a plynem do určité míry zachovává výhodu sálání plamene při využívání podílu zemního plynu a stále častěji se využívá v některých odvětvích. Jak již bylo řečeno, obsah dusíku v zemním plynu je obecně zanedbatelný, ale dusík se může do plynu přidávat v různých podílech, které se region od regionu liší. Přidávání dusíku do zemního plynu může být nutné pro řízení jeho výhřevnosti a Wobbeho indexu, který je třeba udržovat konstantní, např. z bezpečnostních důvodů pro používání v domácnosti. Tato praxe je běžná v Nizozemsku, v jehož distribuční síti se do zemního plynu přidává 11–14 % dusíku. Ve Velké Británii může být koncentrace dusíku v dodávaném plynu mezi 0,1 a 5,7 % v závislosti na národních sítích a totéž platí pro ostatní členské státy, např. Portugalsko nebo Itálii. Tento zdroj dusíku bude mít významný dopad zejména na emise NOX z kyslíko-palivových pecí.
216
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Volba mezi zemním plynem a topným olejem velmi závisí na převažujících ekonomických podmínkách a energetické politice členských států. Rovněž závisí na dostupnosti daného paliva, která se liší podle zeměpisné polohy i sezonně v závislosti na otázkách zabezpečení dodávek. Příkladem může být Portugalsko, kde je v odvětví obalového skla převažujícím palivem zemní plyn a používá se jen malé množství elektřiny. Dosažené přínosy pro životní prostředí Snížení emisí, které je možné s použitím technik úpravy spalování, je uvedeno v popisu každé techniky. Účinky těchto technik nejsou kumulativní, protože jsou to obecně různé cesty, jak dosáhnout stejného cíle. Proto není možné jednoduše přičíst 10 % snížení vlivem jedné techniky k 10 % z jiné techniky. Celkové snížení emisí u optimalizovaných spalovacích systémů se pohybuje od méně než 10 % po více než 70 %. U pece, kde se s těmito technikami pracovalo málo nebo vůbec ne, lze očekávat u většiny aplikací snížení emisí NOX o 40–60 %. Aktuální úrovně emisí dosažitelné těmito technikami se budou podstatně měnit v závislosti na počátečních úrovních, stáří a konstrukci pece a zvláště na přísnosti, se kterou se budou tyto techniky používat a monitorovat. Hodně lze dosáhnout správně použitými relativně jednoduchými opatřeními. Během posledního desetiletí sklářský průmysl učinil značný pokrok v minimalizaci tvorby emisí NOX úpravou spalování a této činnosti bylo věnováno mnoho prostředků. Souhrnné údaje pro rok 2005 týkající se používání primárních technik u pecí na výrobu obalového skla jsou uvedeny v Tabulce 3.15, kde je u plynem otápěných pecí uváděna průměrná koncentrace emisí NOX 1000 mg/Nm3, zatímco u pecí otápěných olejem je průměr 750 mg/Nm3. Viz také údaje ze vzorových zařízení uvedené v Tabulce 4.15.
Mezisložkové vlivy Hlavním mezisložkovým vlivem spojeným s používáním většiny popisovaných technik jsou emise oxidu uhelnatého (CO) kvůli místním stechiometrickým podmínkám spalování v peci s potenciálními problémy v rekuperátorech a regenerátorech, kde se CO většinou oxiduje na CO2. Někdy může v horní části regenerátorů docházet k dokončení spalování, čímž dojde ke zvýšení teploty, a tím i k tvorbě vyšších úrovní emisí SOX způsobených těkáním nebo rozkladem síranů uložených na povrchu regenerátorů. Místní redukční podmínky mohou rovněž způsobovat zvýšený odpar z taveniny s vyššími úrovněmi emisí pevných látek. Kromě toho může dojít k předčasnému rozkladu síranů v kmeni s následnou ztrátou účinnosti čeření a vyššími úrovněmi emisí SOX. Přechod z otápění plynem na olej kvůli zlepšení sálání plamene a snížení emisí NOX by vedl ke značnému nárůstu emisí SOX způsobených přítomností síry v topném oleji. Kromě toho by používání topného oleje mělo účinek na emise CO2 kvůli jeho vyšší uhlíkové intenzitě.
Provozní údaje Z U-plamenných regenerativních pecí jsou obecně nižší emise NOX než z příčně otápěných regenerativních pecí (viz Oddíl 4.2) a techniky popisované v tomto oddíle jsou obecně úspěšnější při použití na Uplamenných pecích. V odvětví obalového skla byly u příčně otápěných pecí dosaženy úrovně emisí 700– 1100 mg/Nm3 a 0,9–2 kg/t skloviny. V případě U-plamenných pecí to bylo 550–800 mg/Nm3 a méně než 1,5 kg/t skloviny. Omezený počet naměřených údajů byl u některých použití pod těmito úrovněmi. U rekuperativních pecí jsou výsledky různé, ale to může být důsledkem variabilnějšího použití těchto pecí. U rekuperativních pecí na výrobu obalového skla a nekonečného skleněného vlákna byly dosaženy porovnatelné (nebo někdy i nižší) výsledky. Obecně se očekává, že by úrovně emisí oxidu uhelnatého (naměřené v komíně) spojené s používáním technik úpravy spalování ve vzducho-palivových pecích neměly přesáhnout 100 mg/Nm3. U pece na plavené sklo s kapacitou 650 t/den otápěné nízkosirným topným olejem je uváděna průměrná roční úroveň emisí CO 38 mg/Nm3 (0,107 kg/t utavené skloviny). Odpovídající průměrné úrovně emisí Sklářský průmysl
217
Kapitola 4
NOX jsou 733 mg/Nm3 (2,07 kg/t utavené skloviny). Koncentrace emisí CO i NOX vychází z kontinuálních měření. U rekuperativní pece na výrobu obalového skla s kapacitou 400 t/den otápěné zemním plynem nebo směsí zemního plynu a topného oleje byla uváděna úroveň emisí CO 30 mg/Nm3. Tato pec používá hořáky s nízkými emisemi NOX, čímž dosahuje úrovní emisí NOX okolo 500 mg/Nm3 (1 kg/t). Koncentrace emisí CO i NOX jsou výsledkem bodových záměrů. [165, France 2010] U používání primárních technik v odvětví skleněných frit se neočekává dosažení stejných úrovní, jako je tomu u ostatních sklářských odvětví kvůli zvláštním vlastnostem malých pecí, které obvykle pracují za oxidačních podmínek (přebytečný vzduch pro spalování, obohacování kyslíkem) a používají množství kmenů, které obsahují značná množství dusičnanů (viz Oddíl 3.10.2.2). Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním úpravy spalování je uveden v Tabulce 4.14. Tabulka 4.14:
Hlavní výhody a nevýhody úpravy spalování
Výhody: • • • • •
Nízké relativní náklady. U většiny typů pecí lze dosáhnout podstatného snížení emisí NOX. Použitelné u nových i stávajících pecí (někdy ovšem jen při opravě). Tyto techniky často vedou k významným úsporám energie. Nižší teploty v peci a menší spotřeba energie mohou také vést k nižším celkovým emisím.
Nevýhody: • • • •
•
218
K dosažení co nejlepších výsledků je nutná značná odbornost (jak při najetí, tak během běžného provozu). K dosažení co nejlepších výsledků může být nutná úprava konstrukce pece. Vzhledem ke změně redox stavu je třeba věnovat pozornost problémům s kvalitou skla. Je třeba řídit úrovně emisí CO, aby nedošlo k poškození žáromateriálu. Úrovně emisí CO je třeba řídit také proto, aby se zabránilo nadměrnému odpařování z taveniny a předčasnému rozkladu síranů ve vrstvě kmene. Redukčnější atmosféra může způsobit zvýšení emisí SO2 kvůli zvýšenému odpařování a rozkladu.
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Některé příklady emisí NOX spojené s používáním úprav spalování v tavné peci jsou uvedeny v Tabulce 4.15. Tabulka 4.15:
Příklady úrovní emisí NOX spojených s používáním úprav spalování Obalové sklo (1)
Obalové sklo (2)
Ploché sklo (2)
Ploché sklo (2)
Užitkové sklo
Zemní plyn
Zemní plyn + topný olej
Topný olej
Zemní plyn + topný olej
Topný olej
Příčně otápěná, regenerativní
U-plamenná, regenerativní
Příčně otápěná, regenerativní
Příčně otápěná, regenerativní
U-plamenná, regenerativní
Celková tavicí kapacita
350 t/den
300 t/den
350 t/den
800 t/den
125 t/den
Aktuální výkon
275 t/den
297 t/den
259 t/den
700 t/den
110 t/den
Elektropříhřev
Ne
Ano
Ano
Ano
Ne
Flintové
Ambrové sklo
Lité sklo
Plavené sklo
Neuvedeno
60 %
72 %
30 %
35 %
40 %
Druh primárního opatření
Snížení poměru vzduch/palivo; utěsnění; konstrukce pece; úprava hořáků
Snížení poměru vzduch/palivo; utěsnění; úprava lambda hodnoty ; konstrukce pece; úprava hořáků
Snížení poměru vzduch/palivo; utěsnění; úprava lambda hodnoty; konstrukce pece; úprava hořáků
Snížení poměru vzduch/palivo; utěsnění; úprava lambda hodnoty; konstrukce pece; úprava hořáků
Utěsnění; úprava lambda hodnoty
Měrná spotřeba energie
3,78 GJ/t skloviny
4,21 GJ/t skloviny
5,71 GJ/t skloviny
5,20 GJ/t skloviny
4,97 GJ/t skloviny
Palivo Typ pece
Typ skla Střepy
Související úrovně emisí (emise NOX) mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2
909
507
780
750
827
kg/t utavené skloviny
1,42
0,82
1,89
1,54
1,71
(1) Pec je vybavena předehříváním kmene a střepů. (2) Pec je vybavena systémem regenerace tepla. Zdroj:[75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
Použitelnost V podstatě (kromě výše uvedených omezení) jsou tyto techniky použitelné na všech konvenčních pecích otápěných fosilními palivy. Většinu technik lze použít jak na stávajících, tak na nových pecích. Výhody některých technik (např. hořáků s nízkými emisemi NOX) však lze plně realizovat pouze v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece, jichž lze dosáhnout pouze na nové peci nebo při přestavbě pece. Úspěch dosažený těmito technikami může také záviset na stupni kvalifikace a na vědeckých poznatcích provozovatele. Optimalizace systému vyžaduje dlouhodobé experimentování a monitoring a vysokou úroveň technických znalostí a zkušeností. Provozovatelům, kteří nemají takové možnosti, nabízejí služby konzultanti zabývající se úpravami a optimalizací spalování v peci. Tyto vývojové práce se samozřejmě přičítají k nákladům na techniku. Rozsah použití těchto technik se také mění podle požadavků na výrobky a výrobní proces. Například u některých užitkových nebo obalových skel (luxusní lahve nebo flakony) požadavky na kvalitu výrobku vyžadují vysoce oxidované a velmi čisté sklo. To znamená delší dobu zdržení, vyšší teploty a použití oxidačních činidel, což přispívá k vyšším emisím NOX a omezuje použití některých výše popsaných technik. Tento příklad je dále diskutován v Oddíle 4.4.2.2.
Sklářský průmysl
219
Kapitola 4
Tendencí všech sklářských odvětví je neustále zlepšovat výrobní proces rozšířeným používáním těchto technik, je-li to možné, a snažit se určit úrovně emisí, které lze očekávat v budoucnu při používání primárních technik. Hospodárnost Náklady zahrnují nákup seřizovatelných hořáků, dražších žáruvzdorných materiálů na generátory, kyslíkových čidel (u příčně otápěných pecí je v porovnání s U-plamennými regenerativními pecemi potřeba více kyslíkových čidel a komplexnější řídicí systémy) a jednotky pro řízení poměru palivo/vzduch, údržbu a pracovní sílu k potřebné k úpravě a kontrole seřízení hořáků. Výměny hořáků a změny hořákových tvarovek budou obvykle stát mezi 50 000 až 100 000 eury v případě U-plamenných pecí a 300 000 až 400 000 eury u příčně otápěných pecí. Náklady na systém kyslíkových čidel budou obvykle mezi 20 000 a 25 000 eury u U-plamenných pecí a 60 000 až 125 000 eury u příčně otápěných pecí [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]. V případě změn konstrukce pece je třeba vzít v potaz dodatečné investiční náklady na žáromateriály a ocelovou konstrukci, které mohou být 2 mil. eur u pecí na výrobu plaveného skla a 700 000 eur u U-plamenných pecí na obalové sklo. Náklady na úpravu spalování jsou relativně nízké a mohou být někdy kompenzovány nižšími provozními náklady z úspory energie. Náklady na hořáky představují náklady na výměnu hořáků (ne dodatečné náklady) a u nových pecí budou mimořádné náklady velice nízké. Systémy na postupné spalování vzduchu mohou být podstatně nákladnější. Tyto primární techniky kombinované s optimalizací kmene jsou obecně mnohem levnější než sekundární techniky odstraňování. Porovnatelné náklady jsou uvedeny v Oddíle 8.1.7. Hnací síla zavádění techniky Zlepšení a zavádění primárních opatření na snižování emisí NOX jsou založeny na principu, že opatření přijatá jako prevence tvorby NOX mají obecně lepší ekologický dopad než koncové techniky, a to včetně nižšího ekonomického dopadu a potenciálů k úspoře energie a z ní plynoucího snížení emisí ostatních znečišťujících plynů, např. CO2. I když je technicky možné zavádět primární i sekundární opatření na stejné peci, mělo by se provést úplné ekonomické a mezisložkové hodnocení, zda jsou tato opatření ekologicky a ekonomicky opodstatněná. Zejména pokud primární opatření dosáhla nebo se očekává, že dosáhnou určité úrovně emisí, rozhodnutí, zda jsou další náklady na sekundární opatření opodstatněná, by mělo nejdříve brát v potaz, čeho lze dosáhnout použitím primárních opatření. Vzorová zařízení V roce 2005 používalo primární techniky více než 76 pecí v odvětví obalového skla. Ostatní odvětví rovněž úspěšně používala jednu nebo více těchto technik. Mnoho pecí v Evropě a USA používá seřizovatelné hořáky a kyslíková čidla k řízení procesu spalování (poměru vzduch/palivo). To platí pro odvětví obalového, užitkového, plaveného a speciálního skla. Referenční literatura [33, Beerkens 1999] [64, FEVE 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [88, FEVE Proposal Ch.4NOX 2007] [ 117, GWI, VDI-Berichte Nr. 1988 2007 ] [118, CTCV Data for BREF revision 2007]
220
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.4.2.2 Složení kmene Dusičnany se používají při výrobě skla jako oxidační činidla. Nejčastěji se používá dusičnan sodný, ale u některých speciálních skel se také používá dusičnan draselný nebo barnatý. Dusičnan sodný (NaNO3) se často používá ve spojení s čeřidly (např. As2O3, Sb2O3, CeO2), které je třeba oxidovat nebo udržet v jejich nejoxidovanějším stavu před začátkem čeření (uvolňování plynného kyslíku z taveniny). Dusičnan sodný se tak nepřímo účastní čeření, i když u většiny použití by byl jako čeřidlo upřednostňován síran sodný. Během tavení se dusičnany rozkládají a tvoří NO, NO2, N2 a O2. O2 se používá k oxidaci taveniny (zvláště Fe2+ na Fe3+), aby se získalo vysoce čisté sklo, a k oxidaci jakýchkoli organických složek v surovinách kmene. Použití dusičnanů se v jednotlivých sklářských odvětvích značně liší. Při výrobě plochého nebo obalového skla se používají zřídka, s výjimkou výroby některých vysoce kvalitních výrobků (luxusních lahví nebo flakonů na kosmetické výrobky a parfémy), skutečně bezbarvých skel nebo vysoce barevných skel, např. šedého nebo bronzového. Dusičnany se používají v odvětví užitkového skla u některých vysoce kvalitních výrobků, které vyžadují vysokou optickou čistotu a proto i nízké hladiny Fe2+. Dusičnany nacházejí široké uplatnění v odvětví speciálního skla při výrobě katodových obrazovek, boritokřemičitých, keramických a optických skel a při výrobě frit. [99, ITC-C080186 2008] Elektrické pece vyrábějící okysličená skla nebo tavení surovin obsahujících organické složky (např. odpad ze skleněné vaty) mohou rovněž vyžadovat oxidaci dusičnany. Při výrobě kamenné vaty se dusičnany často používají ke kompenzaci spotřeby kyslíku během spalování organických materiálů obsažených v kmeni, zejména v případech, kdy se do něj přidává vysoké množství recyklovaného skla. Při výrobě frit se dusičnany přidávají do kmene u mnoha výrobků k zajištění požadovaných vlastností. Celkem podle odhadu v EU používá významné množství dusičnanů 7–9 % výroby skla. Obvykle se zavádí kolem 0,5–1 % dusičnanu, tj. 5–10 kg NaNO3 na 1 tunu skla. U některých výrobních procesů, např. u výroby katodových obrazovek nebo u frit to může být až 4 % nebo i více. Při tavení jsou hlavními emitovanými plyny NO a O2 a pouze malá množství N2 a NO2. Maximální emise na 1 % dusičnanu zavedeného do kmene jsou 5,4 kg NOX/t skloviny. Tato úroveň odpovídá cca 2200 mg/Nm3 při 8 % O2, např. u typické pece na výrobu užitkového skla. Aktuální emise NOX z dusičnanů kolísají od 30 do 80 % tohoto maxima, s typickou úrovní za průmyslových podmínek kolem 50–65 % (i když je běžně zjišťován celý rozsah úrovní). Množství NO emitovaného z dusičnanu závisí na rychlosti ohřevu, na redox stavu kmene a na účinku redukujících plynů (redukční plameny) stýkajících se s pokrývkou kmene obsahujícího dusičnany. Účinné alternativy dusičnanů jsou omezeny ekologickými a ekonomickými důvody. Například lze použít sírany, ale potřebné množství je více než třikrát vyšší a dochází k emisím SO2. Rovněž lze použít oxidy arzenu, ale ty se z ekologických důvodů pokud možno vylučují. V některých případech lze použít oxid ceru, ale ten je mnohem dražší než dusičnan sodný. Některé úpravy procesů také mohou snížit požadavky na dusičnany, ale těmto úpravám zpravidla brání požadavky na kvalitu, energetické důvody, omezení výrobní kapacity nebo vznik NOX ze spalin. Současný názor ve sklářství je ten, že množství dusičnanů lze pomocí experimentů snížit na minimum přiměřeně požadavkům na výrobky a tavení, ale z ekonomických a ekologických důvodů není v současnosti (2010) k dispozici účinná alternativa. V mnoha členských státech EU legislativa umožňuje zdvojnásobení normálních emisních limitů NOX u skel vyžadujících přidání dusičnanů. Tento přístup se obecně neslučuje s cíli Směrnice 2008/1/ES, neboť nebere ohled na velké rozdíly v množství přidaných dusičnanů a málo stimuluje minimalizaci jejich používání.
Sklářský průmysl
221
Kapitola 4
Kromě toho u výrobních procesů přidávajících pouze malé množství dusičnanů může zdvojnásobení emisního limitu zamaskovat vysoké množství emisí NOX ze spalin a mohlo by snížit motivaci k optimalizaci podmínek otápění. Přidávání dusičnanů nemůže být považováno za izolovaný jev tavicího procesu. Obecně skla, která vyžadují dusičnan, mají také jiná specifická omezení související s jejich použitím. Například tavení sodnovápenatého skla, stolního skla nebo luxusních obalů se liší od výroby obalového skla nejen používáním dusičnanů, ale také: dobou zdržení (minimálně o 50 % delší), požadavkem na více oxidační podmínky v tavenině a v peci a vyššími teplotami skla (o 50 až 100 °C). Všechny tyto problémy přispívají k vyšším emisím NOX na jednotku vyrobeného skla, které tak mohou být až 2 až 3krát vyšší než u Uplamenných regenerativních pecí na obalové sklo. Je velmi obtížné kvantifikovat náklady na způsoby snížení přídavku dusičnanu a úrovně emisí, kterých lze dosáhnout, protože do značné míry závisí na výchozím stavu a jsou velice specifické.
4.4.2.3 Speciální konstrukce pecí Zájem o emise NOX vedl některé konstruktéry k navrhování rekuperativních pecí, které by v sobě spojovaly různé rysy umožňující nižší teploty plamene a tím i nižší hladiny NOX. Nejznámějším takovým typem pece je LoNOX® melter. Další dostupnou konstrukcí je Flex® melter, který byl původně navržen pro diskontinuální provoz, ale zatím je většina těchto pecí provozována kontinuálně. Flex® melter má dosahovat úrovní emisí NOX srovnatelných s LoNOX® melterem. Stručný popis Flex® melteru je uveden v Kapitole 2.3.7, ale zde se podrobněji popisuje pouze LoNOX® melter. Rovněž konstrukci regenerativních pecí lze upravit tak, aby došlo ke snížení emisí NOX. O těchto úpravách však nejsou k dispozici podrobné informace. Obecně jsou důležité následující parametry týkající se konstrukce pecí s ohledem na tvorbu/snižování emisí NOX: •
typ hořáků
•
počet hořáků v provozu
•
úhly nastavení hořáků
•
úhly hořákových vletů
•
velikost hořákových vletů (která určuje rychlost vzduchu vstupujícího do spalovací komory)
•
vzdálenost mezi hořákem/hořákovým vletem a taveninou
•
výška a velikost spalovací komory (obecně jsou větší velikosti spojeny s nižšími emisemi NOX a mírně zvýšenou spotřebou energie tavicí pece)
•
geometrie plamene v poměru ke spalovací komoře.
Popis K dosažení sníženého množství NOX využívá LoNOX® melter mělké čeřicí lázně a předehřívání kmene, aniž by došlo ke snížení tepelného výkonu. Spalovací vzduch se předehřívá rekuperativně a dvoustupňový předehřev surovin se používá jako kompenzace snížení předehřevu spalovacího vzduchu v porovnání s regenerativní pecí. Odpadní plyny z hlavních hořáků procházejí nad surovinami vstupujícími do pece, přicházejí do oblasti extenzivního natavení a poté vstupují do rekuperátoru. Z rekuperátoru procházejí odpadní plyny externím předehřívačem střepů a konečně opouštějí systém. Mělká čeřicí lázeň podporuje důležitou kritickou dráhu proudění poblíž povrchu lázně skla, čímž se sníží teplotní rozdíl mezi tímto povrchem a horní stavbou pece. Pec lze provozovat za nižších teplot než srovnatelnou konvenční pec.
222
Sklářský průmysl
Kapitola 4
LoNOX® melter je v podstatě dlouhý a úzký a je rozdělen do tří částí. První část se používá k předehřevu a pak k natavení kmene a střepů. Následuje primární čeřicí část, kde je hloubka skloviny snížena na 400 mm (nebo méně). Vanu zakončuje hluboká čeřicí část. K otápění plynovými nebo olejovými hořáky dochází v tavicí oblasti a zejména v čeřicí oblasti. Odpadní plyny odcházejí nad povrchem kmene a střepů v první části pece a předehřívají je. Pec je rozdělena vnitřními stěnami, aby suroviny vstupující do pece nebyly přímo zahřívány sáláním z teplejší části pece. Proto je mezi surovinami a plyny zachován vysoký teplotní rozdíl, čímž je dosažen účinný přenos tepla. K zachování konvekčních proudů v předehřívací části a zabránění relativně nízkým teplotám ve vrstvě kmene se může použít malý elektropříhřev. Tento účinek podporují probublávací trubky instalované u konce tavicí části. Externí předehřívač střepů je umístěn za rekuperátorem a je důležitou součástí LoNOx® melteru. Jedná se o systém s přímým ohřevem, kde se střepy ohřívají kontaktem s horkými plyny. Střepy a odpadní plyny proudí proti sobě. Střepy vstupují do věžovité konstrukce vrchem a pomalu putují dolů k výstupu, zatímco odpadní plyny vstupují u dna a jsou vypouštěny vrchem. Předehřívač je vybaven žaluziovými větráky, které rozdělují odpadní plyny stejnoměrně po celém sloupci střepů. Doba zdržení střepů v předehřívači je kolem pěti hodin. Odpadní plyny vstupují do předehřívače při teplotě 500 oC a vystupují při 200 oC. Teplota předehřátí střepů je obvykle kolem 350 oC. Dosažené přínosy pro životní prostředí Díky nižším spalovacím teplotám se podařilo dosáhnout zcela nízkých úrovní emisí NOX. U LoNOX® melteru jsou hlášeny emise nižší než 500 mg/Nm3, což odpovídá méně než 1 kg NOX na tunu utavené skloviny. S většími provozními zkušenostmi a použitím technik pro optimalizaci spalování je možné dosáhnout i nižších emisí. Touto technikou lze dosáhnout dobré účinnosti tavení. Jsou známy hodnoty přibližně 3,3 GJ/t utavené skloviny při 90–95 % podílu střepů a s 3% elektrickým příhřevem. Přestože tento údaj není upravený na spotřebu primární energie, vychází příznivě ve srovnání s moderními regenerativními pecemi, i když může být obtížné zachovat takto vysoký poměr střepů kvůli nedostatku střepů ze spotřebitelského sběru, a to ovlivní úrovně energetické úspory. Za normálních provozních podmínek je měrná spotřeba energie podobná spotřebě srovnatelně velké regenerativní pece. Jsou uváděny údaje o výkonu pece typu LoNOX® vyrábějící 358 t obalového skla denně s 80% podílem střepů v kmeni, které uvádí spotřebu energie 4,0 GJ/t skloviny (včetně elektrického příhřevu, ale bez uvážení celkové primární energie) a zjištěné emise NOX činí 336 mg/Nm3 při 8 % kyslíku. [75, GermanyHVG Glass Industry report 2007] Mezisložkové vlivy Pec LoNOX® je konstruována pro provoz s vysokými podíly skleněných střepů, což by mohlo způsobit zvýšení emisí kovů a kyselých plynných sloučenin (SOX, HCl, HF) obsažených v surovinách. Vzhledem k malé hloubce skla je významným rysem konstrukce to, že se jedná o dlouhou a úzkou pec a plocha pece může být při specifickém výkonu významně větší než konvenční konstrukce.
Sklářský průmysl
223
Kapitola 4
To zvyšuje požadavky na prostor, kapitálové náklady a konstrukční materiál, který bude použit pro stavbu pece a odstraněn na konci její životnosti. Stejně jako u všech systémů na předehřívání střepů mohou vznikat emise organických látek včetně zapáchajících látek a dioxinů/furanů. Měření ukázala, že emise dioxinů jsou nižší než 0,1 mg/Nm3 I-TEQ. Tyto problémy jsou diskutovány dále v Oddíle 4.8. Provozní údaje Předložené údaje jsou součástí popisu. Použitelnost Technologie speciálních konstrukcí pecí spoléhá na značné předehřívání kmene, čehož je obtížné dosáhnout bez vysokých podílů střepů. Tyto pece jsou skutečně životaschopné, pokud se používá velký podíl střepů, tj. vyšší než 70 %. Tato skutečnost v době psaní tohoto dokumentu (2010) znamená, že tuto techniku lze zavést pouze v odvětví obalového skla, a to na pecích s více než 70 % střepů. Tuto techniku lze zavést pouze při celkové přestavbě. Rozměry pece (dlouhá a úzká) mohou také omezit její použitelnost, pokud jsou problémy s prostorem. Hospodárnost V roce 1998 se odhadovalo, že u pece na obalové sklo s výkonem 350 tun/den jsou zvláštní provozní náklady této techniky zanedbatelné, ale zvláštní investiční náklady mohou činit kolem 1,8 mil. eur. V současnosti nejsou k dispozici žádné další informace. Hnací síla zavádění techniky Nebyly dodány žádné údaje. Vzorová zařízení Wiegand & Söhne, Steinbach am Wald, Německo – obalové sklo Referenční literatura [60, SORG 1999][20, Ehrig et al. 1995] [ 75, Germany-HVG Glass Industry report 2007 ] [7, Ind.duVerre 1996],
4.4.2.4 Souhrn opatření FENIX Popis Souhrn opatření FENIX je založen na kombinaci různých primárních opatření k optimalizaci spalování v příčně otápěných regenerativních pecích na plavené sklo a ke snížení spotřeby energie. Stejně jako techniky úpravy spalování popsané v Oddíle 4.4.2.1 se optimalizace spalování u opatření FENIX týká: •
snížení přebytku vzduchu;
•
potlačení tepelných uzlů díky homogenizaci teplot plamene a řízenému mísení paliva a spalovacího vzduchu, aniž by tak byly způsobeny problémy s kvalitou skla nebo vznikaly emise oxidu uhelnatého.
Opatření FENIX však také zahrnuje kompletní změnu spalovacího systému a zvláště použití nových typů vstřikovačů. Tyto vstřikovače jsou patentovány a liší se v závislosti na druhu použité energie (plyn, těžký topný olej nebo smíšené otápění). Jsou spojeny s novými konstrukcemi pecí včetně: •
celkových rozměrů (délka, šířka a hloubka skloviny), které také závisí na výkonu pece
•
designu hořákových vletů
•
regenerátorů (oddělené komory).
224
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tuto technologii lze zavést u pecí používajících plyn, těžký topný olej nebo směs těchto paliv. Spalování je řízeno: •
minimalizací přebytečného vzduchu snížením přívodu vzduchu pro rozprašování topného oleje, speciálním designem tzv. socket plates pro usměrnění hořáků, eliminací vstupů studeného vzduchu a údržbou pecí;
•
snížením poměru vzduch/palivo především optimalizací počtu, typů a nastavení (úhlů) vstřikovačů v hořákovém vletu.
Tato technika také zahrnuje revizi systému řízení pece a zavedení metod monitorování určitých parametrů pece. Především jsou na vrcholu komor regenerátoru nainstalovány kyslíkové sondy pro lepší kontrolu hladiny přebytečného vzduchu. Hlavní vlastnosti techniky FENIX jsou popsány v patentové přihlášce [38, FENIX 1998] a její vývoj od roku 1998 rovněž podléhá patentové ochraně. Dosažené ekologické výhody Opatření FENIX umožňuje trvalou stabilizaci emisí NOX na úrovních mezi 700 a 800 mg/Nm3. Například emise NOX v zařízení ve Stolbergu, kde je provozována příčně otápěná pec na výrobu plaveného skla (viz Obrázek 4.6), byly od února 2005 stabilizovány na úrovni pod 800 mg/Nm3, což odpovídá úrovni měrných emisí menší než 1,7 kg NOX na tunu utavené skloviny. Obrázek 4.6:
Emise NOX z opatření FENIX
Zdroj: [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]
Mezisložkové vlivy V době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyly mezisložkové vlivy dosud posouzeny. Provozní údaje Jak je uvedeno v dokumentu BREF pro sklářský průmysl přijatém v roce 2001, první zkušební provoz proběhl v zařízení ve francouzském Aniche, které v té době bylo otápěno topným olejem, po přestavbě spalovacího systému, jak bylo uvedeno v patentové přihlášce [38, FENIX 1998], a během krátkého období testování bylo dosaženo úrovní emisí 510–580 mg/Nm3 (1,25 kg NOX/t utavené skloviny). Tato pec je nyní (2010) provozována se smíšeným otápěním 60 % plynu a 40 % těžkého topného oleje a emise NOX se podařilo stabilizovat na vyšší úrovni, než která byla původně dosažena během testů, jmenovitě na 700–800 mg/Nm3. Sklářský průmysl
225
Kapitola 4
Mezitím bylo opatření Fenix rovněž zavedeno u dalších pecí a bylo dosaženo stejných rozsahů emisí (mezi 700 a 800 mg/Nm3). Použitelnost Opatření FENIX vyžaduje pečlivé zavedení týmem odborníků. Bylo plně využito minimálně na devíti pecích společnosti Saint-Gobain Glass v Evropě. Tato technika může být použitelná u procesů plavení skla, pokud je plně integrována během návrhu a výstavby pece. Společnost Saint-Gobain Glass v roce 2001 uvedla, že je připravena udělit nevýlučnou licenci na technologii FENIX jiným výrobcům skla, za předpokladu, že bude dosaženo dohody o podmínkách takové licence. Použití této techniky však vyžaduje, aby dodavatel předem prostudoval pec, na které má být zavedena, a tento požadavek může ztížit její zavádění u jiných výrobců skla kvůli obchodním tajemstvím. V době psaní tohoto dokumentu (2010) byla tato technika zavedena pouze u příčně otápěných pecí a vzhledem k její specifičnosti není pravděpodobné, že by se jí podařilo rozšířit na další typy pecí. Trendy prvních výsledků dosažených v zařízení v Aniche, které byly uvedeny v dokumentu BREF pro sklářský průmysl z roku 2001, byly napodobeny i na dalších pecích používajících jiná paliva, což umožňuje učinit závěr, že lze konzistentně dosahovat emisí NOX v rozsahu 700–800 mg/Nm3. Hospodárnost Kapitálové náklady včetně úprav pecí (nákladů na žáromateriály), nových hořáků a vylepšeného řídicího systému činí přibližně 1,5 mil. eur při použití ve stávající peci provozované alespoň s částečným otopem topným olejem. U nového zařízení nebo přestavby budou dodatečné náklady nižší, okolo 1 mil. eur. V úvahu přicházejí také licenční poplatky a doba a odborné znalosti nutné pro zavedení této techniky. Hnací síla zavádění techniky Nebyly dodány žádné údaje. Vzorová zařízení Saint-Gobain Glass, Stolberg, Německo – plavené sklo Saint-Gobain Glass Herzogenrath, Německo – plavené sklo Saint-Gobain Glass, Chantereine, Francie – plavené sklo Saint-Gobain Glass, Aniche, Francie – plavené sklo. Referenční literatura [25, FENIX 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [38, FENIX 1998]
4.4.2.5 Kyslíko-palivové tavení Popis Kyslíko-palivové tavení zahrnuje náhradu spalovacího vzduchu kyslíkem (čistota > 90 %). Technika používá jako palivo zemní plyn nebo olej, i když použití plynu je běžnější. Odstranění většiny dusíku ze spalovací atmosféry snižuje objem odpadních plynů (skládajících se hlavně z CO2 a vodní páry) o 70–85 % v závislosti na čistotě kyslíku. Kyslíko-palivové tavení může být velice účinnou technikou k významnému snižování NOX a s výjimkou níže uvedených použití ji lze považovat za technicky ověřenou.
226
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Obecně mají kyslíko-palivové pece stejnou konstrukci jako rekuperativní pece, s několika postranními hořáky a jediným odtahem spalin. U většiny nejmodernějších pecí je geometrie optimalizována pro kyslíkopalivové otápění a minimalizaci NOX. Pece navržené pro spalování kyslíku v současné době z bezpečnostních důvodů nepoužívají regeneraci tepla k předehřívání kyslíku přiváděného do hořáků. Tato technika má potenciál k významným energetickým úsporám, protože není nutné ohřívat atmosférický dusík na teplotu plamenů. Je potřeba zahřívat méně spalovacího vzduchu, a proto je odpadními plyny z pece ztraceno i méně energie. Množství energetických úspor značně závisí na konvenční peci, se kterou se provádí srovnání. Celková energetická úspora by však měla být hodnocena s ohledem na nepřímou spotřebu energie související s použitím kyslíko-palivového otápění. Při porovnávání environmentálního profilu kyslíko-palivové pece a konvenční (vzducho-palivové) pece, je třeba vzít v potaz účinnost systému regenerace tepla z odpadních plynů (rekuperátor, regenerátor atd.) a energii nutnou pro výrobu kyslíku. Tato komplexní otázka je diskutována dále. Vznik NOX ze spalin je silně omezen, protože hlavní zdroj dusíku v peci je mnohem menší, i když určité množství dusíku je přítomno ve spalovací atmosféře. Ten pochází ze zbytkového dusíku v kyslíku (PSA, VSA/VPSA 4–6 %, kryogenní < 0,5 %), z dusíku v palivu (zemní plyn se 2–15 % dusíku), z dusíku z rozkladu dusičnanu a z jakéhokoli nežádoucího vzduchu. Vzhledem k vysokým teplotám plamene se jakýkoli přítomný N2 snadněji přemění na NOX a i nízké hladiny N2 se tak mohou významně projevit. Je proto důležité minimalizovat vnikání vzduchu do pece. Průtokové množství odpadních plynů z pece je 4 až 7krát nižší než u vzducho-palivových pecí. Jejich teplota může být dosti vysoká (1200–1450 °C) a obvykle bude vyžadovat chlazení. Vzhledem k vysokému obsahu vody a koncentraci korozivních látek (např. chloridů a síranů) se chladí většinou ředěním vzduchem. Po zředění jsou objemy odpadních plynů v rozmezí 30–100 % objemů odpadních plynů z konvenčních pecí, podle nutného stupně zředění. Kyslíko-palivové tavení vyžaduje odlišnou konstrukci hořáků než konvenční vzducho-plynové otápění. Od dob zavedení této techniky prošly hořákové systémy značným vývojem, od prvních úprav stávajících hořáků pro jiné kyslíko-palivové aplikace k současným vysoce specializovaným nízkoemisním kyslíkopalivovým hořákům vyvinutým speciálně pro výrobu skla. Tyto systémy mohou mít některé rysy jiných vysoce účinných hořáků pro konvenční otápění s nízkými emisemi NOX. Některé z důležitých rysů hlavních systémů jsou shrnuty níže: •
hořáky s dlouhými, širokými, zářivými plameny poskytujícími rovnoměrný přenos tepla
•
vícenásobné vstřikování kyslíku do hořáku pro postupné spalování
•
ploché plameny s širším pokrytím
•
zpožděné smísení paliva a kyslíku snižuje špičkové teploty plamene v oblasti bohaté na O2
•
žádné chlazení vodou
•
nastavitelnost síly a tvaru plamene
•
použití více paliv.
Kyslík potřebný pro spalování lze přivádět buď z interní, nebo z externí výroby. Kromě velmi malých zařízení (např. některé pece na výrobu frit) je vzhledem k množství potřebného kyslíku ekonomičtější vyrábět kyslík na místě. Avšak jestliže v blízkosti zařízení vede potrubí průmyslového kyslíku, je obvykle ekonomičtější získávat kyslík přímo z tohoto potrubí. Existují dva hlavní způsoby výroby kyslíku na místě – kryogenní nebo s adsorpčním systémem. Kyslíkovou stanici obvykle vlastní a provozuje dodavatel, který vybírá za dodaný kyslík poplatky, i když někteří provozovatelé budou chtít kompletně vlastnit kyslíkovou stanici.
Sklářský průmysl
227
Kapitola 4
Kyslíkové stanice v zařízení jsou vždy vybaveny záložními sklady kapalného kyslíku. Kyslík se vyrábí kryogenně stlačením vzduchu a jeho průchodem skrze čisticí jednotku, aby se odstranil prach, voda, oxid uhličitý a stopové nečistoty. Vyčištěný vzduch se pak chladí a prochází nízkoteplotní destilační kolonou, kde dochází k oddělení plynů. Oddělené plyny je možné ohřát v tepelných výměnících, čímž se získá plynný kyslík a dusík, a je-li zapotřebí, kapalný kyslík lze odebírat z chladnějších částí systémů. Adsorpční proces obvykle používá jednu ze dvou forem – adsorpci na bázi změn tlaku (PSA) nebo vakuovou adsorpci na bázi změn tlaku (VSA/VPSA). Oba tyto systémy jsou nekryogenní a oddělení se provádí přibližně za teploty okolí. Stlačený vzduch vstupuje dnem jedné nebo dvou adsorpčních nádrží naplněných zeolitem, který pohltí většinu dusíku. Kyslík se odtahuje z vrchu nádrže, dokud se zeolit nenasytí dusíkem. Proud vzduchu je pak směrován do druhé nádrže, zatímco dusík z první nádrže se vypouští do ovzduší. U vakuového systému se dusík odstraňuje vakuem a u tlakového systému je vypouštěn pod tlakem. Vakuový systém je většinou nejúčinnější. Technika je obvykle mnohem levnější než dovoz kryogenního kyslíku nákladními auty, ale má oproti kryogennímu systému omezenou kapacitu a obvykle se volí při středně velkých požadavcích na kyslík. Tuto techniku (PSA, VSA/VPSA) by volila většina stanic zásobujících jen jednu nebo dvě pece. U více pecí nebo u pecí s vyšší spotřebou O2 (např. plavicí vany) může být upřednostněn kryogenní systém. Výběr závisí hlavně na ekonomických faktorech, které mohou být ovlivněny místními podmínkami. V případě zařízení na výrobu plaveného skla kryogenní systémy kogenerují kyslík ke spalování a dusík pro plavicí komoru. Technika částečného kyslíko-palivového otápění se ve sklářství používá řadu let. Zkoušely se dvě odlišné techniky: dmýchání kyslíku, což bylo přídavné vstřikování O2 do konvenční vzducho-palivové pece za účelem zlepšení přenosu tepla, nebo přidání čistě kyslíko-palivového hořáku. Technika se používá hlavně k vyřešení problémů s kvalitou skla a s výkonem pece pomocí nastavení velice horkých plamenů přesně na povrch skla, aby se zvýšily teplotní gradienty a aby se tak podpořilo konvekční proudění ve sklovině. To také snížilo proudění odpadních plynů při přivádění stejné energie do systému. Technika se často používala k prodloužení životnosti pece, která vykazovala známky opotřebení nebo problémy s regenerátory. I dnes se používá tímto způsobem, ale méně často, protože jsou zde problémy s potenciálně vyššími emisemi NOX vznikajícími v důsledku vysokých teplot. U pecí na výrobu plaveného skla se na konci kampaně pece rovněž používají kyslíkové hořáky „zero port“, aby se zlepšilo tavení vrstvy kmene. Dosažené ekologické výhody Je třeba poznamenat, že koncentrace znečišťujících látek může v případě kyslíko-palivových pecí vykazovat mnohem vyšší úrovně, než jsou úrovně naměřené u vzducho-palivových pecí, což je způsobeno sníženým objemem odpadních plynů. Úprava koncentrace emisí na 8 % kyslíku nemá u kyslíko-palivových pecí význam, protože obsah kyslíku v kouřových plynech zahrnuje jak možný nadbytek kyslíku dodávaného ke spalování, tak vzduch vstupující do pece a systému odpadních plynů. V těchto případech je vhodnější použít emisní faktory (kg/t utavené skloviny). Tento princip by měl platit i v případě, kdy je do jednoho komína svedena kombinace kouřových plynů z rozdílných pecí používajících různé techniky otápění (kyslíko-palivové, obohacování kyslíkem, vzduchopalivové), což je často případ zařízení na výrobu skleněných frit, aby se zabránilo nesprávnému odhadu množství emisí. Hlavním ekologickým přínosem kyslíko-palivového otápění je značný potenciál ke snížení emisí NOX (ve smyslu emisních faktorů), které bude obecně činit přes 70 % v porovnání s pecí se stejným výkonem používající vzducho-palivové otápění bez jiných primárních nebo sekundárních opatření na snížení emisí.
228
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tyto údaje samozřejmě závisí na místě srovnání a mohou být vyšší než 95 % a menší než 60 %. Jsou udávány úrovně měrných emisí okolo 0,5 kg NOX/t utavené skloviny v závislosti na měrné spotřebě energie, typu zemního plynu, typu/kvalitě kyslíku a stáří pece. V konkrétních případech se při používání kyslíko-palivového otápění dosahuje emisí pouze 0,23 kg/t utavené skloviny (viz Tabulka 4.17) [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]. V odvětví výroby skleněných frit se snížení emisí NOX dosažené s použitím kyslíko-palivových pecí pohybuje mezi 20 a 45 %, kvůli zvláštní konfiguraci a provozním podmínkám pecí (mírný podtlak), které umožňují, aby do pece vnikal nežádoucí vzduch (viz Tabulka 3.51). Kromě výběru hořáku dosažitelné úrovně značně závisí na typu zemního plynu přiváděného do spalovacího systému, který může obsahovat vysoký podíl dusíku, a na jiných parametrech uváděných dále v oddíle, který se zabývá provozními údaji. Kyslíko-palivové otápění může také pomoci při snižování celkových emisí těkavých látek z pece (pevné částice, fluoridy, chloridy atd.) díky sníženému proudění plynu nad taveninou a v některých případech i snížené turbulenci, navzdory vysoké koncentraci vodní páry v pecní atmosféře, která stimuluje odpařování zásaditých látek nebo boru. Pevné emise ze sodnovápenatého skla lze snížit o 10–30 % oproti počátečním úrovním (vzducho-palivové otápění), i když tato úroveň neplatí pro všechna použití. Částicové emise se nejúčinněji snižují u skel obsahujících bor (až o 50 %), zejména u alkalického boritého skla. V USA bylo v některých případech hnací silou pro přechod na kyslíko-palivové otápění spíše snížení emisí pevných částic nežli NOX. V případech, kdy zavedení kyslíko-palivového otápění vede ke snížení spotřeby paliva, tato technika rovněž povede ke snížení emisí SO2 u pecí otápěných topným olejem z pohledu emisních faktorů. Emise SOX se však mohou zvýšit, pokud dojde ke snížení zadržování síry ve skle kvůli změněné rovnováze mezi taveninou a spalinami. Rovněž dojde ke snížení přímých emisí CO2 úměrně k úsporám energie, i když je třeba rovněž zvážit nepřímé emise CO2 odpovídající množství elektrické energie potřebné pro výrobu kyslíku společně s emisemi ostatních znečišťujících látek vznikajících v elektrárně. Mezisložkové vlivy Hlavními mezisložkovými vlivy kyslíko-palivového otápění jsou emise vytvářené v elektrárnách při výrobě elektřiny potřebné pro výrobu kyslíku. Výroba kyslíku vyžaduje cca 0,4–1 kWh/Nm3 a podle zdrojů primární energie související emise více či méně kompenzují potenciální snížení emisí NOX, CO2 a úsporu energie získané používáním kyslíko-palivového otápění. Jako u všech opatření na snižování emisí, která vyžadují použití energie, je ekologický přínos pozorovaný v místě výroby částečně narušen, vezmou-li se v potaz nepřímé emise. Konkrétně jsou udávány tyto mezisložkové vlivy: •
uvádí se, že emise NOX nepřímo související s výrobou kyslíku představují 10 až 15 % snížení přímých emisí NOX;
•
příklady uvádějí zvýšení emisí CO2 mezi 35 až 230 %, v porovnání se snížením přímých emisí dosaženým úsporou energie;
•
v průměru výroba kyslíku metodou VSA/VPSA vyžaduje cca 1,44 MJ/Nm3, což odpovídá cca 24 % energie potřebné na otápění pece, když budeme uvažovat 33% účinnost výroby elektrické energie v elektrárnách (1 MJ energie vzniklé spalováním dodané do kyslíko-palivové pece odpovídá 1,24 MJ primární energie);
•
s výrobou elektrické energie jsou spojeny emise SOX, prachu a jiné emise do ovzduší.
Sklářský průmysl
229
Kapitola 4
Obecně lze říci, že jestliže energetické úspory z kyslíko-palivového tavení převažují nad náklady na výrobu kyslíku, pak budou snížené emise významně převažovat nad emisemi souvisejícími s výrobou kyslíku. V rekuperativních pecích bez opatření na dodatečnou regeneraci energie (spalinový kotel nebo předehřívání střepů) bude průměrná energetická úspora včetně výroby kyslíku 25–35 %. U velkých regenerativních pecí to bude mezi 0–15 %. U vysoce účinných regenerativních pecí může být tato hodnota záporná. Některé příklady týkající se hodnocení mezisložkových vlivů kyslíko-palivového otápění použitého ve sklářských pecích jsou uvedeny níže (hlášené údaje jsou vypočítány podle metodiky uvedené v Oddíle 8.1). U pece na obalové sklo s kapacitou 225 t/den přímé snížení emisí NOX činí 80 t/rok a emise NOX spojené s výrobou kyslíku jsou 11 t/rok. Čisté snížení emisí tedy odpovídá 69 t/rok. Snížení emisí CO2 z pece odpovídá 1942 t/rok, ale výroba kyslíku vede k nepřímým emisím CO2, které činí 4444 t/rok. Kromě toho emise SO2 vypuštěné průměrnou elektrárnou činí 30 t/rok. U pece na výrobu nekonečného skleněného vlákna jsou přímé emise NOX sníženy o 80 t/rok, ale nepřímé zvýšení emisí NOX (elektrárna) je téměř 9 t/rok. Emise CO2 z pece se sníží o 5390 t/rok, přičemž nepřímé emise CO2 se zvýší o 3530 t/rok. Porovnání odhadovaných nepřímých měrných emisí u rozdílných sklářských pecí a u rozdílných technik na snižování znečištění je uvedeno v Tabulce 8.8 v Oddíle 8.1.7. V případě potenciálního rychlého rozpadu žáruvzdorné horní stavby tavicí pece, by vznik pevného odpadu (žáromateriálů, které je třeba nahradit) představoval další mezisložkový vliv kyslíko-palivového otápění. Provozní údaje Uvádí se, že nejnovější verze kyslíko-palivových hořáků kombinované s optimalizací konstrukce a provozu pece v odvětví obalového skla vytváří emise NOX v rozsahu 0,3–0,8 kg NOX/t utavené skloviny, což obecně odpovídá 200–500 mg NOX/Nm3. V odvětví výroby frit je snížení emisí NOX spojené s používáním kyslíko-palivového tavení mnohem nižší. Poskytnuté údaje uvádí úrovně emisí v rozsahu 7–11 kg NOX/t utavené skloviny v porovnání s obvyklými úrovněmi okolo 13 kg/t skloviny nebo vyššími při používání konvenčního vzducho-palivového otápění a vzducho-palivového otápění s obohacením kyslíkem. Tyto úrovně vycházejí z výrob, jejichž kmen může obsahovat značná množství dusičnanů, a kde požadované provozní podmínky pecí umožňují pronikání nechtěného vzduchu do spalovací komory (viz Oddíl 3.10.2.2). Emise NOX velmi silně závisí na následujících faktorech: •
výroba kyslíku – kyslík vyrobený systémy PSA nebo VSA/VPSA stále obsahuje malé procento dusíku;
•
kvalita zemního plynu – v EU se zemní plyn často dodává s více než 10 % přidaného dusíku;
•
typ používaných hořáků – hořáky s postupným spalováním vedou k nižším emisím NOX (méně než 0,5 kg/t utavené skloviny v odvětví obalového skla);
•
spotřeba energie v peci – ta určuje průtokové množství kouřových plynů na hmotnostní jednotku taveniny a závisí mimo jiné na požadované kvalitě skla, velikosti peci a podílu střepů v kmeni;
•
kvalita paliva – některé druhy paliva mohou obsahovat nízké množství organicky vázaného dusíku.
230
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Jednou z nejdůležitějších otázek týkajících se této techniky jsou dosažitelné energetické úspory. Jak je uvedeno výše, tyto úspory mohou často být rozhodujícím faktorem ekonomické schůdnosti techniky na jednotlivých zařízeních. Při zvažování efektivity nákladů na techniku, musíme tuto techniku srovnávat ne pouze s pecí, kterou nahrazuje, ale se všemi dostupnými možnostmi a alternativními technikami na snižování emisí s ohledem na energii spotřebovanou při výrobě kyslíku. Jsou-li malé, tepelně neúčinné pece přestavěny na kyslíko-palivové otápění, úspory energie na místě mohou být vyšší než 50 %. U středně velké rekuperativní pece bez speciálních úsporných opatření se standardní úrovní izolace, která používá pouze interní střepy, bude spotřeba energie při kyslíko-palivovém tavení nižší o 20–50 %. U velkých regenerativních pecí s optimalizovaným tepelným výkonem se však úspory budou blížit nule nebo mohou být dokonce záporné s navýšením o 5 %, pokud se bere v potaz primární energie. V těchto případech úspory energie na místě nebudou kompenzovat náklady na výrobu kyslíku. Každý případ je však jedinečný a musí se zvažovat s ohledem na individuální okolnosti. Obecně platí, že by kyslíko-palivové pece měly být velmi dobře izolované a utěsněné, aby se zamezilo problémům s korozí a negativním působením výparů z taveniny na žáruvzdornou horní stavbu pece. Kyslíko-palivové otápění by mohlo vést k jejímu zvýšenému rozpadu, ale to závisí na výběru žáromateriálu a na provozních parametrech pece. Hlavním bodem, který by mohl zlepšit hospodárnost kyslíko-palivového tavení, je regenerace tepla z odpadních plynů. Vysoká teplota odpadních plynů zlepšuje možnost regenerace tepla, ale je zde také řada potíží. Odpadní plyny vyžadují před každou úpravou ochlazení, aby se dostaly na provozní teplotu zařízení na snižování emisí a aby všechny částice vznikající z těkavých materiálů zkondenzovaly. Povaha spalin z mnoha pecí omezuje použití přímých tepelných výměníků, protože je zde možnost ucpání kondenzovanými částicemi a koroze. Tyto problémy se zvyšují s vysokými koncentracemi odpadních plynů v souvislosti s kyslíko-palivovým tavením. Zvláštní problém nastává u skel obsahujících bor, kde se plyny musí rychle zchladit, aby se zamezilo vzniku lepkavých pevných částic, které jsou korozivní a snadno způsobí ucpání potrubí a zařízení na snižování emisí, jako jsou elektrostatické odlučovače. Z těchto důvodů je u těchto případů tendence chladit tyto plyny ředěním vzduchem. Z výše uvedených důvodů se opatření k energetickým úsporám dostupná u konvenčních pecí (např. spalinové kotle, vysoce účinné hořáky a předehřívání střepů) u kyslíko-palivových pecí příliš nepoužívají. S těmito technikami jsou určité zkušenosti a v době psaní tohoto dokumentu (2010) je známo, že existují nejméně dvě pece vybavené spalinovými kotli a několik málo kyslíko-palivových pecí s předehříváním střepů. Očekává se, že v blízké budoucnosti bude v USA testována nová technika pro předehřívání kmene a střepů, speciálně vytvořená pro kyslíko-palivové pece, která umožňuje provoz za mnohem vyšších teplot kouřových plynů. Určitý vývoj také proběhl u předehřívání dodávek plynu a kyslíku ve Francii (2008) u kyslíko-palivové pece na výrobu plaveného skla. Více podrobností je uvedeno v Oddíle 6.2 v Kapitole 6 nazvané Nově vznikající techniky. Jak však přibývá zkušeností, je možné ve spojení s kyslíko-palivovým otápěním používat více těchto opatření. Neexistují žádné podstatné důvody, proč by se většina těchto technik nemohla používat společně s kyslíko-palivovým otápěním, ale jsou zde důležité technické problémy, které je třeba zvládnout a jejichž řešení zabere určitý čas (např. možná koroze žáromateriálu, změny barvy taveniny, pěnivost atd.). Při kyslíko-palivovém tavení se vyskytují vyšší teploty plamene, které mohou v některých případech vést k vyššímu výkonu na čtverečný metr velikosti pece (až 25% nárůst). To je obzvlášť důležité tam, kde je žádoucí zvýšit kapacitu pece, ale kde není prostor pro umístění konvenční pece požadované velikosti. Prostorová úspora je vyšší také díky nepřítomnosti předehřívacího systému. U některých zařízení může tato technika také vést k lepšímu řízení výrobního procesu a ke zlepšení kvality skla. Zvláště se to týká některých speciálních sklářských procesů, které vyžadují vysoké tavicí teploty. Vyšší hladiny kyslíku a vodní páry však mohou ovlivnit chemii skla, což u některých typů skel vyžaduje změny ve složení kmene. Stále je zde problém vyššího opotřebování žáromateriálů, a proto i kratší životnosti pece. V některých případech to může také vést k většímu množství vad skla (např. v důsledku kapání klenby). U sodnovápenatých skel může vysoký tlak vodní páry způsobit vysoké tlaky par NaOH, což může zvýšit korozi žáromateriálu, zvláště nad hladinou skla. Sklářský průmysl
231
Kapitola 4
Dodavatelé žáromateriálů vyvíjejí nové materiály, jako jsou např. vylepšený dinas a MgO-Al2O3 spinel jako alternativu k drahým, tavenolitým modulům AZS nebo korundovým materiálům. S kyslíko-palivovým otápěním je však nadále spojeno značné finanční riziko. Použití žáromateriálů vyšší kvality může zvýšit investiční náklady na pec a jsou zde obavy, že nemusí být pro všechna použití dostatečně odolné. Zkrácená délka kampaně může mít velice důležitý finanční dopad na dané zařízení, zvláště u velkých pecí jako jsou pece na plavené sklo. Současné zkušenosti (2010) se mění zařízení od zařízení od špatných po velice slibné. V této oblasti byl vykonán velký kus práce a tento problém lze podstatně zredukovat. Někteří výrobci boritokřemičitého skla udávají prodloužení životnosti pecí a u některých zařízení jsou zkušenosti s nižšími teplotami klenby po přestavbě. Bylo dokázáno, že aby se zabránilo tvorbě a odkapávání křemičitanu sodného při použití dinasové klenby pece, musí být po celou dobu udržována dostatečně vysoká teplota klenby (přes 1460–1470 °C). Systémy nových hořáků s vysokou intenzitou jsou mnohem účinnější při přenosu tepla do skla. V kombinaci s pečlivě provedenou konstrukcí pece, s pečlivým nastavením hořáků a s vyšší kvalitou žáromateriálů tyto hořáky usnadňují udržování provozu v mezích tepelného odporu žáromateriálů. Za těchto podmínek byla v roce 2009 po 14 letech stále v provozu pec na sodnovápenaté obalové sklo s dinasovou klenbou (O-I Europe, Leerdam, Nizozemsko, v provozu od roku 1994). Technika kyslíko-palivového tavení se stále vyvíjí a navrhované pece používající nejnovější postupy budou mít pravděpodobně delší kampaň než dřívější pece. U některých zařízení byly zaznamenány problémy s pěněním. To může způsobit problémy s kvalitou a snížit účinnost a stabilitu ohřevu. Vysoká koncentrace vodní páry v atmosféře pece vytvořené kyslíko-palivovým otápěním pomáhá uvolňování plynů z taveniny s potenciálním vylepšením účinnosti čeření (méně bublinek), ale rovněž s mnohem větším pěněním. Účinek atmosféry v peci na stabilitu pěny stále ještě není plně pochopen a je tématem dalšího zkoumání. Při výrobě skleněné vaty může vysoký obsah kyslíku v peci usnadnit recyklaci odpadů obsahujících organické materiály bez použití dusičnanů. Přestože jsou kyslíko-palivové pece považovány za osvědčenou technologii, stále zbývají některé možnosti pro optimalizaci geometrie pece, výše klenby, nastavení hořáků a jejich výšky nad taveninou, nastavení odtahu spalin, které by mohly vylepšit energetickou účinnost a následně snížit emise CO2 a náklady na energii. Dalšími možnostmi regenerace tepla z nízkých objemů plynů, které jsou ale velmi horké, jsou předehřívání kmene nebo zemního plynu a jiné možnosti využití regenerované energie, které by mohly ještě být vyvinuty. Vysoká koncentrace CO2 v kouřovém plynu by mohla usnadnit jeho zachycování. Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním kyslíko-palivového otápění je uveden v Tabulce 4.16.
232
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.16: Hlavní výhody a nevýhody kyslíko-palivového tavení Výhody
• • • • • • • •
Lze dosáhnout nízkých množství emisí NOX (obvykle < 0,5–0,8 kg/t utavené skloviny u sodnovápenatého obalového skla, s minimální úrovní 0,23 kg/t). Investiční náklady na pece jsou obvykle významně nižší. U některých zařízení je technika nákladově neutrální nebo vede k úsporám. U některých zařízení je možné podstatné snížení spotřeby energie (zvláště při náhradě rekuperativní pece). Potenciálně nižší emise těkavých látek a prachu vyjádřené v hmotnostním toku tam, kde jsou sníženy objemy spalin. To může vést k nižším investičním nákladům na odlučovací zařízení. Potenciální zlepšení výroby/m2 a lepší řízení procesu. V některých případech se může zlepšit kvalita skla. Díky vysoké koncentraci CO2 v kouřových plynech může být usnadněno jeho zachytávání.
Nevýhody
•
• • • • • • • • • • •
Pokud nedojde k podstatným úsporám energie, může být tato technika velice nákladná, zvláště u velkých pecí na sodnovápenaté sklo. To je způsobeno cenovým rozdílem mezi plynem/olejem a elektřinou. Efektivnost nákladů se u jednotlivých zařízení mění a musí se hodnotit individuálně. Byly zde problémy s opotřebením žáromateriálů, které vedly ke kratší životnosti pecí a které nebyly dosud plně vyřešeny. Výroba kyslíku vyžaduje elektrickou energii, která představuje 7 % spotřeby pece, ale až 20 %, je-li vyjádřena jako primární energie. Nepřímé emise z výroby elektrické energie (CO2, NOX, SOX) mohou překonat potenciální ekologické přínosy. Technika je v podstatě primárním opatřením, protože snižuje vznik NOX, ale nedělá nic se snížením NOX z netermálních zdrojů, např. z dusičnanů v kmeni. Tato technika se nejúčinněji zavádí při přestavbě pece. Skladování, výroba a použití kyslíku jsou riskantní a jsou nutná vhodná bezpečnostní opatření. Výroba kyslíku může vytvářet hluk, který je nutno regulovat. Z důvodu snížené retence síry ve sklovině mohou vznikat další emise SOX, ale ty lze kompenzovat úpravou množství síranů v kmeni. V tavicí peci může dojít ke vzniku pěny. Je-li požadována vysoká kvalita skla, může to omezit použití této techniky kvůli potenciální korozi žáromateriálů v peci.
Údaje o úrovních emisí dosažených používáním kyslíko-palivového otápění v zařízeních vyrábějících obalové a speciální sklo sloužících jako příklady jsou uvedeny v Tabulce 4.17.
Sklářský průmysl
233
Kapitola 4
Tabulka 4.17: Úrovně emisí NOX spojené s používáním kyslíko-palivového otápění ve vzorových zařízeních Obalové sklo (1)
Speciální sklo
Speciální sklo
Speciální sklo (2)
Zemní plyn
Zemní plyn
Zemní plyn
Zemní plyn
300 + 350 t/den
50 t/den
50 t/den
40 t/den
Aktuální výkon
222 + 280 t/den
40 t/den
50 t/den
40 t/den
Elektropříhřev
Ne
Ano
Ano
Typ skla
Hnědé, zelené
Boritokřemičité
Ano Boritokřemičité, obaly
Střepy
66 % (průměr)
60 %
40 %
50 %
4,20 GJ/t skloviny (průměr)
6,72 GJ/t skloviny
10,37 GJ/t skloviny
12,31 GJ/t skloviny
0,23 kg NOX/t skloviny
1,42 kg NOX/t skloviny
6,67 kg NOX/t skloviny (4) (5)
5,59 kg NOX/t skloviny (5)
Palivo Celková tavicí kapacita
Měrná spotřeba energie (3) Související úrovně emisí (AEL)
Sklokeramika
(1) (2) (3) (4)
Zařízení se skládá ze dvou pecí. Zařízení je vybaveno systémem regenerace tepla před tkaninovým filtrem. Uváděné údaje se týkají energie v místě použití a nejsou upraveny na primární energii. Úroveň emisí byla vypočítána na základě poskytnutých informací (hmotnostní tok, objem kouřových plynů, taveniny a zjištěných koncentrací emisí). (5) Kmen obsahuje dusičnany. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
Použitelnost Přestože jsou principy stoprocentního kyslíko-palivového tavení dobře zvládnuty a mohou být považovány za použitelné pro sklářství jako celek, problémy s jejich zaváděním se nesmějí podceňovat. Tato technika se uplatňuje zejména v odvětví nekonečného skleněného vlákna a speciálního skla. Její použití ve sklářství jako celku je omezeno několika faktory. Stále se má za to, že tato technika je spojena s potenciálně vysokým finančním rizikem u pecí s kapacitou vyšší než 500 t/den. Několik problémů vyžaduje další výzkum, např. otázka, jaký zvolit optimální žáromateriál pro horní stavbu pece, prevence a stabilizace tvorby pěny a regenerace tepla z kouřových plynů. U několika kyslíko-palivových pecí stále nebyly dořešeny problémy s pěněním. [109, Schep, A decade of oxy-fuel 2003] Aby se maximalizovaly potenciální přínosy a aby se zamezilo očekávaným provozním problémům, je obecně vhodné odložit instalaci do další přestavby pece. V podstatě by se kyslíko-palivové hořáky mohly instalovat v řadě procesů, s výjimkou U-plamenných pecí, aniž by se muselo čekat na opravu za studena. Instalace za tepla může vést k energetickým úsporám a ke zvýšení výkonu. Je však nepravděpodobné, že by tak bylo dosaženo nižších emisí NOX. Tyto emise se naopak mohou zvýšit a nastává i nebezpečí zrychleného opotřebení žáromateriálu. V roce 1998 se odhadovalo, že 5–10 % světové výroby skla pocházelo z kyslíko-palivových pecí. Odhady provedené francouzským výrobcem kyslíku Air Liquide naznačují, že z celkové výroby skla kyslíkopalivovým tavením se 25 % vyrábí v Evropě a 56 % v Severní Americe. Od té doby se tyto údaje změnily a jsou zde rozdílné trendy mezi sektory. Celosvětově je v provozu nejméně 200 průmyslových pecí s kyslíko-palivovým otápěním. Kyslíkopalivové otápění našlo široké uplatnění zejména v odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna. Na světě je pět kyslíko-palivových pecí na výrobu plaveného skla (tři v USA, jedna v Japonsku a jedna v Evropě) a asi 40 až 50 kyslíko-palivových pecí na výrobu obalového skla, zejména v USA.
234
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Několik kyslíko-palivových pecí je rovněž úspěšně provozováno v odvětví minerální vlny, speciálního skla a frit. V odvětví užitkového skla se používání kyslíko-palivového otápění setkalo s více problémy kvůli silnému pěnění, které může ovlivnit kvalitu tohoto typu skla. Některá zařízení však kyslíko-palivové pece úspěšně používají. Co se týká odvětví plochého a obalového skla, hlavní překážku zavedení kyslíko-palivového otápění představují vysoké ceny kyslíku a speciálních žáromateriálů, které je třeba použít v peci. V Evropě byla v době psaní tohoto dokumentu (2010) provozována pouze jedna kyslíko-palivová pec v odvětví plochého (litého) skla a jedno zařízení na lince na výrobu plaveného skla zahájilo provoz ve Francii. Ve výrobě obalového skla pracuje osm pecí, které představují 3,2 % celkové evropské produkce v tomto odvětví (v Německu, v Nizozemsku, ve Francii a v Itálii). Ve výrobě nekonečného skleněného vlákna více než 50 % pecí provozovaných v Evropě používá kyslíko-palivové otápění, některé navíc mají elektropříhřev. Ve výrobě skleněných frit používá kyslíko-palivové tavení 15 % pecí. Značný počet evropských pecí v odvětví minerální vlny, užitkového a speciálního skla (zejména boritokřemičitých skleněných trubic) je kyslíko-palivových. Používání kyslíko-palivového otápění s sebou přináší potenciální mezisložkové vlivy, které je třeba brát v potaz, jako např. ekologické dopady spojené s výrobou kyslíku [99, ITC-C080186 2008 ]. Hospodárnost Finanční aspekty kyslíko-palivového tavení se v jednotlivých odvětvích a případech podstatně liší. Náklady je velice obtížné předpovědět, ale některé informativní údaje jsou zmíněny v Oddíle 8.1.7, ve kterém je uvedeno porovnání nákladů na techniky snižování emisí NOX. Hlavními faktory ovlivňujícími náklady jsou: •
investiční náklady v porovnání s nejpravděpodobnější alternativou (včetně zvláštních nákladů na odolnější žáromateriály (klenba pece a kouřové kanály))
•
možné energetické úspory, kterých lze dosáhnout (velice záleží na velikosti a konstrukci pece)
•
převažující náklady na kyslík u daného zařízení
•
potenciální vliv na délku kampaně a finanční riziko, které to s sebou nese.
Relativní výhody kyslíko-palivového tavení se případ od případu značně liší a rozhodnutí zavést tuto techniku může být silně ovlivněno jinými faktory, např. je-li požadováno zvýšení výkonu bez zvětšování pece, nebo zda je zařízení umístěno poblíž levného zdroje kyslíku. Ekonomická hlediska mohou být do určité míry ovlivněna místními faktory, a proto se každý případ musí posuzovat individuálně. Důležitým faktorem je u investičních nákladů to, že kyslíko-palivové pece nemají konvenční systém předehřívání spalovacího vzduchu, a proto jsou investiční náklady obecně nižší než u rekuperativních pecí se srovnatelným výkonem. To je nejvíce vidět u nových závodů, kde se uspoří celkové náklady na předehřívací systém. Nejmodernější kyslíko-palivové hořáky jsou obecně nákladnější, než moderní hořáky s nízkými emisemi NOX a náklady na systém řízení kyslíku jsou značné. U většiny pecí jsou však tyto zvláštní náklady na kyslíko-palivové hořáky a řídicí systém podstatně nižší, než úspory za předehřívací systém. Problémy týkající se vlivu této techniky na životnost žáromateriálů mohou vést k použití nákladnějších materiálů v klenbě pece. Jsou-li tyto zvláštní náklady nutné, mohly by významně snížit investiční výhody. Ve skutečnosti se zpočátku (1990–1995) očekávalo, že životnost kyslíko-palivových pecí bude kratší než u tradičních vzducho-palivových pecí. V evropském odvětví výroby obalového skla je ale několik kyslíkopalivových pecí se stejnou životností. Konstrukce pece, kvalita použitých materiálů (zejména u klenby) a velmi dobré utěsnění horní stavby pece jsou důležitými faktory určujícími životnost pece.
Sklářský průmysl
235
Kapitola 4
Ekonomická konkurenceschopnost techniky závisí na potenciálu úspory energie a na nákladech na alternativní techniky dosahující porovnatelné úrovně emisí NOX. U mnoha zařízení, která používají malé až střední pece, lze dosáhnout značných energetických úspor, což činí tuto techniku konkurenceschopnější. Samozřejmě na některých zařízeních (zvláště na pecích s výrobou méně než 50 tun za den) mohou být samotné energetické úspory dostatečnou hnací silou zavedení techniky. Větší pece mají tendenci být zákonitě energeticky účinnější a potenciální snížení celkové spotřeby energie (včetně energie potřebné k výrobě kyslíku) je při přechodu nebo přebudování pece na kyslíko-palivové otápění mnohem menší, což zvyšuje celkové náklady na techniku (zejména náklady na výrobu kyslíku). Na druhé straně větší pece potřebují větší množství kyslíku, což většinou přináší lepší cenu na m3. Komparativní náklady byly vypočítány pro kyslíko-palivové pece s dinasovou klenbou pro velké zátěže (300 000–400 000 eur zvláštních nákladů) a pro klenby vyrobené z tavenolitých modulů (AZS nebo korund). Tyto tavenolité materiály mohou zvýšit náklady na klenbu pece na plavené sklo o 4–5 mil. eur. Odstranění předehřívání vzduchu a z toho plynoucí investiční úspory nejsou dosaženy pouze v nejčastějších sklářských odvětvích (obalové sklo, nekonečné skleněné vlákno, speciální sklo atd.), ale také ve výrobě frit, kde je používání předehřevu vzduchu pomocí rekuperativních výměníků tepla dobře zavedené a používané na většině pecí. U regenerativních pecí existují regenerátorové systémy již od první stavby pece, a bude-li to nutné, budou se opravovat, vylepšovat nebo nahrazovat při každé přestavbě pece. Proto i když jsou zde významné úspory, nemohou být tak velké jako u nového zařízení. U rekuperativních pecí se rekuperátor obvykle vyměňuje při každé přestavbě pece, ale nosná konstrukce se může znovu použít, pokud se z velké části nezmění konstrukce a poloha pece. Úspory nákladů u nových zařízení se mohou mezi jednotlivými zařízeními značně lišit. Obecně jsou uváděny úspory okolo 20 % u rekuperativních pecí a 30–40 % u pecí regenerativních. Jestliže dodavatel provozuje kyslíkovou stanici, jsou investiční náklady obvykle zahrnuty do poplatku za kyslík a nezvažují se odděleně. Přístřeší pro kyslíkové zařízení obvykle zajišťuje sklářská společnost, ale náklady jsou velmi nízké. Jestliže si sklárna zvolí nezávislý provoz kyslíkové stanice, mohou investiční náklady činit až 10 % nákladů na pece. Pokud se dusík vznikající jako vedlejší produkt při výrobě kyslíku může využít nebo prodat, pak to může přispět ke snížení celkových nákladů. Některé prameny sklářské literatury považují náklady na kyslíko-palivové tavení za větší nebo stejné jako u selektivní katalytické redukce. V praxi tomu ale vždy tak není. Někteří provozovatelé udávají nákladově neutrální přestavby nebo v některých případech úspory provozních nákladů. Většina pozitivních výsledků pochází z přestaveb menších neregenerativních pecí s relativně vysokou měrnou spotřebou energie. S výjimkou starostí o životnost žáromateriálu budou u většiny aplikací rozhodujícími faktory, pokud jde o efektivnost nákladů na kyslíko-palivové otápění, rozdíly mezi energetickými úsporami a náklady a mezisložkovými vlivy spojenými s používáním kyslíku ve srovnání s náklady a mezisložkovými vlivy spojenými s alternativní technikou snižování emisí NOX. Ty jsou u každého případu různé, a zatímco u mnoha menších pecí bude tato bilance výhodná, u větších pecí jsou úspory obecně nižší, finanční bilance bude mnohem více záviset na konkrétních okolnostech a důležitějšími se stanou jiné faktory (zvláště roční investiční náklady). Také jsou samozřejmě důležité náklady na energii a zvláště na kyslík (obojí se mohou měnit).
236
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Na Obrázku 4.7 je zobrazen celkový rozdíl měrných nákladů na tavení mezi kyslíko-plynovými pecemi a konvenčními sklářskými pecemi. Jsou zde uváděny odhadované údaje týkající se regenerativních pecí na výrobu plaveného a obalového skla a malých rekuperativních pecí na výrobu stolního skla (viz Oddíl 8.1 vysvětlující metodiku a předpokládané náklady použité pro komparativní studii).
Obrázek 4.7:
Rozdíly v měrných nákladech na tavení po přestavbě konvenční pece na kyslíko-palivové otápění u rozdílných typů skla (obalové, plavené, nekonečné skleněné vlákno a stolní)
V Německu se v roce 2007 aktuální průměrné náklady na výrobu kyslíku pohybovaly v rozmezí 0,04–0,07 eura/m3 v závislosti na typu použitého výrobního systému (kryogenický, PSA, VSA/VPSA) a vyrobeném objemu, a konečná cena v místě dodání byla mezi 0,046 a 0,11 eur/m3. Množství elektrické energie potřebné na výrobu kyslíku bylo mezi 0,4 a 1 kWh/m3 s typickými náklady mezi 0,05 a 0,065 eura na kWh. [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]. Cena kyslíku se může značně lišit až dvou a vícenásobně v závislosti na množství kyslíku používaného v daném zařízení. Pro různé typy skla a kapacity pecí byly odhadnuty měrné náklady spojené s používáním kyslíkopalivového tavení. Dosažitelné úrovně emisí předpokládané v tomto výpočtu byly následující: •
plavené sklo: 1,5–2 kg NOX na tunu utavené skloviny
•
obalové sklo: 0,5–0,9 kg NOX na tunu utavené skloviny
•
speciální sklo (bez dusičnanů v kmeni): 1–1,5 kg NOX na tunu utavené skloviny.
Souhrn dosažených výsledků je uveden níže:
Obalové sklo Při porovnání s U-plamennými regenerativními pecemi vykazují odhadované náklady na pece s rozdílnými kapacitami (200 t/den a 450 t/den) snížení investičních nákladů o 2 mil. eur u malé pece až 4,7 mil. eur u větší pece, s ročními provozními náklady, které se zvyšují o 450 000, respektive o 1,5 mil. eur za rok (rovněž v závislosti na ceně kyslíku – předpokládá se 0,06 eura za Nm3). Zvýšení měrných nákladů na tunu utavené skloviny odpovídá hodnotě 3 eur/t skloviny u malých pecí a 5–5,25 eur/t skloviny u pecí s větší kapacitou. Náklady na odlučování NOX se odhadují na 3,4–4 eura na kg NOX u malých pecí a 5,5–6 eur na kg NOX u pecí s větší kapacitou.
Sklářský průmysl
237
Kapitola 4
Ploché sklo Odhad nákladů při používání kyslíko-palivového otápění na peci na výrobu plaveného skla s kapacitou 500 t/den vykazuje snížení investičních nákladů odpovídající 7,5 mil. eur v případě použití dinasové vyzdívky klenby pece, které se však sníží na 3,5 mil. eur při použití klenby vyrobené z tavenolitých modulů (AZS nebo korund). Provozní náklady by se zvýšily o 2,7 mil. eur za rok včetně ceny emisních povolenek CO2 v souladu se Směrnicí 2003/87/ES, Schémata pro obchodování s povolenkami (ETS) (i když je tyto náklady těžké spočítat, neboť jsou specifické pro každé zařízení a značně se liší), a vypočítaných na základě ceny kyslíku odpovídající částce 0,06 eura na m3. Měrné náklady by se zvýšily o 6,8–11,4 eur na tunu skloviny v závislosti na typu materiálu použitého na klenbu pece. Nižší cena kyslíku by významně snížila nárůst ceny na tunu utavené skloviny. Při ceně 0,045 eura za m3 by zvýšení měrných nákladů bylo v rozmezí 1,1 až 5,6 eur na tunu skloviny. Výsledkem kalkulace u pece na plavené sklo je cena mezi 3 a 5 eury za kg odstraněného NOX. Užitkové sklo U stolního skla by odhadované zvláštní investiční náklady u pece s kapacitou 30 t/den odpovídaly 500 000 eurům kvůli vysoké kvalitě žáromateriálu potřebného u tohoto typu skla. Snížení provozních nákladů se očekává, je-li cena kyslíku pod 0,12 eura/m³. U stávající pece s kapacitou 70 t/den bude změna z regenerativní konfigurace na kyslíko-palivovou vést ke snížení investičních nákladů odpovídajícímu 2,25 mil. eur. Provozní náklady se zvýší o 600 000 eur za rok, což odpovídá navýšení o 12–13 eur/t skloviny při ceně kyslíku odpovídající 0,10 eura za m³. Nekonečná skleněná vlákna U pece s kapacitou 100–120 t/den bylo zvýšení investičních nákladů spojených se změnou z rekuperativní pece na kyslíko-palivové otápění odhadnuto na 1,5 mil. eur se snížením provozních nákladů odpovídajícím 250 000 eurům za rok při ceně kyslíku 0,10 eura za m3. V tomto případě se měrné náklady na tunu utavené skloviny zvýší o 6 eur na tunu a cena odlučování NOX bude odpovídat 3–3,25 eurům na kg NOX. Skleněná vata U skleněné vaty zavedení kyslíko-palivového otápění u tavné pece s kapacitou 125 t/den vykazuje měrné náklady na tavení okolo 100 eur na tunu skloviny vypočítané na základě investičních nákladů (včetně amortizace a úroků) a provozních nákladů (včetně energie, surovin, emisních povolenek CO2, odstraňování odpadu atd.). Tento odhad je založen na ceně kyslíku v místě dodání činící 0,1 eura za m3 a ceně elektřiny 0,091 eura za kWh včetně daně. U vyšší kapacity pece to vypadá, že používání vzducho-palivového otápění bude mít nižší měrné náklady [115, EURIMA-ENTEC Costs evaluation 2008]. Příklady údajů o aktuálních a odhadovaných nákladech jsou uvedeny v Tabulce 4.18 u zařízení vyrábějících různé typy skla za rozdílných provozních podmínek.
238
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.18:
Příklady aktuálních a odhadovaných nákladů na kyslíko-palivové otápění používané v odvětvích obalového a speciálního skla.
Palivo Kapacita pece Aktuální výkon Elektropříhřev Typ skla Střepy
Obalové sklo (1) Zemní plyn 300 + 350 t/den 222 + 280 t/den Ne Hnědé/zelené 66 % (průměr)
Speciální sklo (2) Zemní plyn 50 t/den 40 t/den Ano Boritokřemičité 60 %
Speciální sklo (3) Zemní plyn 50 t/den 50 t/den Ano Boritokřemičité 40 %
6,72 GJ/t skloviny
10,37 GJ/t skloviny
0,23 kg NOX/t skloviny
1,42 kg NOX/t skloviny
6,67 kg NOX/t skloviny
Na místě, kryogenická 0,05 eura/kWh
Dodávaný, kryogenická 0,065 eura/kWh
Na místě, kryogenická 0,065 eura/kWh
0,046 eura/m3
0,11 eura/m3
0,065 eura/m3
0,025 eura/kWh
0,025 eura/kWh
Měrná spotřeba energie (4) 4,20 GJ/t skloviny (průměr) Související úrovně emisí (AEL) Související náklady (5) Výroba kyslíku Cena el. energie Cena dodaného kyslíku
Cena zemního plynu 0,0193 eura/kWh Měrné náklady na kyslíko9,97 eur/t skloviny (průměr) palivové tavení Celkové investiční náklady včetně amortizace celého zařízení Úrok Životnost Odhadované investiční náklady na srovnatelnou konvenční regenerativní pec Odhadovaný rozdíl
34,2 eur/t skloviny
23 eur/t skloviny
93,46 eur/t skloviny
90,73 eur/t skloviny
40,2 eur/t skloviny (6)
120,13 eur/t skloviny
142,36 eur/t skloviny
-15 %
-22 %
-36 %
6% 12 let
(1) Zařízení je vybaveno dvěma pecemi. Systém regenerace energie je umístěn před tkaninovým filtrem. Hodnoty podílu střepů a spotřeby energie jsou aritmetickým průměrem těchto dvou pecí. (2) Náklady jsou odhadovány na základě ústních sdělení ze strany vedení daného podniku. (3) Náklady jsou odhadovány na základě dostupných informací. Náklady spojené s používáním elektropříhřevu nejsou součástí výpočtu. (4) Údaje o spotřebě energie nejsou upraveny na primární energii. (5) Údaje o nákladech se vztahují k roku zavedení kontrolního systému na znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. (6) Náklady zahrnují amortizaci celého zařízení. Zdroj: [ 75, Germany-HVG Glass Industry report 2007 ]
Další informace týkající se porovnání odhadovaných nákladů a mezisložkových vlivů kyslíko-palivového otápění s ostatními technikami jsou uvedeny v Tabulce 8.5, Tabulce 8.7 a Tabulce 8.9 v Oddíle 8.1.7. Hnací síla zavádění techniky Kyslíko-palivové tavení je primární technikou, která se používá ke snižování emisí NOX a v některých specifických případech i ostatních emisí (pevných částic) do ovzduší. Používání kyslíko-palivového otápění k tavení se v některých odvětvích sklářského průmyslu (speciální sklo, nekonečná skleněná vlákna, minerální vlna) považuje za dobrou technickou a ekonomickou volbu. Snížení spotřeby energie může být v těchto odvětvích hnací silou zavedení kyslíko-palivového tavení na pecích.
Sklářský průmysl
239
Kapitola 4
V odvětví výroby skleněných frit je účinnost odlučování NOX spojená s používáním kyslíko-palivového otápění cca 20–45 %. Proto je v tomto odvětví tato technika především považována za dobou alternativu u tavicího procesu. [99, ITC-C080186 2008]. Vzorová zařízení Pilkington-LOF, Toledo, Ohio, USA – plavené sklo Ardagh Glass, Moerdijk, Nizozemsko – obalové sklo Ardagh Glass, Obernkirchen, Německo – obalové sklo O-I Europe, Leerdam, Nizozemsko – obalové sklo O-I Europe, Schiedam, Nizozemsko – obalové sklo Vetrobalsamo, Sesto San Giovanni, Itálie – obalové sklo PPG Industries, Hoogezand, Nizozemsko – nekonečné skleněné vlákno PPG Fiber Glass, Wigan, Velká Británie – nekonečné skleněné vlákno OCV Reinforcements – Vado Ligure, Itálie – nekonečné skleněné vlákno Gerresheimer Pisa, Pisa, Itálie – trubice z boritokřemičitého skla Schott Glas, Mainz, Německo – speciální sklo Philips Lighting, Francie, Polsko, Nizozemsko – osvětlovací sklo Owens Corning Building Products (UK) Ltd, Cwmbran, Velká Británie – skleněná vata James Kent Ltd, Stoke-on-Trent, Velká Británie – frity SGD, Mers, Francie – obalové sklo, flakony Orrefors Kosta Boda, Švédsko – < 5 tun/den křišťálové sklo Verrerie de La Rocherwe, Francie – 17 tun/den sodnovápenaté sklo Nachtmann, Německo – 9 tun/den olovnatý křišťál Referenční literatura [4, EPA 1994] [7, Ind.duVerre 1996] [30, Infomil 1998] [9, IPC Guidance S2 3.03 1996][33, Beerkens 1999] [18, Ercole 1998] [46, Illy et al. 1998] [19, CPIV 1998] [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [78, DUTCH oxi-firing furnaces 2007] [79, TNO OxyFiring2005ATIVFinal 2005] [88, FEVE Proposal Ch.4-NOx 2007] [91, ITC – C071304 2007] [92, ITC – C071603 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [79, TNO Oxy-firing 2005, ATIV Final 2005 ] [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005] [99, ITC-C080186 2008] [ 115, EURIMA-ENTEC Costs evaluation 2008].
4.4.2.6 Chemická redukce s použitím paliva (CRF) Pojem „chemická redukce s použitím paliva“ popisuje takové techniky, kde se palivo přidává do proudu odpadních plynů, aby se NOX chemicky zredukoval na N2 prostřednictvím řady reakcí. Palivo nehoří, ale pyrolyticky se rozkládá a vytváří radikály, které reagují se složkami spalin při tvorbě H2O a N2. Dvě hlavní techniky, které byly vyvinuty pro použití ve sklářském průmyslu, jsou proces 3R a opětné spalování. Obě tyto techniky se v současnosti omezují na regenerativní pece. Proces 3R byl zcela vyvinut pro použití ve sklářství, ale v době psaní tohoto dokumentu (2010) proces opětného spalování ještě neprokázal svou průmyslovou použitelnost. Tento proces je založen na řadě chemických reakcí, které proběhnou mezi vstřikovaným fosilním palivem a oxidy dusíku přítomnými v kouřových plynech. Během první fáze procesu se tvoří uhlovodíkové radikály (CHX) zejména tepelným rozkladem v zóně vstřikování paliva (většinou zemního plynu). Tyto radikály reagují s NOX vytvořenými v peci a vytváří další dusíkaté sloučeniny jako HCN a NH3. Po vzniku tyto látky rychle reagují s jinými primárními molekulami NO a vytvářejí molekulární dusík (N2). Po smísení a zreagování opakovaně spalovaného paliva s produkty spalování se do této směsi vstřikuje dohořívací vzduch, aby se dokončilo spálení opakovaně spalovaného paliva. V zóně spálení se všechny zbývající redukované sloučeniny dusíku úplně přemění na molekulární dusík (N2) nebo zpět na NO.
240
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.4.2.6.1 Proces 3R Popis Principem procesu 3R je přidání uhlovodíkového paliva (např. zemního plynu nebo oleje) řízeným způsobem do proudu odpadních plynů na vstupu do regenerátoru. Toto palivo nehoří, ale štěpí se a přispívá k chemické redukci NOX vzniklého v peci. Technologie je navržena pro použití v regenerativních pecích, kde regenerátor zajišťuje nezbytné podmínky teploty, turbulentního mísení a doby zdržení, aby mohla reakce pokračovat. Název procesu „3R“ znamená reakci a redukci v regenerátorech. V procesu 3R jsou dva stupně – deNOX a vyhoření. Ve fázi deNOX jsou v podstatě dva mechanismy. První zahrnuje reakci mezi radikály 3R paliva a NO. Radikály (CHX) se tvoří velice rychle, jak palivo vstupuje do regenerátoru. Hlavní reakce probíhající v této fázi jsou: CH4 + OH/O/O2 → CHX + H2O CH4 —> CHX CHX + NO → HXCN + O CHX + NO → HXCNO + H Tyto reakce jsou velice rychlé a probíhají především v horní komoře regenerátoru. Odpovídají asi za 25 % snížení NOX. Druhý mechanismus probíhá, když spaliny procházejí dolů mřížovím regenerátoru, kde je doba zdržení relativně dlouhá. CO a H2 (vzniklé z primárního a 3R paliva) mají přiměřenou dobu a dosti vysokou teplotu k redukci většiny zbývajícího NO na N2. Tato reakce se uskutečňuje v celém regenerátorovém systému, ale převážně v mřížoví a odpovídá za většinu celkového snížení NOX dosažené pomocí 3R. Hlavní reakce jsou: CO + NO → ½ N2 + CO2 H2+NO → ½ N2 + H2O Druhá fáze procesu zahrnuje dohoření redukovaných látek, hlavně nezreagovaných CO a H2. Tyto sloučeniny jsou oxidovány řízeným přívodem vzduchu do proudu kouřových plynů pod regenerátorem. Hlavní reakce jsou uvedeny níže. CO + ½ O2 → CO2 CO + OH → CO2 + H CO + HO2 → CO2 + OH Technika 3R by měla být považována za sekundární techniku jako SCR a SNCR, protože nebrání tvorbě a pouze redukuje NOX ze spalin, ale rovněž NOX z ostatních zdrojů, např. ze surovin. Dosažené přínosy pro životní prostředí V závislosti na zařízení se úrovně emisí dosažené s použitím procesu 3R u regenerativních pecí na výrobu plaveného a obalového skla pohybují v rozsahu 1,0–1,5 kg/t utavené skloviny. Podle údajů poskytnutých dodavatelem technologie 3R je možné dosáhnout celkového snížení emisí NOX mezi 70–85 % a úrovní koncentrací emisí NOX až 500 mg/Nm3 nebo nižších [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]. Mezisložkové vlivy Hlavní nevýhodou procesu 3R je to, že použití uhlovodíkových paliv k dosažení nezbytného snížení NOX s sebou přináší inherentní náklady a vede ke zvýšení emisí CO2. To znamená, že je atraktivní kombinovat proces 3R s konvenčnějšími primárními opatřeními na snižování NOX, aby se snížila
Sklářský průmysl
241
Kapitola 4
spotřeba paliva. V tomto případě ale je třeba vzít v potaz celkové náklady a mezisložkové vlivy, především na tunu snížených emisí NOX. Jestliže je nainstalován spalinový kotel a regenerovanou energii je možné použít v zařízení nebo lokálně, lze většinu energie z 3R paliva regenerovat. V takových případech bude nárůst emisí CO2 minimální. Použití 3R však nutně neznamená, že by spalinový kotel byl celkově ekonomický, ale tam, kde je již nainstalován (nebo kde se uvažuje o instalaci), proces 3R vede k užitečnému zvýšení rozsahu zatížení pece, při němž lze kotel použít. Celkově to může vést k podstatným úsporám energie v zařízení a je tak možné snížit spotřebu z jiných energetických zdrojů (např. kotlů na fosilní paliva). Významným omezením množství energie, které je možné regenerovat, je často malá potřeba páry v zařízení. Například v odvětví obalového skla budou obecně kotle pouze na místech používajících topný olej (který potřebuje předehřát), i když v současnosti byl na mnoha zařízeních používajících topný olej zaznamenán odklon od jednobodových kotlů k vyhřívání potrubí. Bez regenerace tepla v závodě tvoří palivo požadované navíc obecně kolem 7 % tavicí energie. Z toho by vyplynulo zvýšení emisí o 25–30 kg na tunu utavené skloviny nebo 4–6 tun na tunu snížených emisí NOX. Odhadované zvýšení emisí nezahrnuje nepřímé emise CO2 (100–150 t/rok) a NOX spojené s použitím další elektrické energie potřebné pro vyšší kapacitu ventilátorů (zvýšený objem odpadních plynů). V praxi se přesné požadavky na palivo mohou měnit v závislosti na specifických podmínkách pece. Není-li 3R proces řádně zaveden a provozován, může dojít k poškození regenerátorů. Redukce kouřových plynů může vést ke zvýšené korozi způsobené kondenzací a ukládáním, v závislosti na typu žáruvzdorného materiálu použitého v regenerátoru. Provozní údaje Rozsah snížení NOX dosažený procesem 3R závisí hlavně na množství přidaného paliva a může být přizpůsoben na míru, aby splňoval různé emisní normy. Při použití ve vzducho-palivových pecích na výrobu plaveného skla mohou být dosaženy koncentrace NOX menší než 500 mg/Nm3 při 8 % O2 v suchém plynu. Používání by však mělo být řádně řízeno, zejména v případech, kdy je používán některý žáruvzdorný materiál. Hlavní aspekty techniky 3R jsou uvedeny níže. •
Rozmezí teplot při vstřikování paliva je obvykle > 1300–1400 °C naměřených u horkých spalin vstupujících do regenerátorů.
•
Všechny vstřikované uhlovodíky jsou nakonec převedeny na CO2 a vodní páru v závislosti na množství volného kyslíku.
•
Typické úrovně snížení emisí NOX jsou obecně v rozmezí 70–85 % původních úrovní, ale jsou hlášeny i nižší úrovně související s nižším množstvím vstřikovaných uhlovodíků.
•
Množství dodatečného paliva potřebného pro proces 3R je cca 7–10 % z celkového množství použitého na získávání energie pro tavicí pec, ale obvyklých je 8 %. U pece na výrobu plaveného skla s kapacitou 500 t/den bude spotřeba dodatečného paliva obvykle mezi 350 a 375 Nm3 zemního plynu/hod. U pece na výrobu obalového skla s kapacitou 300 t/den spotřeba dodatečného paliva činí 125–150 Nm3 zemního plynu/hod.
•
V jednotkách měrné spotřeby energie se navýšení způsobené použitím technologie 3R odhaduje na 0,5 GJ/t u plaveného skla a 0,36 GJ/t u obalového skla.
•
Další aspekty související s používáním procesu 3R se týkají žáromateriálů v regenerátoru, které nemusí být odolné vůči redukčním plynům (CO, uhlovodíky a saze), usazeným solím s redukčními vlastnostmi nebo vysokým koncentracím alkalických kovů. Při používání techniky 3R je třeba se vyhnout používání některých žáromateriálů, aby se zabránilo možnému poškození a snížení životnosti regenerátoru.
242
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním techniky 3R je uveden v Tabulce 4.19. Tabulka 4.19: Hlavní výhody a nevýhody techniky 3R
Výhody • • • • • • • •
Může dosáhnout podstatného snížení NOX. Je použitelná pro většinu typů regenerativních pecí (žádné současné použití v Uplamenných pecích). Žádné velké změny konstrukce nebo provozu. Nízké investiční náklady. Může se zavést bez výhasu pece. Nejsou zapotřebí žádná chemická činidla. Zvýšené použití paliva může být v některých případech kompenzováno regenerací odpadového tepla. Snižuje NOX ze všech zdrojů.
Nevýhody • • • • •
Zvýšená spotřeba paliva (obecně 7 %, ale může se v některých případech snížit regenerací odpadního tepla). Zvýšené emise CO2 (20–30 kg/t utavené skloviny, ale může se v některých případech snížit regenerací odpadního tepla). Potenciální emise CO. Problém s vlivem na žáromateriál v regenerátoru u některých použití. Nepoužitelné na neregenerativních pecích.
Použitelnost V roce 2009 byla tato technika považována za použitelnou jen na regenerativních pecích, ale byla použitelná jak na nových, tak na stávajících zařízeních a na pecích otápěných jak olejem, tak zemním plynem. Proces 3R se používá zejména v odvětví výroby plaveného skla s několika málo použitími v jiných sektorech. Redukční atmosféra vytvořená v regenerátorech může poškozovat určité typy žáruvzdorných materiálů, zvláště při vyšších teplotách. Většina zkušeností s touto technologií byla získána u pecí na plavené sklo, které používají kvalitnější žáromateriály v regenerátorech. Pravděpodobnost poškození je větší u méně kvalitních žáromateriálů (např. s obsahem Ca, Fe a Cr), které se používají v některých zařízeních na výrobu obalového skla. Záleží na jednotlivých případech, ale náhrada stávajícího žáromateriálu materiálem s vyšší tepelnou a chemickou odolností by mohla být dosti nákladná. Autoři techniky předpokládají, že ve většině případů nebudou nutné opravy regenerátorů. Hospodárnost Typické investiční náklady se budou pohybovat mezi 200 000 a 350 000 eury v závislosti na počtu hořákových vletů a velikosti pece. Provozní náklady zahrnují především dodatečné náklady na palivo (často zemní plyn) vstřikované na vrcholu komor regenerátoru, a jsou proto silně závislé na cenách paliva. Další náklady navíc zahrnují licenční poplatky za používání technologie. Licenční poplatek je velice komplexní, ale po dobu platnosti licence činí asi 0,5 eura na tunu utavené skloviny.
Sklářský průmysl
243
Kapitola 4
Plavené sklo Odhadované náklady spojené s používáním procesu 3R ve výrobě plaveného skla založené na předpokládaném množství emisí NOX menším než 500 mg/Nm3 jsou uvedeny níže: •
V závislosti na velikosti pece se investiční náklady mohou pohybovat od 310 000 (500 t/den) do 360 000 eur (900 t/den).
•
Provozní náklady, které zahrnují náklady na přidávaný zemní plyn a licenci na používání 3R techniky, se mohou pohybovat od 1,06 mil. do 1,3 mil. eur za rok.
•
Podle cen zemního plynu v roce 2007 zavedení procesu 3R vede k měrným nákladům činícím 6 až 6,25 eur na tunu utavené skloviny u pece na výrobu plaveného skla s kapacitou 500 t/den a cca 5,5 eur na tunu utavené skloviny u pece s kapacitou 650 t/den. Náklady na snížení emisí přepočítané na kg NOX se pohybují mezi 1,4 a 1,8 eurem za kg odstraněného NOX. U pecí na výrobu taveného skla se roční snížení emisí NOX obvykle pohybuje mezi 700 a 1000 tunami NOX/rok v závislosti na velikosti pece a počáteční úrovni emisí NOX.
•
Náklady nezahrnují použití regenerace tepla pomocí spalinových kotlů.
Obalové sklo Odhadované náklady na používání procesu 3R na pecích na obalové sklo jsou následující: •
Investiční náklady se pohybují mezi 185 000 eury (200 t/den) a 280 000 eury (600 t/den).
•
Typické provozní náklady jsou 300 000 eur za rok u pece s kapacitou 200 t/den až 780 000 eur za rok u pece vyrábějící 600 t/den. Z toho vyplývá cena 4–4,5 eura/t utavené skloviny u malých a středně velkých pecí na výrobu taveného skla a 3,75 eura/t utavené skloviny z velkých pecí.
•
Náklady na snížení emisí přepočítané na kg NOX jsou cca 2,5 eura za kg odstraněného NOX. U menších pecí na výrobu obalového skla (200–300 t/den) je možné dosáhnout snížení emisí o cca 125–150 t NOX za rok a u pecí s kapacitou 600 t/den to může být více než 300 t NOX za rok.
•
Náklady nezahrnují použití regenerace tepla pomocí spalinových kotlů.
Používání techniky 3R bude v budoucnu pravděpodobně ovlivněno rostoucími cenami paliva a sankcemi spojenými se zvýšením emisí CO2. Souhrn nákladů a souvisejících dosažených snížení emisí NOX u několika použití techniky 3R je uveden v Tabulce 8.8 v Oddíle 8.1.7. Hnací síla zavádění techniky Hlavní hnací silou používání této techniky je splnění zákonem stanovených limitů a využití výhod nízkých investičních nákladů. Vzorová zařízení V roce 2007 bylo v provozu minimálně 14 pecí používajících techniku 3R. Tato technika se používá zejména v odvětví výroby plovoucího skla a v několika málo případech i v jiných odvětvích.
Odvětví obalového skla: V United Glass v St. Helens úspěšně proběhl krátkodobý zkušební provoz (toto zařízení ukončilo provoz v r. 1998). Dlouhodobý dopad tohoto procesu nebyl prozkoumán.
244
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Odvětví plaveného skla: • • • • • • • •
Pilkington, Weiherhammer, Německo Pilkington, Gladbeck, Německo Pilkington, St. Helens, Velká Británie, plavené sklo – tři pece Pilkington, Finsko Pilkington, Švédsko Pilkington, Marghera-Venice, Itálie Pilkington, USA, dvě pece na výrobu plovoucího skla Guardian Industries, Lucembursko.
Odvětví speciálního skla: Samsung Corning, Korea (obrazovkové sklo) Referenční literatura [40, Shulver et al. 1997] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [85, Spanish BAT Glass Guide 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008].
4.4.2.7 Selektivní katalytická redukce (SCR) Popis SCR je založena na reakci NOX se čpavkem v katalytickém loži za vhodné teploty. Existuje několik vhodných katalyzátorů, z nichž každý pracuje v mírně odlišném teplotním rozmezí. Nejběžnějšími katalyzátory jsou oxidy vanadu a titanu (obvykle TiO2 a V2O5) na kovové nebo keramické podložce. Rovněž se mohou použít zeolitová molekulární síta s reakcemi probíhajícími v mikroskopicky porézní struktuře. Vlastnosti zeolitů lze optimalizovat přidáním kovů, jako je platina nebo palladium, do struktury. Ať se použije jakýkoli katalyzátor, je důležité zachovat správnou provozní teplotu, obvykle 200 až 500 oC s optimem 300 až 450 oC. Ve sklářství se používá modulová katalyzátorová jednotka s voštinovou strukturou, i když některá odvětví používají granule nebo desky. Velikost jednotky závisí na objemu upravovaných odpadních plynů a na požadovaném snížení emisí NOX. Modulová struktura umožňuje jednoduchou výměnu částí nebo přidání dalšího katalyzátoru. Životnost katalyzátoru závisí na mnoha faktorech, ale zvláště na složení odpadních plynů a na konstrukci zařízení. Většina dodavatelů garantuje životnost tři nebo více let a u většiny průmyslových použití lze očekávat 5 až 6 let bez významného narušení činnosti. Tyto systémy jsou obvykle navrhovány tak, aby dosáhly 75–95 % snížení emisí NOX, i když obvyklá dlouhodobá účinnost se pohybuje mezi 70 a 80 %. Teoreticky se účinnost snížení NOX zvyšuje s molárním poměrem NH3 : NOX, ale ten je obvykle udržován co nejblíže k poměru 1 : 1, aby se minimalizoval průnik amoniaku. NOX reaguje s NH3 podle níže uvedených reakcí. Tyto reakce se normálně odehrávají při zhruba 950 oC (viz Oddíl 4.4.2.8, SNCR), ale přítomnost katalyzátoru snižuje teplotu absorpcí NH3, který reaguje s NO z plynné fáze. Amoniak se vstřikuje před katalyzátorem buď jako kapalný NH3, nebo jako vodný roztok. V některých případech se používá močovina, ale ta není ve sklářství preferována. Hlavní oxidačně-redukční reakce jsou tyto: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12 H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6 H2O
Sklářský průmysl
245
Kapitola 4
Mohou také probíhat nežádoucí reakce: 2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + NH3 + H2O →NH4.HSO4 U SCR je vznik N2O velice nízký a obvykle nepředstavuje problém. Problémem může být vznik SO3 a následná reakce na hydrogensíran amonný (NH4HSO4), zejména u paliv s vysokým obsahem síry. Hydrogensíran amonný může „otrávit“ katalyzátor a způsobit ucpání a korozi zařízení. Některé prachy obsahující alkalické kovy (např. MgO, CaO, Na2O, K2O) nebo těžké kovy mohou také působit jako katalyzátorové jedy. I když jsou k dispozici systémy schopné pracovat při vysokých koncentracích prachu, u sklářských procesů je nutné před jednotku SCR nainstalovat odlučovač. Tento odlučovač musí snižovat koncentraci prachu na 10–15 mg/m3 a téměř vždy se jedná o elektrostatický odlučovač. Nízké provozní teploty textilních filtrů by vyžadovaly, aby se odpadní plyny znovu zahřívaly na reakční teplotu katalyzátoru, což by zvyšovalo provozní náklady a obecně by bylo považováno za nepřípustně nákladné. Aby se zamezilo zablokování zbylým jemným prachem, je také nutné profukovat katalyzátorové lože (zhruba každé dvě hodiny). Použití ESP znamená, že v mnoha případech musí být také instalován systém na praní kyselých plynů. Dosažené ekologické výhody Dosažené úrovně emisí NOX budou záviset zejména na vstupní koncentraci a v menší míře také na množství katalyzátoru a použitého amoniaku. Hladina amoniaku se obecně udržuje pod poměrem 1,1 : 1, aby se omezil jeho potenciální průnik. U některých použití ve sklářském průmyslu byly hlášeny koncentrace emisí pod 500 mg/Nm3, např. u obalového a plochého skla s použitím dvouvrstvého katalyzátoru. Tam, kde se používá jednovrstvý katalyzátor, jsou hlášeny vyšší úrovně, okolo 700 mg/Nm3. Teoreticky je při dostatečném množství katalyzátoru možné dosáhnout velice nízkého množství emisí, ale v praxi jsou zde určité limitující faktory, které omezují účinnost. Bez značných primárních opatření na snižování emisí NOX budou typičtější emise ze sklářských pecí v rozsahu 1200 až 2000 mg/Nm3 a snížení o 80–90 % by přineslo úrovně od méně než 200 do 500 mg/m3 a 0,5–1,0 kg/t utavené skloviny v odvětví obalového skla a 1 až 1,5 kg/t utavené skloviny v odvětví plochého skla. V kombinaci s primárními opatřeními popsanými v Oddíle 4.4.2.1 lze očekávat velmi nízké úrovně emisí, ale v tomto případě je třeba uvážit celkové náklady a mezisložkové vlivy, zejména na tunu snížených emisí NOX. Jak již bylo uvedeno, v praxi se aktuální úrovně emisí u obalového a plochého skla pohybují v rozsahu 400–800 mg/Nm3 s účinností odstraňování mezi 70–80 % v závislosti na počátečních koncentracích NOX. Ve výrobě speciálního skla, kde se v kmeni používají dusičnany a kde je počáteční koncentrace NOX až 5000 mg/Nm3, jsou při používání techniky SCR hlášeny úrovně emisí okolo 900 mg/Nm3. Tyto úrovně jsou obecně spojovány s průnikem amoniaku v rozsahu 8–20 mg/Nm3, ale při dosažení koncentrací NOX u spodní hranice rozsahu nebo při použití pouze jednovrstvého katalyzátoru jsou hlášeny úrovně pod 30 mg/Nm3. Mezisložkové vlivy Hlavními mezisložkovými vlivy spojenými s používáním techniky SCR jsou potenciální emise amoniaku, spotřeba elektrické energie a vznik pevných odpadů na konci životnosti katalyzátoru.
246
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Používání amoniaku není spojeno pouze s průnikem nezreagovaného roztoku, ale také s ekologickými a zákonnými bezpečnostními požadavky týkajícími se přepravy, skladování a používání amoniaku (viz Směrnice 96/82/ES a 2003/105/ES pro prevenci a kontrolu nebezpečí závažných havárií s přítomností nebezpečných látek). Rovněž je třeba uvážit nepřímé emise spojené s výrobou amoniaku. Průnik amoniaku ze systému SCR do odpadních plynů se normálně pohybuje pod 30 mg/Nm3. V případě použití SCR s jednovrstvým katalyzátorem v zařízení na výrobu plaveného skla s počáteční úrovní emisí NOX činící 2400 mg/Nm3 a efektivitou snižování emisí 71 % jsou hlášeny koncentrace okolo 30 mg/Nm3. Při použití dvouvrstvého katalyzátoru na peci na výrobu plaveného skla byla ve spojení s krátkodobými nízkými koncentracemi NOX činícími 340 mg/Nm3 hlášena koncentrace 33 mg/Nm3. U pece na výrobu speciálního skla s počáteční koncentrací 5278 mg/Nm3 a 80% účinností snižování emisí byly hlášeny emise amoniaku 20 mg/Nm3. Přidání další vrstvy katalyzátoru obvykle sníží pronikání amoniaku a zvýší možnost snížení emisí NOX (celkové snížení emisí NOX > 80 %). Této lepší účinnosti je však dosaženo za cenu dalších nákladů, které je třeba uvážit. Používání elektrické energie (pro zvýšení kapacity ventilátorů a výrobu stlačeného vzduchu na čištění modulů katalyzátoru a rozprašování roztoku amoniaku do kouřových plynů) a spotřeba amoniaku jsou spojeny s nepřímými emisemi souvisejícími s jejich výrobou. Odhad provedený pro techniku SCR používanou na peci na výrobu plaveného skla uvádí 1,8–2,5 tun nepřímých emisí NOX za rok a 800–1500 tun CO2 za rok v závislosti na velikosti pece. Nepřímé emise NOX představují pouze 0,3 až 0,5 % celkového množství NOX sníženého pomocí SCR (600–1300 t/rok u pecí na výrobu plaveného skla s kapacitou 500–600 t/den) a nepřímé emise CO2 tvoří téměř 1 % celkových emisí CO2 z pece. Při výměně katalyzátoru na konci jeho životnosti vzniká odpad. Obvyklá životnost katalyzátoru činí 4–5 let (u obalového skla bylo dosaženo i více než 10 let) a objem vzniklého odpadu může být 20 m3 u pece na výrobu plaveného skla s kapacitou 700 t/den. Provozní údaje Ve většině případů se SCR ve sklářství používá většinou ke splnění místních zákonných požadavků, které obvykle nestanovují úrovně emisí nižší než 500 mg/m3. S použitím SCR lze běžně dosahovat úrovní emisí NOX < 500 mg/Nm3 (< 800 mg/Nm3 u vysokých počátečních koncentrací). Současné provozní údaje jsou ovlivněny současnou legislativou řídící jak emise NOX, tak emise zbytkového amoniaku. V některých odvětvích byly dosaženy úrovně < 200 mg/m3 a není bezdůvodné očekávat, že v některých případech lze úrovně blížící se tomuto číslu očekávat i ve sklářství. Je však třeba zdůraznit, že v době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyly ve sklářské praxi tyto nižší úrovně dosahovány, a je třeba zvážit technická i ekonomická hlediska. Většina současných použití techniky SCR v rámci sklářského průmyslu dosahovala snížení v rozmezí 70– 80 %, ale je možné dosáhnout i 80–95 %, zejména s novým SCR zařízením pomocí vyšších množství katalyzátoru (např. druhou vrstvou katalytických modulů). V době psaní tohoto dokumentu (2010) činily nejlepší úrovně emisí dosažené s použitím této techniky na pecích na výrobu obalového a plochého skla 460–500 mg/Nm3 bez překročení koncentrací NH3 30 mg/Nm3 po výstupu ze SCR. Údaje ze vzorových zařízení vyrábějících obalové, ploché a speciální sklo, ve kterých je technika SCR používána v kombinaci s ESP a suchým čištěním, jsou uvedeny v Tabulce 4.20.
Sklářský průmysl
247
Kapitola 4
Tabulka 4.20:
Úrovně emisí NOX spojené s používáním techniky SCR na vzorových zařízeních
Palivo Typ pece Celkový výkon Typ SCR zařízení Redukční činidlo Spotřeba redukčního činidla Související úrovně emisí (AEL) Emise NOX mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2 kg/t skloviny Účinnost snižování emisí NOX Emise amoniaku mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2
Obalové sklo (1)
Ploché sklo (2)
Speciální sklo (3) Zemní plyn / lehký topný olej
Zemní plyn
Zemní plyn
U-plamenná (čtyři pece)
Plavicí vana
640 t/den Dvouvrstvý voštinový katalyzátor
600 t/den Jednovrstvý voštinový katalyzátor
Příčně otápěná regenerativní 170 t/den Voštinový katalyzátor s objemem 10 m3
25% roztok amoniaku
25% roztok amoniaku
25% roztok amoniaku
145 l/h
200 l/h
Není k dispozici
Půlhodinové průměrné úrovně
Půlhodinové průměrné úrovně
Půlhodinové průměrné úrovně
456 0,97 (4) 75 %
700 1,12 71 %
950 6,05 82 %
19,5
< 30 (5)
20
1
( ) Zařízení se skládá ze čtyř pecí. (2) Zařízení je vybaveno nepřetržitým monitorováním NOX, NH3 a ostatních parametrů. (3) Zařízení je vybaveno systémem regenerace tepla. Kmen obsahuje dusičnany. (4) Úroveň byla vypočítána na základě poskytnutých informací (hmotnostní tok, objem kouřových plynů, taveniny, koncentrace emisí). (5) Úroveň vychází z bodových záměrů. Byly opakovaně naměřeny průměrné koncentrace kolem 10 mg/Nm³. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [84, Italy-Report 2007]
Příklad změn koncentrace emisí NOX ze zařízení na výrobu plaveného skla vybaveného SCR v čase je uveden na Obrázku 4.8. Údaje uvedené na obrázku vychází z měsíčních průměrných úrovní nepřetržitě měřených koncentrací emisí NOX. AD OBRÁZEK – 8% NA 8 %.
Zdroj: [164, France – Example installation 2001]
Obrázek 4.8:
248
Změny koncentrací emisí NOX ze zařízení na výrobu plaveného skla vybaveného SCR v čase
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Na stejné peci probíhala ve srovnatelném časovém období diskontinuální měření prováděná certifikovanou laboratoří. Výsledky měření jsou uvedeny v Tabulce 4.21 jak v koncentracích (mg/Nm3, při 8 % O2), tak v měrných emisích (kg/t utavené skloviny). Tabulka 4.21:
Výsledky diskontinuálních měření emisí NOX z pece na výrobu plovoucího skla vybavené SCR Datum
Emise NOX (1) mg/Nm3 při 8 % O2
kg/t utavené skloviny
Únor-97
485
1,15
Duben-98
419
1,01
Listopad-98
372
0,91
Duben-99
433
1,04
Říjen-99
375
0,92
Duben-00
343
0,84
Listopad-00
411
1,00
1
( ) Úrovně vychází z diskontinuálních měření prováděných certifikovanou laboratoří. Zdroj: [164, France – Example installation 2001]
NH3 použitý jako činidlo v procesu SCR se často předběžně odpařuje a v plynném stavu je pod tlakem vstřikován do odpadních plynů před vstupem do lože katalyzátoru. Lze použít buď kapalný amoniak, nebo jeho vodný roztok (obvykle 25 %). Kapalný amoniak je nebezpečná látka a s jeho skladováním a použitím jsou spojeny značné náklady a bezpečnostní opatření, včetně připravenosti okolí. Většina sklářských procesů tyto typy chemikálií nepoužívá a provozovatelé preferují vodný roztok, který rovněž vyžaduje pečlivé skladování a zacházení. Je třeba uvážit problémy v každém konkrétním zařízení, zejména blízkost lidských obydlí a citlivých prostředí. Provozní teplota SCR by měla být vyšší než 330 °C, aby se zabránilo tvorbě hydrogensíranu amonného (NH4•HSO4). Tento usazený kondenzát může ucpat povrch katalyzátoru a SCR zařízení, což by se odrazilo v jejich špatné účinnosti. Pokud nedojde k tomuto jevu, životnost katalyzátoru by měla být nejméně 4–5 let u většiny sklářských pecí a vlastností kouřových plynů, ale byly hlášeny i delší doby životnosti (i 10–12 let). Typický objem katalyzátoru potřebný u pece na výrobu plaveného skla s kapacitou 700 t/den (90 000 Nm3 kouřových plynů/h) je 20 m3 (jedna vrstva). Obyčejně se odhaduje, že na tunu snížených emisí NOX je potřeba 0,008 m3 katalyzátoru, a objem 20 m3 používaný po dobu 4–5 let vystačí ke snížení celkových emisí NOX o cca 2500–3000 t za celé období. Použití dvouvrstvého katalyzátoru zlepší účinnost odstraňování NOX a sníží průnik amoniaku. S jednou vrstvou je účinnost snižování emisí NOX cca 75–80 %, při určitém dávkování amoniaku. Vyšší dávkování amoniaku při použití jednovrstvého katalyzátoru (1–1,3 m vysokého) zvýší průnik amoniaku na úrovně, které mohou být nepřijatelné. Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním techniky SCR je uveden v Tabulce 4.22.
Sklářský průmysl
249
Kapitola 4
Tabulka 4.22: Hlavní výhody a nevýhody techniky SCR
Výhody: • • • • •
Vysoká účinnost snižování NOX. Snižuje NOX ze všech zdrojů v peci, nejen NOX ze spalin. Může být součástí integrovaného kontrolního systému na znečištění ovzduší. Několik příkladů v rozdílných odvětvích sklářského průmyslu. Dodavatelé často poskytují záruky na účinnost.
Nevýhody: • •
• • • • • • • • •
•
Stále nedořešené problémy u některých použití (např. u skel obsahujících bor). Spotřebovává se amoniak, který je částečně emitován do ovzduší. Mezisložkové vlivy spojené s výrobou amoniaku a ekologické a bezpečnostní problémy spojené s jeho skladováním a manipulací. Systém spotřebovává energii. Musí se instalovat spolu s odlučováním prachu a praním kyselého plynu, je nutná nízká koncentrace prachu a SO2. Relativně vysoké investiční náklady, zvláště u malých zařízení. Velké nároky na prostor. Relativní výhoda nízkých nákladů je snižována vývojem méně nákladných technik. Zůstávají problémy s životností katalyzátoru. Možná interakce mezi katalyzátorem a jinými emisemi (např. SO2). Provozní teplota omezuje možnost regenerace tepla. U rekuperativních pecí může být zapotřebí chlazení plynů. Kvůli požadované minimální provozní teplotě nelze SCR používat s tkaninovými filtry bez opětovného ohřívání odpadního plynu.
Použitelnost V podstatě lze SCR použít u většiny nových a současných procesů ve sklářském průmyslu. Je zde ale řada sporných bodů, které v určitých případech značně omezují použitelnost této techniky. Vysoká množství SO2 v kouřových plynech mohou vést k tvorbě hydrogensíranu amonného, který způsobí „otravu“ katalyzátoru a korozi. Totéž může platit pro plynem otápěné pece s vysokými hladinami síranů. Aby se zabránilo tomuto problému, je třeba teplotu kouřových plynů udržovat nad 330 °C. Jedním z klíčových aspektů nákladů na SCR je životnost katalyzátoru, která může být v případě otravy značně snížena. SCR se používá v energetice k úpravě plynů s vysokými koncentracemi SO2 a problém byl vyřešen použitím účinné techniky odsíření odpadních plynů před jejich vstupem do katalyzátoru. Účinnost odstranění SO2 pračkami plynů obecně používanými ve sklářství není v současnosti pravděpodobně adekvátní pro použití se SCR. Účinnější odstraňování SO2 by podstatně zvýšilo náklady a znesnadnilo by recyklaci sebraného materiálu do pece, čímž by vznikl další tok odpadu. Další informace jsou uvedeny v Oddíle 4.4.3. Jsou však hlášena úspěšná použití SCR na pecích otápěných olejem. To může naznačovat, že používání topného oleje již není limitujícím faktorem pro zavedení SCR, ale tento aspekt je třeba řádně prozkoumat. SCR vyžaduje značný prostor, zejména pokud ještě není nainstalována pračka plynů a filtrační jednotka. U některých stávajících zařízení, kde je omezený prostor, to může podstatně zvýšit náklady na techniku, nebo ji v některých případech učinit finančně nepřístupnou. Dalším důležitým faktorem ovlivňujícím použitelnost SCR je teplota kouřových plynů. Použití SCR v kombinaci s textilními filtry není prakticky možné, protože při nízké provozní teplotě textilního filtru pohybující se mezi 180 a 200 °C bude obvykle potřeba opakované zahřátí spalin. Náklady na opětovné zahřátí plynu na teplotu kolem 400 oC jsou obecně neúnosně vysoké, a navíc toto zahřívání povede ke zvýšení spotřeby energie o 5–10 % v porovnání s energetickými vstupy u sklářské pece. 250
Sklářský průmysl
Kapitola 4
I v případě filtrace pomocí ESP může být rozsah teplot příliš nízký kvůli značným rozdílům výroby (např. výroba velmi tenkého plaveného skla), což by negativně ovlivnilo účinnost systému SCR. SCR rovněž vyžaduje velice nízké koncentrace prachu (nejlépe < 10 mg/m3), a není-li stávající ESP přiměřený, bude nutné jeho vylepšení nebo výměna. Kromě výše uvedených omezení použitelnosti, je prvořadým důvodem nákladnost SCR ve srovnání s jinými technikami. V Oddíle 8.1.7 jsou uvedeny a porovnány náklady spojené s různými technikami pro snižování emisí NOX. V porovnání s primárními opatřeními je SCR relativně nákladnou technikou. Všechny tyto techniky zaznamenaly v minulých letech značný pokrok a u mnoha zařízení, kde se nekontrolované emise pohybovaly pod 2500 mg/Nm3 (tj. tam, kde se nepřidávají dusičnany, nebo jsou potřeba vysoké teploty) nebyla technika SCR ve sklářství obecně považována za nejekonomičtější techniku pro snižování emisí NOX, avšak vývoj cen energií může tuto techniku zatraktivnit v porovnání s ostatními možnostmi (např. chemickou redukcí s použitím paliva nebo některá použití kyslíko-palivového otápění, kde jsou velmi vysoké vstupní koncentrace). V době psaní tohoto dokumentu (2010) probíhají testy na sklářské peci s použitím speciálního typu keramického filtru s vestavěným katalyzátorem (CerCat systém na čištění kouřových plynů), který dokáže odolávat teplotám kolem 400 °C. Tato technika je však považována za nově vznikající, protože proběhl zatím pouze zkušební provoz a nejsou ještě dostupné žádné údaje spojené s použitím této techniky v průmyslových zařízeních v plném rozsahu (viz Oddíl 6.7). Technika SCR se osvědčila u určitých druhů skel obsahujících vysoké úrovně boru (farmaceutické boritokřemičité trubice), ale nikdy se nezkoušela při výrobě skleněné vaty nebo nekonečného vlákna. U těchto procesů se mohou vyskytnout problémy s přítomností těkavých sloučenin boru (zvláště kyseliny borité) v odpadních plynech. Tyto materiály mohou kondenzovat a vytvářet soli nebo kyselé materiály i při 60 oC a při teplotách používaných při SCR budou pravděpodobně přítomny ve významném množství. Tyto látky mohou silně ovlivnit provoz katalyzátoru a nebylo by snadné je odstranit profouknutím. Používání SCR v zařízeních vyrábějících užitkové sklo s vysokým množstvím draslíku ve složení kmene by mohlo být problematické kvůli možnému otrávení katalyzátoru alkalickými složkami. Hospodárnost Náklady na SCR závisí hlavně na velikosti zařízení (na objemu čištěných odpadních plynů) a na požadované účinností snížení emisí NOX. Obecně se má za to, že tato technika vyžaduje vysoké investiční náklady a nepříliš velké provozní náklady. Protože je SCR integrovaným třístupňovým systémem na snižování emisí, náklady na tuto techniku závisí ve značné míře na tom, zda je zahrnuta cena ESP a pračky plynů nebo nikoli. V některých případech lze argumentovat, že bez instalace SCR pec nemusí potřebovat odprašovací zařízení, i když ve většině případů je to nezbytný požadavek. Informace o nákladech není vždy snadné interpretovat a jsou velmi specifické pro každý případ. Informace dostupné v době psaní tohoto dokumentu (2010) jsou shrnuty níže. Údaje o nákladech byly odhadnuty pro různé typy výroby a kapacity pecí na základě metodiky uvedené v Oddíle 8.1. Tyto údaje se zakládají na skutečných nákladech (např. cenové nabídky od dodavatelů) a vypočítaných hodnotách [94, Beerkens – APC Evaluation 2008].
Sklářský průmysl
251
Kapitola 4
Související úrovně emisí použité pro odhad nákladů spojených s používáním SCR na sklářských pecích se pohybují v rozsahu 400–500 mg/Nm3 NOX. Níže uvedené údaje o nákladech nezahrnují investiční a provozní náklady související s požadovanou instalací odsiřovacího a odprašovacího zařízení.
Výroba plaveného skla •
Typické investiční náklady zahrnují katalyzátor, plášť katalyzátoru, ventilátor nebo navýšení kapacity ventilátoru, aby se vyrovnal pokles tlaku (cca 10 mbar), přidání potrubí, skladování roztoku amoniaku, monitoring NOX a bezpečnostní opatření pro přípravu zařízení.
•
Celkové investiční náklady se mohou pohybovat od 1,9 mil. do 3,1 mil. euro v závislosti na velikosti pece (500–900 t/den). Vyšší hodnota se vztahuje k výrobě plaveného skla s kapacitou 900 t/den. Investiční náklady se mohou zařízení od zařízení lišit v závislosti na celkové délce potrubí, objemu kouřových plynů a požadovaných bezpečnostních opatřeních.
•
Provozní náklady jsou tvořeny zejména roztokem amoniaku (nebo močoviny), elektrickou energií, údržbou a katalyzátorem. Uváděné náklady vycházejí ze SCR s jednou vrstvou katalyzátoru a moduly s výškou 1,2–1,4 metry.
•
Na základě počáteční koncentrace NOX cca 1800–2000 mg/Nm3 u plynem otápěných pecí a 1400 mg/Nm3 u olejem otápěných pecí na výrobu plaveného skla se roční provozní náklady u pecí na výrobu plaveného skla pohybují od 331 000 eur (pec s kapacitou 500 t/den) do 450 000 eur (pece s kapacitou 900 t/den). Spotřeba amoniaku a s ní spojené náklady se zvýší u vyšší koncentrace NOX v nekontrolovaných kouřových plynech. Typické dodatečné výrobní náklady u plaveného skla jsou cca 2,5 eura/t utavené skloviny. U menší výrobní kapacity výroby plaveného skla (< 600 t/den) a otápěním zemním plynem mohou být tyto náklady až 3 eura/t skloviny.
•
Měrné náklady na kg snížených emisí NOX spojené s používáním SCR na pecích na výrobu plaveného skla se pohybují kolem 0,7–0,9 eura na kg odstraněného NOX.
Výroba obalového skla •
Typické investiční náklady se mohou pohybovat v rozsahu 840 000 až 1,27 mil. eur v závislosti na velikosti pece. Vyšší hodnota platí pro pec s kapacitou 450 t/den a nižší pro pec s kapacitou cca 200 t/den. Mohou být potřeba dodatečné investice do vylepšení systému čištění odpadních plynů (např. k dosažení nízkých koncentrací částic a SOX).
•
Provozní náklady jsou cca 75 000–80 000 eur u pecí s kapacitou 200 t/den a až 136 000 eur za rok u větších pecí s kapacitou 450 t/den.
•
Měrné náklady na tunu utavené skloviny budou cca 1,75–2,6 eura.
•
Měrné náklady na tunu utavené skloviny jsou nižší v porovnání s pecemi na výrobu plaveného skla díky nižší měrné spotřebě energie a sníženému obsahu kouřových plynů. V závislosti na velikosti pece se dodatečné náklady na výrobu pohybují v rozsahu 1,8 až 2,6 eura na tunu utavené skloviny. Nižší hodnota platí pro větší pece.
•
Měrné náklady na kg snížených emisí NOX jsou vyšší v porovnání s pecemi na výrobu plaveného skla a pohybují se v rozsahu 1,3–1,7 eura na kg odstraněného NOX v závislosti na velikosti pece. Měrné náklady se zvyšují s klesající kapacitou pece.
Výroba užitkového skla Nejsou dostupné žádné údaje o měrných nákladech souvisejících s používáním SCR na zařízeních v odvětví užitkového skla, neboť se zde tato technika v současnosti nepoužívá. Níže uvedené náklady byly získány odvozením z údajů o nákladech souvisejících s používáním SCR v odvětví obalového skla.
252
Sklářský průmysl
Kapitola 4
•
U rekuperativní pece s kapacitou cca 35 t/den vyrábějící stolní sklo by použití SCR znamenalo investiční náklady cca 0,5 mil eur (včetně přípravy místa, zvýšení kapacity ventilátoru a skladování roztoku amoniaku) a provozní náklady až 40 000 eur za rok. Měrné náklady se odhadují na 8 eur na tunu utavené skloviny. Snížení emisí NOX by bylo kolem 20–25 tun NOX ročně s měrnými náklady okolo 4–4,5 eura na kg odstraněného NOX.
•
U větších regenerativních pecí na výrobu stolního skla by investiční náklady byly kolem 750 000 až 800 000 eur a provozní náklady tvoří 80 000 eur za rok s měrnými náklady téměř 5 eur za tunu utavené skloviny a 1,4 eura na kg snížených emisí NOX.
Obecně přidání dodatečné vrstvy katalytického modulu zvýší náklady na použití SCR cca o 0,6 až 0,8 eura na tunu utavené skloviny a vede k dalšímu snížení emisí zhruba o 100 mg NOX/Nm3. Související dodatečné náklady se budou pohybovat kolem 2,2 eura za každý kg snížených emisí NOX včetně dodatečných nákladů na katalyzátor a elektřinu na zvýšení kapacity ventilátoru. Souhrn typických nákladů (investiční, provozní a měrné náklady na tunu utavené skloviny a na kg snížených emisí NOX) u množství pecí na výrobu plaveného a obalového skla a odhadované náklady hypotetického použití SCR u pecí na výrobu užitkového skla jsou uvedeny v Tabulce 8.8 v Oddíle 8.1.7. Několik příkladů skutečných nákladů spojených s používáním techniky SCR (ve spojení s ESP a suchým čištěním) je uvedeno v Tabulce 4.23 pro zařízení na výrobu obalového, plochého a speciálního skla. Tabulka 4.23:
Údaje o nákladech spojených s používáním techniky SCR u vzorových zařízení vyrábějících obalové, ploché, a speciální sklo
Palivo Celková výrobní kapacita Související úrovně emisí (AEL) Systém řízení emisí
Obalové sklo (1)
Ploché sklo
Speciální sklo (1)
Zemní plyn
Zemní plyn
Zemní plyn / lehký topný olej
640 t/den
600 t/den
220 t/den
3
3
456 mg/Nm 0,97 kg/t skloviny
700 mg/Nm 1,12 kg/t skloviny
950 mg/Nm3 6,05 kg/t skloviny
SCR + ESP + suché čištění s Ca(OH)2
SCR + ESP + suché čištění s Ca(OH)2
SCR + ESP + suché čištění s Ca(OH)2
2,35 mil. eur
Není k dispozici
1,5 mil. eur
3,95 mil. eur
Není k dispozici
2,8 mil. eur
6,3 mil. eur 13 let
5,0 mil. eur Není k dispozici
4,3 mil. eur 10 let
312 550 eur/rok + 525 350 eur/rok
Není k dispozici
199 500 eur/rok + 372 400 eur/rok
2,00 eura/t skloviny
Není k dispozici
9,34 eur/t skloviny
106 000 eur/rok
Není k dispozici
Není k dispozici
5,61 eur/t skloviny
4,5 eura/t skloviny
19,77 eur/t skloviny
Související náklady (2) Investiční náklady na SCR včetně skladování amoniaku Investiční náklady na ESP + suché čištění Celkové investiční náklady Doba amortizace Roční náklady na amortizaci SCR + ESP a suchého čištění Měrné investiční náklady na katalyzátor Náklady na dodávky amoniaku Měrné investiční náklady na systém kontroly emisí
(1) Náklady zahrnují příslušenství, ventilátor, potrubí, skladování amoniaku atd. (2) Údaje o nákladech se vztahují k roku zavedení kontrolního systému na znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [84, Italy-Report 2007]
Sklářský průmysl
253
Kapitola 4
Hnací síla zavádění techniky Hlavní hnací silou je dodržet zákonem stanovené limity emisí. Vzorová zařízení Tabulka 4.24 ukazuje seznam zařízení používajících techniku SCR se souhrnem provozních parametrů. Tabulka 4.24:
Zařízení používající techniku SCR a provozní parametry Objem plynu Nm3/hod
Vstup mg/Nm3
Výstup mg/Nm3
Snížení emisí (%)
NH3 mg/Nm3
Schott-Rohrglas, Mitterteich, Německo (speciální sklo)
60 000
5000
1500
70
< 20
Euroglas SA, Hombourg, Francie (plavené sklo)
55 000
2000
500
75
<5
AGC Flat Glass Europe, Cuneo, Itálie (plavené sklo)
70 000
2400
700
71
< 30
Ardagh, Bad Münder, Německo (obalové sklo)
60 000
1300
< 460
>65
19,5
Quinn glass, Ince, Velká Británie (obalové sklo)
50 000
1100
< 500
55
< 30
Název a umístění zařízení
V roce 2007 bylo v odvětví plochého skla v provozu sedm zařízení využívajících techniku SCR, včetně následujících zařízení: • • • • • • •
Euroglas SA, Hombourg, Francie (plavené sklo) Euroglas SA, G.Osterweddingen, Německo (plavené sklo) AGC Flat Glass Europe, Cuneo, Itálie (plavené sklo) AGC Flat Glass Europe, Roux, Belgie (ploché sklo) Interpane Vitrage Francie S.à.r.l. Seingbouse (plavené sklo), provoz SCR zahájen v r. 2007 AGC Flat Glass, Boussois, Francie Pro období 2008–2009 bylo plánováno několik dalších použití.
Referenční literatura [33, Beerkens 1999] [47, ANFFECC 1999] [7, Ind.duVerre 1996] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [64, FEVE 2007] [88, FEVE Proposal Ch.4-NOx 2007] [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [84, Italy-ENEA Report 2007] [Schmalhorst, E.; Ernas, T.; Jeschke, R.: Experience with an SCR DeNOx plant for container glass furnaces. Glastech. Ber. Glass Sci. Technol. 70 (1997) no. 11 pp. 354-358]
4.4.2.8 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) Popis Při selektivní nekatalytické redukci (SNCR) také známé jako tepelný DeNOX se oxidy dusíku v kouřových plynech redukují na dusík reakcí s amoniakem nebo močovinou za vysoké teploty. Ve sklářství se používá zejména amoniak a vodný roztok amoniaku (obvykle vodný roztok 25 % hmotnosti) a v některých případech se využívá močovina. Chemické reakce jsou stejné jako u postupu SCR popsaném v Oddíle 4.4.2.7, ale tyto reakce probíhají za vyšších teplot bez potřeby katalyzátoru. Provozní teplota se pohybuje v rozmezí 900–1050 °C, ale optimální teplota pro použití amoniaku je 950 °C a pro močovinu 1000 °C.
254
Sklářský průmysl
Kapitola 4
U některých použití se navrhovalo, že přidání vodíku do odpadních plynů by umožnilo reakce při nižších teplotách, ale toto použití není ve sklářském průmyslu uváděno. Amoniak se při SNCR vstřikuje blíže k peci, než u SCR a obvykle obsahuje nosný plyn. Účinnost techniky závisí na řadě faktorů, z nichž hlavními jsou: •
teplota
•
počáteční koncentrace NOX
•
stejnoměrné mísení reakčního činidla a odpadních plynů
•
poměr čpavku k NOX a
•
reakční doba (jsou potřeba 1–2 sekundy) v teplotním rozsahu 900–1050 °C.
Je zvláště důležité zajistit správný teplotní rozsah, neboť vstřikování NH3 při teplotách nižších než 900 °C vede k průniku amoniaku a k nižší účinnosti, a při teplotách nad 1050 °C se může tvořit další NOX. Je také důležité zajistit, aby bylo reakční činidlo v odpadních plynech rovnoměrně rozděleno. Pro dosažení správné teploty je důležité umístění vstřikovače amoniaku, ale zóna se správnou teplotou může být nepřístupná nebo se může změnit vlivem provozních podmínek (např. změnou zatížení). Tato změna umístění zóny se správnou teplotou může být vyřešena instalací dalších vstřikovačů amoniaku, ale to zvýší investiční náklady a bude záviset na přístupnosti dané zóny. Rovnoměrného rozdělení lze dosáhnout dobrým designem potrubí a eventuálním použitím přepážek nebo jiných usměrňovacích prostředků. Tato technika trpí některými stejnými potenciálními provozními problémy jako SCR, tj. průnikem amoniaku, tvorbou N2O (vyšší při používání močoviny) a tvorbou hydrogensíranu amonného. Vznik hydrogensíranu amonného může být větší než u SCR, protože provozní teplota vyžaduje vstřikování před jakýmkoli filtračním nebo čisticím systémem. Není zde přítomen katalyzátor, ale hydrogensíran amonný může způsobit problémy se spékáním. Kvůli obtížně dosažitelnému rovnoměrnému smíchávání reakčního činidla a kouřových plynů v požadovaném teplotním rozsahu je používání techniky SNCR na regenerativních pecích značně omezeno. Dosažené přínosy pro životní prostředí Běžně se u SNCR uvádí účinnost snižováni NOX v rozmezí 40–70 %, i když u některých zařízení mimo sklářský průmysl byly uváděny hodnoty vyšší než 80 %. Hlavním ovlivňujícím faktorem bude míra, do které lze optimalizovat faktory související s účinností. U moderních dobře řízených procesů, kde lze dosáhnout optimálních podmínek, je možné snížení o 50–75 %.
Mezisložkové vlivy Emise amoniaku jsou jednou z hlavních starostí a mohou být také limitujícím faktorem této techniky. Kromě zákonných požadavků na přepravu a skladování amoniaku, jsou potřeba bezpečnostní opatření zabraňující úniku amoniaku a expozici fugitivním emisím NH3 během skladování a před vstřikováním do proudu kouřových plynů. Tyto bezpečnostní problémy mají rovněž ekonomický dopad. Rovněž je třeba zvážit nepřímé emise spojené s výrobou spotřebované elektrické energie (stlačený vzduch, výroba amoniaku). Spotřeba energie při používání SNCR činí kolem 1700 kWh/t snížených emisí NOX a na výrobu amoniaku se spotřebuje odhadem 10 kWh/kg NH3. Příspěvek nepřímých emisí (především CO2) z výroby elektrické energie je velmi nízký v porovnání s emisemi ze sklářské pece – méně než 0,35 % celkových emisí.
Sklářský průmysl
255
Kapitola 4
Provozní údaje Konečná koncentrace emisí bude záviset na počáteční koncentraci NOX, a tak budou nejlepší výsledky dosaženy tam, kde se technika kombinuje s primárními opatřeními na snížení emisí. V tomto případě ale je třeba vzít v potaz celkové náklady a mezisložkové vlivy, především na tunu snížených emisí NOX. Například počáteční koncentraci 1100 mg/m3 lze podle podmínek procesu snížit na 275 až 770 mg/Nm3. Vysokou počáteční koncentraci 4000 mg/m3 je možné snížit na 1000 až 2800 mg/Nm3. Typické provozní údaje spojené s používáním SNCR na tavicí peci jsou uvedeny dále. U SNCR s použitím roztoku amoniaku: •
průnik amoniaku: < 10 mg/Nm3
•
spotřeba amoniaku: obvykle je u výroby sodnovápenatého skla na kg odstraněného NOX (počítaného jako NO2) potřeba cca 0,75 kg NH3, za předpokladu 50% účinnosti odstraňování s výslednými emisemi pohybujícími se od 0,5 do 1 kg NOX/t utavené skloviny.
U SNCR s použitím močoviny: •
průnik amoniaku: 3 mg/Nm3
•
spotřeba močoviny: obvykle 1,4 kg močoviny na kg odstraněného NOX (počítaného jako NO2), za předpokladu 40% účinnosti odlučování s výslednými emisemi 2,6 kg/t skloviny (speciální obrazovkové sklo s dusičnany v kmeni).
Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním techniky SNCR je uveden v Tabulce 4.25. Tabulka 4.25:
Hlavní výhody a nevýhody techniky SNCR
Výhody:
• • • •
Při správných podmínkách může dosahovat dobré účinnosti snížení NOX. Nízké investiční náklady v porovnání s alternativami. Není nutný katalyzátor. Nízké energetické požadavky.
Nevýhody:
• • • • •
Nezbytně důležité je vstřikování čpavku ve správném teplotním rozmezí, ale někdy je to obtížné nebo neproveditelné (zvláště u regenerativních pecí). Mimo rozsah provozních teplot může dojít k emisím NH3 nebo zvýšení emisí NOX. Stejnoměrné mísení je rovněž důležité a může být obtížné ho docílit. Spotřebovává se a emituje amoniak, manipulace s ním představuje ekologické a bezpečnostní problémy. Starosti s možným poškozením žáromateriálu v regenerátoru.
Použitelnost V podstatě je tato technika použitelná na všech sklářských procesech včetně nových i stávajících zařízení. SNCR má nižší investiční náklady a potřebuje méně prostoru než SCR, což je zajímavé u procesů, kde je omezený prostor. Tuto techniku lze také provozovat bez zařízení na čištění plynu a odlučování prachu. Jestliže existují správné provozní podmínky, je snazší dodatečně vybavit zařízení technikou SNCR než SCR. Tato technika je však spojena s některými faktory, které omezují její použitelnost ve sklářství. Nejdůležitějším faktorem je otázka, zda je chemické činidlo zaváděno v takovém bodě systému odpadních plynů, kde lze po odpovídající reakční dobu zachovat správnou teplotu. To je zvláště důležité na stávajících zařízeních a u regenerativních pecí.
256
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Na stávajících zařízeních může být do místa, kde je správná teplota, nesnadný přístup nebo může být v oblasti, kde proudění plynů znesnadňuje jejich dobré promíchání s činidlem. V mnoha případech lze tyto problémy překonat nebo zmírnit, ale může to podstatně zvýšit náklady a ohrozit účinnost snižování NOX. V regenerativních pecích správný teplotní rozsah obvykle nastává v regenerátorech, což zásadně znesnadňuje účinné vstřikování amoniaku. Tento problém lze zvládnout použitím dělených regenerátorů a vstřikováním amoniaku do spojovacího kanálu. Dělené regenerátory lze začlenit do návrhu nové pece, ale u stávajících procesů znamená dělení regenerátorů značné náklady a může se provést jen při přestavbě. I v případě použití dělených regenerátorů je obtížné zachovat teplotní rozsah pro SNCR kvůli přehazování plamenů mezi komorami, které způsobuje cyklické změny teploty a změny výkonu pece. Kvůli problémům uvedeným výše je techniku SNCR obecně snazší zavádět u rekuperativních pecí než u pecí regenerativních. V praxi se SNCR nebude pravděpodobně používat na stávajících regenerativních pecích, náklady a související problémy obvykle přimějí provozovatele zvolit alternativní způsoby snížení emisí NOX. Na menších rekuperativních pecích jsou relativní náklady na SNCR velmi vysoké a v mnoha případech toto odvětví pravděpodobně dá přednost jiným ekonomičtějším opatřením, i když to bude záviset na požadovaném výkonu. V Evropě je v době psaní tohoto dokumentu (2010) technika SNCR používána v odvětví speciálního skla. Zařízení v odvětví obalového skla (Německo) a plochého skla (USA), na kterých byla technika dříve používána, již nejsou v provozu. Hospodárnost Odhadované náklady spojené s používáním SNCR u rozdílných velikostí pecí jsou uvedeny níže. Tento výpočet je založen na předpokládaných dosažitelných úrovních emisí mezi 450 a 500 mg/Nm3 NOX.
Výroba obalového skla Typické investiční náklady u rekuperativních pecí s kapacitami mezi 200–350 t/den se pohybují v rozmezí 680 000–900 000 eur. Provozní náklady byly stanoveny na 74 000 eur za rok u rekuperativní pece s kapacitou 200 t/den a až 97 000 eur za rok u větších pecí s kapacitou 350 t/rok. Měrné náklady se pohybují v rozmezí 1,9–2,3 eury za tunu skloviny, přičemž vyšší hodnota se vztahuje na menší pece (200 t/den). Náklady na kg odstraněného NOX činí 2,1–2,5 eura, což jsou vyšší hodnoty než při použití SCR a jsou způsobeny horší konverzní účinností amoniaku v procesu SNCR. Výroba speciálního skla U použití SNCR na kyslíko-palivových pecích používajících dusičnany v kmeni se měrné náklady odhadují na 3–4 eura na tunu skloviny a 1 euro na kg snížených emisí NOX. Relativně nízké náklady na tunu snížených emisí NOX jsou způsobeny vysokými počátečními úrovněmi koncentrací v kouřových plynech z kyslíko-palivových pecí. Nekonečná skleněná vlákna V tomto odvětví není známé žádné použití techniky SNCR. Odhadované náklady na potenciální instalaci na peci s kapacitou 100 t/den představují investici 600 000–625 000 eur s provozními náklady 65 000–70 000 eur za rok. Používání SNCR by zvýšilo měrné náklady na výrobu o 4– 4,25 eura na tunu skloviny. Porovnání údajů techniky SNCR s ostatními dostupnými technikami odstraňování emisí NOX je uvedeno v Oddíle 8.1.7. Hnací síla zavádění techniky Hnací silou zavádění této techniky jsou nižší náklady a menší nároky na prostor oproti technice SCR.
Sklářský průmysl
257
Kapitola 4
Vzorová zařízení • Schott Glas AG, Mainz, Německo, používá se na pěti kyslíko-palivových pecích (speciální sklo). •
Osram, Augsburg, Německo (speciální sklo, osvětlovací sklo).
Referenční literatura [33, Beerkens 1999] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007 ] [Lubitz G: Langzeiterfahrungen mit dem SNCR-DeNOx-Prozess an einer rekuperativ beheizten Behälterglaswanne – Vortrag v. d. Fachausschuss VI d. DGG (Umweltschutz) am 10. März 2004 in Würzburg].
4.4.3 Oxidy síry (SOX)
[89, EURIMA Suggestions 2007] Pojem oxidy síry (SOX) zahrnuje oxid siřičitý (SO2) a oxid sírový (SO3) vyjádřené jako ekvivalent SO2. Oxid siřičitý je ve sklářském průmyslu nejčastějším oxidem síry a většina z následující diskuze se týká právě jeho. Při teplotách nižších než 200 °C, se SO3 obvykle vyskytuje ve formě kyselé mlhy nebo páry. Pojem SOX proto zahrnuje i kyselinu sírovou (H2SO4), protože ta je produktem kondenzace SO3. Dvěma hlavními zdroji emisí oxidů síry jsou oxidace síry v palivech a rozklad/oxidace sirných sloučenin v surovinách. Zadržování sloučenin síry ve skle je obvykle malé (< 0,35 % jako SO3 ve většině průmyslových skel) a obecně je většina síry vstupující do pece emitována do ovzduší jako SOX. Určitá část SOX v proudu odpadních plynů reaguje s dalšími složkami a vytváří sírany, které kondenzují ve formě prachu. Množství síranu v prachu se mění podle typu skla, ale u sodnovápenatých skel je to kolem 80–95 % a většinou je tvořen síranem sodným. Tato otázka je podrobněji diskutována v Oddíle 4.4.1. V elektricky otápěných pecích jsou emise SOX velice nízké a vznikají pouze z rozkladu surovin. V kupolových pecích na výrobu kamenné vaty je celkově redukční atmosféra a síra ze surovin a paliva emitována hlavně ve formě SOX a sirovodíku (H2S). Na zařízeních v EU se tyto odpadní plyny obvykle upravují systémem dodatečného spalování, kde se H2S oxiduje na SO2. V některých odvětvích (např. vysokoteplotní izolační vata, frity) emise oxidů síry (SOX) souvisejí výlučně s nečistotami v surovinách a nepřímo s recyklací prachu z filtrů používaných k odlučování prachu [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005].
4.4.3.1
Výběr paliva
Popis U procesů využívajících otápění olejem je hlavním zdrojem SOX oxidace síry v palivu. Množství SOX pocházející ze surovin se mění v závislosti na typu skla, ale obecně lze říci, že tam, kde se spaluje topný olej, převažují emise SOX z paliva nad emisemi ze surovin. Hlavním způsobem, jak snížit emise SOX, je tedy snížení obsahu síry v palivu. Dosažené přínosy pro životní prostředí Obsah síry v topném oleji se řídí Směrnicí Rady 1999/32/ES, která stanovuje limit 1 % s možnými odchylkami za určitých okolností. K dispozici jsou dva druhy oleje s rozdílným obsahem síry: s méně než 1 % síry a s méně než 0,3 % síry. Zemní plyn v zásadě neobsahuje síru.
258
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.26 ukazuje typické rozsahy emisí SOX z pecí na výrobu sodnovápenatého skla otápěných topným olejem a zemním plynem bez použití sekundárních opatření pro snížení emisí SOX. Tyto údaje jsou pouze informativní a skutečné úrovně se mohou značně odlišovat (viz Tabulka 3.15 v Oddíle 3.3.2.2). Tabulka 4.26:
Orientační rozsahy emisí SOX z pecí na výrobu sodnovápenatého skla otápěných různými palivy Palivo
SOX (vyjádřené jako SO2) v mg/Nm3
Zemní plyn Topný olej s 1 % síry
300–1000 1200–1800
Mezisložkové vlivy Obecná zkušenost v odvětví je ta, že přechod na zemní plyn zvýší emise NOX o cca 25–40 %, ačkoli s přibývajícími zkušenostmi se rozdíl vyrovnává. Tato otázka je diskutována podrobněji v Oddíle 4.4.2.1 (Výběr paliva). Používání zemního plynu je spojeno s nižšími měrnými emisemi CO2 v porovnání s topným olejem, ale měrná spotřeba energie na tunu utavené skloviny se může zvýšit kvůli nižší sálavosti/svítivosti plamene, rozdílnému objemu kouřových plynů a tepelné kapacity. Topný olej je třeba před jeho přivedením do hořáků zahřát na 110–120 °C, což vyžaduje další spotřebu energie nebo využívání regenerovaného tepla. Přechod na palivo s nižším obsahem síry obecně vede ke zvýšeným nákladům kvůli vyšší ceně paliva. Nelze-li však prach z odsiřovačů kouřových plynů recyklovat zpět do pece, dá se očekávat snížení nákladů díky nižšímu množství prachu, který bude uložen na skládce.
Provozní údaje Nejsou hlášeny žádné provozní údaje. Použitelnost V odvětví se ve značné míře používá zemní plyn. Například téměř všechny pece na skleněnou vatu otápěné fosilními palivy, většina pecí na nekonečné skleněné vlákno a kolem 50 % všech pecí na výrobu obalového skla používá jako palivo zemní plyn. Přechod na otápění plynem vyžaduje odlišné hořáky, systém přívodu plynu k hořákům a úpravu hořákových vletů. Úplný přechod na otápění zemním plynem není u současných pecí vždy možný, kvůli možným problémům s kvalitou skla a životností pece. V takových případech lze použít smíšené otápění. Rostoucí počet pecí je vybavován systémy umožňujícími spalování obou druhů paliva. Hlavním ovlivňujícím faktorem je však rozdíl mezi cenou plynu a topného oleje. Výběr paliva může být rovněž ovlivněn rozdílnými strategiemi a energetickými politikami členských států a geografickou dostupností zemního plynu a topného oleje [157, European Commission – Green Paper 2000]. Hospodárnost Jak již bylo uvedeno, hospodárnost spojená s výběrem paliva je specifická pro každou zemi a kvůli potenciální nedostupnosti některých paliv není obecné hodnocení nákladů smysluplné.
Sklářský průmysl
259
Kapitola 4
Kupolové pece s předehřátým vzduchem na výrobu kamenné vaty jsou otápěny koksem. Kolísání obsahu síry v koksu používaném v odvětví je velmi nízké (0,6 až 0,9%) a závisí na zdroji. SO2 z koksu obvykle představuje 30–70 % celkových emisí v závislosti na používání vysokopecní strusky nebo cementem pojeného odpadu. Doprava koksu s nízkým obsahem síry může být nákladná, pokud není zařízení umístěno v blízkosti vhodného zdroje, a snížení emisí pravděpodobně nebude úměrné ceně. V odvětví se nepoužívají alternativní paliva s vysokým obsahem síry, jako je např. ropný koks, a v mnoha případech bude obsah síry v koksu snížen co nejhospodárněji. Hnací síla zavádění techniky Specifické místní ekologické podmínky a následné přísné limitní úrovně pro emise SOX mohou být hnací silou pro přechod z paliva s nízkým obsahem síry na palivo neobsahující síru. Vzorová zařízení Nejsou uvedeny.
Referenční literatura [88, FEVE Proposal Ch.4-NOX2007].
4.4.3.2 Složení kmene Popis Při konvenční výrobě skla jsou sírany hlavním zdrojem emisí SOX ze surovin. Sírany jsou nejpoužívanějšími čeřidly a jsou to rovněž důležitá oxidační činidla. Nejběžnějším síranem je síran sodný, který při tavení disociuje na plynný SO2, O2 a Na2O, který se začleňuje do skla. Také se hojně používá síran draselný a vápenatý. U většiny moderních sklářských pecí se množství síranů v kmeni snížilo na minimální možné úrovně, které se mění podle typu skla. Jak již bylo řečeno v Oddíle 4.4.3, zadržování sloučenin síry ve skle je obvykle nízké a může se značně měnit podle typů vyráběného skla. Přeměna pece ze vzducho-palivového otápění na kyslíko-palivové může vést ke snížení zadržování síranů v tavenině. V takových případech může být nutná úprava složení kmene, aby bylo dosaženo správného množství čeřidla pro tavicí proces. Problémy okolo snížení množství síranů v kmeni jsou diskutovány v Oddíle 4.4.1.1 a problémy související s recyklací prachu z filtrů a ESP jsou diskutovány v Oddíle 4.4.3.3. Typické emise související s čeřicími a oxidačními činidly jsou 200–800 mg/Nm3 a 0,2–1,8 kg/t utavené skloviny. Při výrobě kamenné vaty jsou významnými zdroji emisí SO2 (kromě koksu) vysokopecní struska a cementem pojené brikety ve kmeni. Struska obvykle obsahuje 0,6–1,5 % hmot. síry a většina této síry se bude uvolňovat jako H2S a SO2. Jestliže se používá přídavné spalování, pak se emise H2S z velké části oxidují na SO2. Možností nákupu strusky s nižším obsahem síry je málo a zařízení jsou obvykle limitována existencí jen velice omezené řady dodavatelů ve vzdálenosti, na kterou je doprava ekonomická. Procentní obsah strusky ve kmeni se mění od téměř 100 % u struskové vaty po nulu v mnoha zařízeních na výrobu normální kamenné vaty. Ve většině případů, kde se používá struska, tvoří tato kolem 30 % celkového kmene (vyjma koksu). Jediný případ, kdy je její použití nezbytné kvůli produktu, je výroba bílých vláken pro takové aplikace, jako jsou stříkaná vlákna a stropní desky. Tyto případy představují jen malé procento celkové výroby odvětví a některá zařízení mohou vyrábět jenom tyto produkty. U zařízení používajících kolem 30 % strusky ve kmeni jsou neupravované emise SO2 2–3krát vyšší než u kmene bez strusky. Odhaduje se, že v době psaní tohoto dokumentu (2010) používalo vysokopecní strusku přibližně 10 % evropských zařízení na výrobu kamenné vaty.
260
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Příznivé ovlivnění emisí SO2 vyloučením strusky je očividné. Použití strusky však může zejména v odvětví výroby minerální vlny přinést i řadu výhod, které jsou shrnuty dále: •
Nižší spotřeba energie a snížené emise CO2 v důsledku částečné náhrady vápence struskou. Spotřeba energie a emise CO2 jsou při používání strusky obvykle o 5–15 % nižší než při použití čediče a vápence.
•
V závislosti na nahrazované surovině kmen může obsahovat méně železa, což snižuje četnost odpichů a může zlepšit výtěžnost. Je zde rovněž méně přerušení výroby a mírné snížení objemu pevného odpadu.
•
V některých případech se struska používá ke zlepšení rozvlákňovací schopnosti taveniny, což může zlepšit účinnost procesu a snížit množství odpadu díky snížení počtu zmetků.
•
Vysokopecní struska je odpadový materiál, který by se musel uložit na skládku, pokud by nebyl využit. Kromě toho nahrazuje přírodní surovinu a snižuje potřebu těžených materiálů.
•
Struska je také obecně levnější než materiály, které nahrazuje.
Dosažené přínosy pro životní prostředí Obecně má minimalizace/optimalizace surovin obsahujících síru ve složení kmene účinek nejen na emise SOX, ale také na tvorbu prachu. Recyklace prachu z filtrů může do určité míry nahradit přidávání síranů do kmene jako čeřicích/oxidačních činidel, a tak snížit používání těchto primárních surovin. Optimalizace množství síranů používaných v kmeni může vést ke snížení toku pevných odpadů vytvořených v navazujícím systému na snižování emisí SOX. Je možné, že většiny z výše popsaných výhod by bylo možné dosáhnout také větším používáním recyklovaných odpadů z procesů. V některých případech může být vhodné místní zhodnocení dopadu použití strusky na znečištění životního prostředí jako celku. Při celkovém kvalitativním hodnocení však výhody použití strusky pravděpodobně nepřeváží vzniklé emise. Je-li použití strusky nutné pro barvu výrobku, může se její použití minimalizovat používáním recyklovaného odpadu z výroby. Jsou-li použita sekundární opatření na snížení emisí SOX, může se ekologická rovnováha použití strusky změnit.
Mezisložkové vlivy Obecně není minimalizace/řízení obsahu síry v kmeni spojena s mezisložkovými vlivy. Přílišné snížení množství síry by však přineslo problémy s kvalitou konečného skleněného výrobku. Jako příklad lze uvést, že některé tmavé barvy u obalového skla používané jako garance kvality výrobku musí mít konkrétní složení kmene, které obsahuje síru (např. lahve na víno). Nahrazení sloučenin síry jinými materiály poskytujícími stejný čeřicí účinek může být obtížné kvůli vyššímu ekologickému dopadu alternativních surovin. Recyklace prachu z filtrů do kmene může vést ke zvýšení emisí SOX, protože tento prach se skládá zejména ze síranů.
Provozní údaje Nejsou hlášeny žádné další údaje. Použitelnost Není uváděna. Hospodárnost Není uváděna.
Sklářský průmysl
261
Kapitola 4
Hnací síla zavádění techniky Snížení nákladů na složení kmene společně s minimalizací počátečních úrovní emisí SOX může být hnací silou zavádění této techniky. Vzorová zařízení Nejsou uvedeny.
Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007] [30, Infomil 1998] [27, EURIMA 1998].
4.4.3.3 Suché nebo polosuché čištění Popis Principy reakcí u suchého a polosuchého čištění jsou stejné. Reaktivní materiál (absorbent) se zavádí do proudu odpadních plynů a rozptýlí se v něm. Tento materiál reaguje se sloučeninami SOX a vytváří pevnou látku, která se musí z proudu odpadních plynů odstranit elektrostatickým odlučovačem nebo tkaninovým filtrem. Absorpční činidla používaná k odstranění SOX jsou rovněž účinná při odstraňování ostatních kyselých plynů, zejména halogenidů (HCl a HF), ale i ostatních těkavých látek, jako např. selen, kyselina boritá atd. U některých použití se absorbent vstřikuje přímo do potrubí vedoucího odpadní plyny, ale tato technika je podstatně účinnější při použití reakčních věží (suchý proces) nebo reakčních komor (polosuchý proces). U suchého procesu je absorbentem suchý prášek (obvykle Ca(OH)2, NaHCO3 nebo Na2CO3), do kterého se může přidávat vzduch, aby se podpořilo rozptýlení. U polosuchého procesu se absorbent (obvykle Na2CO3, CaO nebo Ca(OH)2) přidává jako suspenze nebo roztok a odpařováním vody se ochlazuje proud plynu. U jiných průmyslových použití se výše popsaný polosuchý proces rovněž označuje jako polomokrý, ale v tomto dokumentu se bude používat výlučně pojem „polosuchý“, protože se jedná o pojem obvyklý ve sklářství. Suchý proces je ve sklářství častější než polosuchý. Obecně míra snížení emisí silně závisí na níže uvedených parametrech: •
Typ čisticího zařízení – design čisticího zařízení může ovlivňovat kontakt mezi plynnou fází a absorpčním činidlem a reakční dobu.
•
Složení kouřových plynů – znečišťující látky ve spalinách různě reagují s různými absorbenty a dochází ke konkurenčním reakcím mezi různými typy látek, zejména pokud je zde relativně nízký poměr reaktantu a kyselých plynů.
•
Teplota kouřových plynů – ideální teplota by měla být co nejblíže bodu kondenzace kouřových plynů (pod 180 °C) nebo značně vyšší (okolo 400 °C). Rozsah teplot mezi 180–350 °C není vhodný pro suchou absorpci SO2 hašeným vápnem. Je třeba mít na paměti, že teploty kouřových plynů převyšující 350 °C jsou rovněž potřeba pro správné fungování SCR jednotky (podrobnosti viz Oddíl 4.4.2.7).
•
Vlhkost kouřových plynů.
•
Molární poměr mezi absorpčním činidlem a kyselými plyny – obvykle je nezbytné mít vyšší než stechiometrický poměr absorbentu. Měrné množství absorpčního činidla je často vyjádřeno molárním poměrem, který lze definovat dvěma způsoby:
•
MP1 = molární poměr absorpčního činidla oproti odloučenému SOX
•
MP2 = molární poměr absorpčního činidla oproti celkovému vstupu SOX.
•
Filtrační systém – jak suchý, tak polosuchý proces lze používat ve spojení s elektrostatickými odlučovači, ale při použití s tkaninovými filtry je potřeba chladit odpadní plyny. Nejčastěji používanou metodou čištění ve sklářství je suchý proces ve spojení s ESP používající jako absorbent Ca(OH)2. Je to proto, že Ca(OH)2 dosahuje relativně dobré míry snižování emisí při teplotě 400 °C, kterou lze u odpadních plynů snadno dosáhnout bez chlazení a která se pohybuje v rozsahu provozních teplot ESP. Je však třeba poznamenat, že u systému tkaninových filtrů může být činidlo
262
Sklářský průmysl
Kapitola 4
vstřikováno přímo do proudu odpadních plynů před vstupem to výměníku tepla. Tento způsob umožňuje reakci při teplotách 350–400 °C stejně jako ESP. Ideální reakční teplota by byla okolo 400 °C, ale v praxi jsou kvůli provozním omezením častější teploty v rozsahu 300–350 °C. Tam, kde se používají textilní filtry, se teplota snižuje pod 200 oC. Ochlazení lze provést tepelným výměníkem nebo vzduchem a v polosuchém procesu je rovněž podpořeno vypařováním vody. Při používání tkaninových filtrů se ukládáním absorpčního činidla na tkanině vytvoří filtrační koláč, který způsobuje zvýšený pokles tlaku a obyčejně zlepšuje absorpci kyselých plynů. •
Typ činidla – nejčastěji používanými čisticími činidly jsou ve sklářském průmyslu: hašené vápno (Ca(OH)2), uhličitan sodný (Na2CO3), hydrogenuhličitan sodný (NaHCO3) a méně často i hydroxid sodný (NaOH) a vápenec (CaCO3). Chemické složení činidla je důležitým faktorem určujícím možnost recyklace pevných látek zpět do pece. Měrný specifický povrch činidla vyjádřený jako BET (m2/g) je určujícím faktorem pro dosažení dobré reakční rychlosti. Činidla jsou obvykle vstřikována jako jemný prášek s měrným specifickým povrchem až 40 m2/g.
Přímé předehřívání kmene představuje další možnost „suchého čištění“ kyselých plynů. V tomto případě funkci absorpčních činidel vykonávají alkalické sloučeniny obsažené v kmeni. Používání této techniky je probíráno v Oddíle 4.8.5. Dosažené přínosy pro životní prostředí Většina instalovaných systémů na odstraňování SOX pracuje za sucha s vápencem při teplotách mezi 300 a 400 oC, což je teplota odpadních plynů na výstupu z účinné pece regenerativního typu. Při těchto teplotách je s použitím suchého vápence a nadstechiometrického poměru Ca(OH)2/SO2 obecně dosahováno okolo 30–40 % snížení emisí SOX. S použitím hydrogenuhličitanu sodného nebo roztoku uhličitanu sodného lze dosáhnout lepší účinnosti snižování emisí SOX okolo 60 % nebo vyšší v závislosti na množství činidla. Srovnatelné nebo lepší míry snížení emisí SOX lze docílit při teplotách kolem 200 oC a ve vlhkém prostředí. Toho lze dosáhnout vstřikováním absorpčního činidla rozpuštěného ve vodě ve spojení s tkaninovými filtry. Tato polosuchá technologie však snižuje teplotu odpadních plynů na úroveň, která není obecně kompatibilní se sekundární regenerací tepla nebo s navazujícími procesy, které vyžadují vyšší teploty (např. SCR nebo předehřívání střepů). V těchto případech lze také uvažovat o konvenčním (neboli „pravém“) polosuchém procesu, i když s touto technikou jsou ve sklářství malé zkušenosti. Proto je před použitím odsíření nutný integrovaný rozbor zahrnující zvážení všech vlivů, vedlejších účinků, nákladů a priorit (např. politika týkající se kyselých látek, energetická politika, odpadová politika atd.). Je třeba uvést, že vysoké stechiometrické poměry absorbentu síry vyvolávají zvýšené zatížení navazujícího zařízení na snižování emisí prachu. V praxi musí být omezené zdokonalení absorpce v rovnováze s technologickými požadavky a dodatečnými náklady na zvýšenou kapacitu odlučovače. Proces čištění lze rovněž účinně použít proti jiným kyselým složkám jako HCl a HF s rozdílnými účinnostmi snižováni jejich emisí. Typické účinnosti při odstraňování těchto látek, které jsou ve vztahu s typem činidla a provozními podmínkami, jsou uvedeny níže v oddíle „Provozní údaje“. Tyto techniky jsou účinné při odstraňování některých dalších znečišťujících látek, např. sloučenin selenu a kyselých sloučenin boru, jako HBO2 a H3BO3, ale o účinnostech snižování těchto emisí je k dispozici jen málo informací. Například u pece na výrobu plochého skla vyrábějící bronzové sklo vybavené systémem suchého čištění používajícím NaHCO3 je dosažena účinnost odstraňování okolo 90 %, ze vstupní úrovně 30 mg/Nm3 sloučenin selenu na výstupní koncentraci 3 mg/Nm3 (pevné částice + plyny). K dosažení nižších úrovní emisí selenu (1 mg/Nm3) je třeba zvýšit množství alkalického činidla z 55 kg/h na 120 kg/h s následnými mezisložkovými vlivy tvorby odpadu a následné potřeby jeho odstranění.
Sklářský průmysl
263
Kapitola 4
Mezisložkové vlivy Ve sklářství je v některých případech důležitou hnací silou instalace technik ochrana zařízení na odlučování prachu nebo v některých případech (např. nekonečné vlákno, frity) odstranění emisí fluoridů. V mnoha případech, kdy není zapotřebí odlučovat prach nebo fluoridy, by mohlo být hospodárnější přejít na plynové otápění nežli instalovat tyto techniky. Používání čisticích systémů zahrnuje použití elektrické energie. Měrná spotřeba energie je obvykle okolo 12–20 kWh/t utavené skloviny s tkaninovými filtry a 8–11 kWh/t utavené skloviny s elektrickými odlučovači. Tyto techniky vytvářejí značné množství pevných zbytků, ale u většiny zařízení lze tento materiál recyklovat do pece. Problémy mohou nastat zejména u olejem otápěných pecí používajících velké množství střepů. Je-li jako absorpční činidlo použit uhličitan sodný, prach z filtrů lze recyklovat ve výrobě sodnovápenatých skel místo dražších surovin, protože je zde značná potřeba uhličitanu sodného. Uhličitan sodný se však vyznačuje vysokou mírou redukce HCl, což způsobuje značné obohacení prachu z filtrů chloridem sodným, který může způsobovat problémy, pokud je znovu zaveden do pece jako součást kmene. Těkání NaCl z pece vede k chemické korozi dinasových/křemičitých žáromateriálů v peci nebo v regenerátorech. Obecně je u určitých typů skla absorpce síry v tavenině pevně dána, aby se zaručil redox stav a barva skla. Recyklace síranového prachu tak představuje kvantitativní omezení. Při malém podílu střepů bude sebraného síranu obvykle méně, než je zapotřebí k čeření, a v některých konkrétních případech může být tedy možné zvýšit absorpci síry ze sebraného prachu ve skle (tj. vyšší % SO3). V těchto případech se celkové emise zmenšují a spotřeba síranu sodného se snižuje. Je-li sebraného síranu více než síranu požadovaného v kmeni, pak vznikne proud pevného odpadu, který je třeba odstranit mimo závod. Alternativní možností je, že jestliže se recykluje veškerý materiál ve větším množství, než je žádoucí, pak systém vytvoří uzavřený okruh dosahující dynamické rovnováhy a jedinými výstupy síry jsou sklo a emise do atmosféry. Při vysokých podílech střepů je potřeba síranových čeřidel mnohem nižší, a proto pokud není část prachu odstraněna, emise SOX se zvyšují a celkový přínos snížení emisí SOX je značně omezen. Tento problém je nejmarkantnější u redukovaných skel, kde je rozpustnost síry relativně nízká a kde se používá vysoký podíl střepů. Jestliže se to stane v praxi, mohou být náklady na odstranění prachu, který nelze recyklovat, často vyšší než cena paliv s nízkým obsahem síry (např. nízkosirného oleje nebo zemního plynu). Proto by v mnoha případech provozovatel spíše dal přednost změně paliva než vytvoření toku pevného odpadu, který je třeba odstraňovat. Vysoký rozdíl cen mezi nízkosirným palivem (zvláště zemním plynem) a jinými palivy však může takovou volbu učinit ekonomicky nepřitažlivou. Jestliže se jako absorbent použije hydroxid vápenatý, bude u mnoha složení skel omezeno množství recyklovatelného vápníku. Složení kmene se může normálně upravit, aby se kompenzoval filtrační prach, ale u kmenů s vysokým podílem střepů je možnost takovéto úpravy omezená. U kmenů s vysokým podílem střepů může být obsah vápníku vyšší, než je tolerovatelné ve skle, čímž vznikne pevný odpad. V takovém případě může být řešením změna absorbentu a přechod na uhličitan nebo hydrogenuhličitan sodný nebo na směs různých absorbentů.
264
Sklářský průmysl
Kapitola 4
V oblastech, kde se používá vysoký poměr recyklovaných střepů, vytvoří systém ještě uzavřenější okruh, jak narůstá množství různých složek v neustále se recyklujícím skle. To může představovat problém u kovů, fluoridů a chloridů a rovněž u síry. Přítomnost kovů, zejména olova, v prachu z filtrů může přispívat k jejich postupnému hromadění ve skle. U obalových skel může být výsledná koncentrace ve výjimečných případech v rozsahu mezní koncentrace pro těžké kovy stanovené Směrnicí 94/62/ES o obalech a obalových odpadech, pro kterou má sklo časově neomezenou výjimku. Tam, kde objem sebraného materiálu představuje potíže při recyklaci, jsou k dispozici techniky pro opakované použití části absorbentu, čímž se sníží celkový jeho objem. Problémy s nestálým složením sebraného prachu nejsou obvyklé. Takové problémy lze překonat pečlivým rozborem, a je-li to nutné, uskladněním a smísením materiálu před recyklací. Při výrobě kamenné vaty musí snížení emisí SOX proběhnout za zařízením na spalování odpadních plynů a před filtračním systémem. U většiny zařízení je filtrační systém umístěn před spalovacím zařízením, které je určeno pro zpracování čistého plynu. V těchto případech bude instalace techniky na stávajících zařízeních vyžadovat spalovací zařízení a dodatečný filtrační systém. Očekávané investice budou 4–5 mil. eur. Polosuchý proces se v tomto odvětví ukázal jako ekonomicky neschůdný. Recyklace materiálu zpět do pece je u minerální vlny obtížnější než v jiných odvětvích, protože proces nevyžaduje přídavek síranů a absorpce síry taveninou je malá. Proto se většina znečišťujících látek opakovaně emituje. Recyklace prachu z filtrů do kupolové pece na výrobu kamenné vaty vyžaduje používání systému briketování. Pokud takový systém není k dispozici, vytvoří se v souvislosti s odlučováním SOX značný tok pevných odpadů. To znamená, že sebraný odpad se musí uložit jako pevný odpad nebo dle možností zhodnotit. Skládkování odpadu vytvořeného systémem na odsiřování kouřových plynů se stává stále obtížnějším a může vyžadovat předúpravu, aby se zabránilo jeho vyplavování. Tento mezisložkový vliv často převáží ekologické přínosy snížení emisí kyselých plynů (viz typická bilance síry v Oddíle 8.2). Pokud se tedy uvažuje o recyklaci, je volba absorbentu u kamenné vaty limitována. Výrobek vyžaduje velmi nízkou hladinu obsahu Na2O, takže uhličitan nebo hydrogenuhličitan sodný lze použít jenom v případě, že se sebraný materiál nerecykluje. U výroby kamenné vaty může být alternativou suchého nebo polosuchého čištění použití Venturiho pračky. Lze docílit dobré účinnosti odstraňování SOX (90–95 %), ale při odlučování prachu je tato technika méně účinná než tkaninové filtry. Vzniká také vodný odpad a materiál se nesnadno recykluje. Malý počet zařízení tuto techniku úspěšně provozuje již 20 let.
Provozní údaje Jak již bylo uvedeno výše, snížení dosažené touto technikou závisí na řadě faktorů včetně teploty odpadních plynů, množství a typu přidaného absorbentu (nebo přesněji molárním poměru mezi reaktantem a znečišťující látkou) a rozptýlení absorbentu. Následující tabulky poskytují odhad účinnosti dosažené s použitím různých absorbentů a postupů. Skutečné dosažené úrovně se budou případ od případu lišit a byly dosaženy jak nižší, tak vyšší úrovně. V Tabulce 4.27 jsou uvedeny informativní úrovně účinností absorpce za sucha při odstraňování plynných nečistot. Vzhledem k různým mírám absorpce probíhající ve filtračním koláči na tkaninových filtrech a k různým provozním teplotám souvisejícím s ESP a tkaninovými filtry jsou hodnoty pro oba typy filtrů uvedeny odděleně.
Sklářský průmysl
265
Kapitola 4
Tabulka 4.27:
Informativní hodnoty účinnosti absorpce za sucha pro Ca(OH)2 Znečišťující látka SO2 SO3 HCl HF SeO2
~ 400 °C 50 % 80 % 70 % 95 % 90 %
ESP 200–280 °C 10 % 90 % 35 % 95 % 70 %
Tkaninový filtr 130–240 °C 10 % 95 % 80 % 95 % 90 %
Obecněji reference uvádí informativní výsledky u suchého procesu s použitím Ca(OH)2 uváděné v Tabulce 4.28.
Tabulka 4.28:
Informativní míry snížení emisí SOX u suchého čištění s Ca(OH)2 Teplota Molární poměr Ca/S = 1 Molární poměr Ca/S = 2 Molární poměr Ca/S = 3
Míra snížení emisí SOX 130–140 Ԩ 30 % 50 % 70 %
170–180 Ԩ 22 % 40 % 55 %
V případě pece na výrobu plaveného skla používající suché praní a ESP s molárním poměrem MR1 = 4,4, při použití 180 kg Ca(OH)2/h, při teplotě kolem 400 oC byla uváděna míra snížení emisí 65 %. Veškerý prach je recyklován v peci. Zkušenosti se suchým procesem s Na2CO3 jako absorbentem jsou shrnuty v Tabulce 4.29 pro rozsah teplot 300–400 oC. Uváděné rozsahy snížení emisí opět velmi záleží na teplotě a na množství použitého absorbentu.
Tabulka 4.29:
Informativní míry snížení emisí SOX u suchého čištění s Na2CO3 Znečišťující látka SO SO3 HCl HF SeO2
Míra snížení emisí SOX < 50 % 90 % 50–75 % 10–40 % 30–60 %
Výsledky dosažené při používání NaHCO3 jako absorpčního činidla vykazují dobrou míru absorpce SOX zejména v nižším rozsahu teplot s možností odstranění až 90 % SOX. Jak již bylo popsáno výše, je zde několik parametrů, které ovlivňují účinnost snižování emisí kyselých plynů z tavicí pece. Skutečné úrovně se mohou lišit od uvedených informativních hodnot. Srovnání účinnosti odstraňování zjištěných měřením v provozu u rozdílných typů alkalických činidel a různých provozních podmínek jsou uvedena v Tabulce 4.30.
266
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.30:
Skutečné účinnosti odstraňování kyselých plynů u suchého čištění s rozdílnými typy absorpčních činidel a provozními podmínkami Typ systému na odstraňování znečišťujících látek
Činidlo
Teplota Stechiometrický odpadního plynu poměr °C
Účinnost odstraňování (1)
Činidlo/SO2
SOX (%)
HCl (%)
HF (%)
0,5
17
<5
62
0,65
22
56
70
2
37
95
97
0,5
26
56
72
0,7
34
65
81
Hašené vápno Ca(OH)2 specifický povrch 14 m2/g
Ca(OH)2 specifický povrch 34 m2/g
2
ESP + suché čištění ( )
ESP + suché čištění (2)
335
335
1
40
78
89
1,7
43
95
97
0,2 0,45 2 0,3 0,4 0,5
7 24 56 32 44 45
24 28 51 76 83 93
<5 <5 17 28 39 63
Hydrogenuhličitan sodný 2
NaHCO3
ESP + suché čištění ( )
342
NaHCO3
Tkaninový filtr + suché čištění (3)
200
(1) Údaje vychází z průměrných úrovní ze tří půlhodinových měření u každé provozní podmínky. (2) Zařízení se dvěma olejem otápěnými pecemi na výrobu obalového skla. (3) Zařízení se dvěma plynem otápěnými pecemi na výrobu obalového skla. Zdroj: [84, Italy-Report 2007]
Proces polosuchého čištění se ve sklářství používá na omezeném počtu zařízení. V kombinaci s tkaninovými filtry a při použití roztoku Na2CO3 jako absorbentu byly hlášeny velmi vysoké míry snížení emisí. Tyto informativní výsledky jsou shrnuty níže v Tabulce 4.31. Maximálně možná úroveň je 95 % odstranění SO2. V současném průmyslovém provozu je rozsah snížení většinou 80–90%. Tabulka 4.31:
Informativní míry snížení emisí SOx u polosuchého čištění s roztokem Na2CO3 Znečišťující látka SO HCl HF SeO2
Míra snížení emisí SOX 90–95 % > 90 % > 85 % > 90 %
Obecněji u jiných průmyslových zařízení reference uvádí výsledky uvedené v Tabulce 4.32 pro polosuchý proces s Ca(OH)2. Ve sklářském průmyslu se však polosuché zařízení s použitím vápna běžně nepoužívá. Tabulka 4.32:
Míry snížení emisí SOX u polosuchého čištění s Ca(OH)2 Molární poměr
Míra snížení emisí SOX
Ca/S = 1
80 %
Ca/S = 1,5
90 %
Ca/S = 2
92 %
Zdroj: [49, ADEME 1999]
Sklářský průmysl
267
Kapitola 4
Vliv na emise NOX mělo také použití Na2CO3 nebo NaHCO3 v polosuchém procesu. U NaHCO3 se optimální rozsah teplot pohybuje mezi 120 a 160 °C. Za normálních podmínek byl však vždy ve sklářství pozorován pouze mírný vliv na míru odstranění NOX. Celkově závisí dosažené snížení na řadě faktorů týkajících se procesu a absorbentu. Za příhodných podmínek lze dosáhnout vysoké míry snížení emisí, v nejlepším případě až 95 % celkových emisí SOX vyjádřeného jako SO2. Míra snížení emisí SO3 je obecně větší než 80 %. Ve výrobě nekonečného skleněného vlákna je u kmenů obsahujících bor obtížné dosáhnout výše uvedených uváděných úrovní snížení emisí kvůli usazování sloučenin boru, které se odpařují z taveniny, na povrchu suchého alkalického činidla s jeho následnou deaktivací. V těchto případech se může účinnost odstraňování v čisticí fázi značně snížit. Skutečná koncentrace nebo hmotné emise na tunu skloviny budou záviset na vstupní koncentraci a účinnosti odsiřování. Vstupní koncentrace závisí na následujících faktorech: •
vstup síry z paliva
•
typ skla (barva, oxidační stav a retence/obsah síry ve sklovině)
•
technologické požadavky na čeření, kvalitu a množství síranů
•
množství a typ střepů (vlastní nebo cizí, obsah síry a nečistot)
•
složení filtračního prachu a míra recyklace
•
podmínky spalování (blízké stechiometrickým podmínkám spalování, pro snižování NOX primárními opatřeními, může zvýšit obsah SO2 v surových odpadních plynech).
Celkové snížení emisí však vyžaduje eliminaci (interní nebo externí recyklací nebo skládkováním) vzniklého toku pevného síranového prachu. V případě skládkování se náklady na snížení emisí SOX odhadují na 0,5 až 1,2 eura na kg odstraněného SO2 v závislosti na okolnostech [76, TNO SO2 2007]. V praxi je kompletní recyklace filtračního prachu, včetně tohoto síranového odpadu, velice často považována za přijatelné ekologické a ekonomické řešení, pokud je technicky možná. V tomto případě je celkové snížení emisí SOX omezeno (z pohledu hmotové bilance) na snížení u zdroje dosažené náhradou síranu v surovinách filtračním prachem. Toto opatření se provádí jako doplněk k ostatním primárním opatřením ke snížení celkového vstupu síry do taveniny prováděným optimalizací úrovně síry ve všech vstupních surovinách (včetně střepů). Proto může být vhodné uvažovat o externím odstraňování části sebraného materiálu, aby se snížily emise kyselých plynů. Možnost externí recyklace nebo opakované použití by bylo preferováno před skládkováním. Ve většině případů však není externí opakované používání těchto materiálů ekonomicky realizovatelné. Současné legislativní požadavky určující takové materiály jako odpad mohou fungovat jako další překážka externí recyklaci. Určení, co představuje nejlepší ochranu životního prostředí jako celku, může často záviset na daném provozu a může zahrnovat úvahy o zacházení s tokem pevného odpadu. S uzavřeným okruhem recyklace prachu z filtrů se úrovně emisí SOX pozorované v době psaní tohoto dokumentu (2010) u pecí otápěných zemním plynem obecně pohybují v rozmezí 200–800 mg/Nm3 u skla s nízkým podílem střepů, a v rozmezí 600–900 mg/Nm3 u nejčastějších výrob obalového skla používajících vysoká množství cizích střepů. U otápění olejem s 1 % obsahem síry je možné dosáhnout emisí v rozsahu 600–800 mg/Nm3 v závislosti na výše uvedených faktorech. Zejména u skel s vysokým podílem střepů v kmeni a s malou kapacitou absorpce síry (např. redukovaná skla jako některá zelená a hnědá obalová skla) jsou očekávány úrovně v horní části tohoto rozsahu.
268
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Ve sklářství se vyskytují případy, že se čistá účinnost odsíření blíží nule, jestliže se úplně recykluje prach obsahující síru. V těchto situacích je však hlavním cílem nikoli odsíření, ale odstranění HCl, HF, kovů a prachu. Nicméně i v těchto případech lze získat nižší úrovně při současné tvorbě síranového odpadu pro externí odstranění. Pokud tedy zvažujeme odsíření ve sklářství, je důležité vzít v potaz možné rušivé účinky a ohrožení jiných ekologických cílů. Nejdůležitějšími ekologickými cíli souvisejícími se snižováním emisí SO2 jsou: •
vysoký podíl recyklace střepů
•
minimalizace tvorby odpadů interní nebo externí recyklací prachu
•
regenerace odpadního tepla
•
snížení ostatních emisí do ovzduší.
Recyklace střepů je důležitým ekologickým cílem kvůli energetickým úsporám, snižování odpadů a snižování spotřeby přírodních zdrojů. Evropská Směrnice 94/62/ES stanovuje cíle pro recyklaci obalových odpadů včetně skla s tím výsledkem, že většina členských států EU recykluje cca 60–70 % obalového skla uvedeného na trh. Například u pecí na obalové sklo je v Německu zákonná kvóta pro recyklaci střepů 75 % jako průměrná roční úroveň, a tato kvóta je pravidelně překračována. Tam, kde se používají střepy s vyšším obsahem síry, než má vyráběné sklo, se může nadbytek síry projevit zvýšenými emisemi SOX. To nastává například u zelených a hnědých redukovaných skel, která používají smíšené střepy ze spotřebitelského sběru. Smíšené střepy ze spotřebitelského sběru jsou pro výrobce v některých případech jediným dostupným zdrojem tohoto typu střepů a jejich obsah síry je vzhledem k přítomnosti oxidovaného skla (flintové sklo, ploché sklo, některá zelená skla) ve směsi střepů vyšší než ve výrobku. Situaci zlepší pokračující zdokonalování selektivního sběru střepů a třídění. Oxidovaná barevná skla, jako jsou některá zelená skla, mohou mít vyšší obsah síry kvůli jejich oxidačnímu stavu, a pokud bude přítomen významný podíl takových skel, bude třídění podle barev kvůli snížení obsahu síry ve střepech méně účinné. Recyklace filtračního prachu je dalším důležitým cílem kvůli prevenci vzniku odpadů. Recyklace prachu z filtrů znamená náhradu určitého množství síranů obsažených v kmeni. V zásadě působí filtrační prach jako čeřidlo, ale v některých případech může být méně účinný, takže stoprocentní náhrada není vždy možná. Absorpce síranů vznikajících z filtračního prachu se liší v závislosti na různých typech skel (např. barva, oxidační stav) a někdy je omezená. Při úplné recyklaci prachu z filtrů a při uvážení výše uvedených rozdílů je třeba věnovat zvláštní péči hmotové bilanci síry, a čisticí zařízení by proto mělo být konstruováno tak, aby umožňovalo vhodný výběr čisticích činidel. Recyklace prachu z filtrů může způsobit zvýšené unášení jemného prachu při zakládání kmene, zejména v případě, kdy se tento kmen předehřívá. Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním techniky suchého a polosuchého čištění je uveden v Tabulce 4.33.
Sklářský průmysl
269
Kapitola 4
Tabulka 4.33:
Hlavní výhody a nevýhody technik suchého a polosuchého čištění
Výhody
• • •
Lze docílit podstatného snížení emisí SOX (v závislosti na specifické bilanci síry a na recyklaci). Snížení emisí jiných látek (chloridů, fluoridů, sloučenin selenu, jiných kyselin, např. kyseliny borité). Ve většině zařízení na tavení skla lze sebraný prach recyklovat, čímž se sníží spotřeba nových surovin. To neplatí pro některé případy, např. výrobu kamenné vaty.
Nevýhody
• •
•
•
Technika vede ke spotřebě energie. Může vést k tvorbě pevných zbytků, které nelze vždy recyklovat (zejména při vysoké účinnosti absorpce), kvůli nevyrovnané bilanci mezi vstupující a vystupující sírou, hromadění chloridů nebo problémům s kvalitou skla, čímž se zvýší množství odpadů. Ve většině případů je možné prach recyklovat, ale vyžaduje to úpravu procesu a může být omezena celková účinnost snížení SOX. U výroby některých typů skla jsou zbytkové pevné látky zcela nebo částečně skládkovány. U výroby kamenné vaty nelze tento prach vůbec recyklovat bez používání briketovacího systému. Ve většině případů je tento odpad považován za nebezpečný (v závislosti na chemickém složení) a z míst, kde nejsou vhodné skládky, musí být převážen na dlouhé vzdálenosti do jiných států (např. do solných dolů v Německu). Zahrnuje značné investiční a provozní náklady.
Údaje ze vzorových zařízení uvádějící dosažitelné úrovně emisí spojené s používáním fáze suchého čištění ve spojení s filtračním systémem, společně s hlavními provozními parametry, jsou uvedeny v Tabulce 4.8 v Oddíle 4.4.1.2 a v Tabulce 4.34 níže. Tabulka 4.34:
Úrovně emisí spojené s používáním suchého čištění v kombinaci s filtračním systémem ve vzorových zařízeních
Typ pece Palivo Kapacita pece Aktuální výkon Elektropříhřev Typ skla Střepy Měrná spotřeba energie Filtrační systém Teplota před filtrem Typ absorpčního činidla Množství absorpčního činidla Znovupoužití prachu z filtru ve složení kmene Související úrovně emisí (AEL) mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2
kg/t skloviny
Obalové sklo (1) U-plamenná, regenerativní Zemní plyn + topný olej 300 t/den 297 t/den Ano Ambrové sklo 72 % 4,21 GJ/t skloviny ESP – 2 pole
Ploché sklo (2) (3) Plavicí, příčně otápěná regenerativní Zemní plyn 600 t/den 600 t/den Ano Čiré sklo 25 % Neuvedeno ESP – 2 pole
400°C
Neuvedena
Ca(OH)2 28 kg/h 100 % Půlhodinové průměrné úrovně Prach: 1,2 SOX: 829 HCl: 25,0 HF: 3,3 Prach: 0,0019 SOX: 1,34 HCl: 0,0405 HF: 0,0053
Ca(OH)2 Neuvedeno Žádné – skládkování Půlhodinové průměrné úrovně Prach: méně než 20 SOX: méně než 300 HCl: méně než 15 HF: méně než 1 Prach: méně než 0,05 SOX: méně než 0,75 HCl: méně než 0,04 HF: méně než 0,003
(1) Zařízení je vybaveno systémem regenerace tepla navazujícím na ESP. (2) Účinnost odstraňování plynných nečistot: 36 % u SOX, 57 % u HCl a 83 % u HF. (3) Úrovně uváděné v kg/t byly vypočítány použitím přepočítacího koeficientu 2,5 x 10-3 u plochého skla (viz Tabulka 5,2). Zdroj:[75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [84, Italy Report 2007]
270
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Použitelnost Tyto techniky jsou v podstatě použitelné pro všechny procesy (včetně nových i stávajících) s odpadními plyny obsahujícími kyselé sloučeniny. Vzhledem k vysokému zatížení prachem je nezbytně nutné odstranění prachu. Suchý proces se ve sklářství používá mnohem častěji, protože to je dosud cenově nejúčinnější způsob dosažení převažujících technických i legislativních požadavků. Nejběžněji používaným absorbentem je hašené vápno, Ca(OH)2. Principy těchto technik jsou společné bez ohledu na velikost zařízení. Je však třeba připomenout, že rozsah a tím i skutečné náklady a nejspíše i efektivnost nákladů se může u každého použití značně lišit. Zejména s polosuchým čištěním u malých pecí jsou omezené zkušenosti. Hospodárnost Náklady na čisticí systémy v kombinaci s ESP a tkaninovými filtry jsou uvedeny v Oddíle 4.4.1.2 a 4.4.1.3. Hydrogenuhličitan sodný je obvykle dražší než jiné absorbenty a používá se méně často. Shrnutí odhadovaných nákladů u typického použití suchého čištění je uvedeno dále. Uvedené údaje jsou založeny na metodice popsané v Oddíle 8.1. [94, Beerkens – APC Evaluation 2008].
Výroba plochého skla •
Typické investiční náklady na systémy suchého čištění používané na pecích na výrobu plaveného skla se pohybují v rozsahu 250 000–500 000 eur včetně odstraňování a skladování prachu z filtrů.
•
Náklady na kompletní systém sestávající z ESP kombinovaného se suchým čištěním jsou cca 3,5–4 mil. eur u pece s kapacitou 500 t/den a až 5,5 mil. eur u větší pece s kapacitou 900 t/den.
•
U použití systému suchého čištění v kombinaci s tkaninovým filtrem jsou odhadované investiční náklady 2–2,5 mil. eur.
•
Související měrné náklady se pohybují v rozsahu 4–6,5 eura za tunu skloviny při použití ESP a 4,5–7 eur za tunu skloviny s tkaninovým filtrem.
Výroba obalového skla •
Investiční náklady na ESP v kombinaci se suchým čištěním se pohybují v rozsahu 1,5 až 3 mil. eur u pecí s kapacitou mezi 300 a 600 t/den, zatímco u větších zařízení s kapacitou před 750 t/den (např. dvě nebo více pecí napojených na jeden filtr) by náklady přesáhly 4 mil. eur.
•
Použití tkaninového filtru v kombinaci se suchým čištěním na středně velké peci (< 300 t/den) by vyžadovalo investiční náklady od 700 000 do 1,25 mil. eur.
•
Očekávané související měrné náklady se pohybují v rozsahu 4–7 eur za tunu utavené skloviny v případě použití tkaninových filtrů s úplným odstraněním prachu a mezi 2,7–5,5 eura na tunu utavené skloviny při použití ESP, v závislosti na tavicí kapacitě zařízení. Vyšší hodnoty platí pro menší a novější zařízení, zatímco nižší hodnoty jsou spojeny s plynem otápěnými pecemi s úplnou recyklací prachu z filtrů. U menších pecí (< 150 t/den) se očekávají vyšší měrné náklady v rozsahu 10–16 eur na tunu utavené skloviny. Používáním topného oleje místo zemního plynu může dojít k dalšímu navýšení nákladů cca o 1,5 eura na tunu utavené skloviny.
Ostatní sklářská odvětví •
U malých pecí s kapacitou méně než 40 t/den se odhadované měrné náklady pohybují mezi 10 a 14 eury na tunu utavené skloviny při používání tkaninových filtrů a mezi 15 a 17 eury na tunu utavené skloviny při použití ESP.
Sklářský průmysl
271
Kapitola 4
Výroba kamenné vaty •
U kupolové pece na výrobu kamenné vaty s kapacitou 200 t/den se investiční náklady na suché čištění doplňující standardní techniku tkaninových filtrů odhadují na 1,7 mil. eur s provozními náklady 340 000 eur při odstranění prachu z filtrů. V tomto případě se měrné náklady odhadují zhruba na 9 eur na tunu utavené skloviny. [115, EURIMA-ENTEC Costs evaluation 2008].
Při používání systémů polosuchého čištění jsou odhadované náklady následující:
Výroba plochého skla 1.
Typické investiční náklady na systémy polosuchého čištění v kombinaci s filtračním systémem používané na pecích na výrobu plaveného skla se odhadují na 4,5–5 mil. eur v případě středně velkých pecí a až 7 mil. eur u velkých pecí s kapacitou až 900 t/den.
2.
U plynem otápěné pece s recyklací prachu z filtrů jsou měrné náklady 6–8 eur na tunu skloviny, což odpovídá 0,75 eurům na kg odstraněného SOX a 15–22 eurům na kg odstraněného prachu. Pokud se používá otápění topným olejem, měrné náklady jsou vyšší kvůli dodatečným nákladům na odstranění části prachu z filtrů a očekává se, že se budou pohybovat mezi 10 a 14 eury na tunu utavené skloviny, což je o 50–100 % více než v případě nákladů na suché čištění.
Výroba obalového skla •
Investiční náklady na instalaci tkaninového filtru v kombinaci s polosuchým čištěním na peci s kapacitou 350 t/den činí cca 2,25 mil. eur.
•
Očekávané související měrné náklady se pohybují mezi 5,5–6,5 eury na tunu utavené skloviny nebo jsou vyšší.
Výroba kamenné vaty •
U kupolové pece na výrobu kamenné vaty s kapacitou 200 t/den se investiční náklady na suché čištění doplňující standardní techniku snižování emisí pomocí tkaninových filtrů odhadují na 2,1 mil. eur s provozními náklady 250 000 eur při odstraňování prachu z filtrů. Odhaduje se, že související měrné náklady jsou přibližně 9,5 eura na tunu utavené skloviny [115, EURIMA-ENTEC Costs evaluation 2008].
Porovnání odhadovaných nákladů na použití filtračního systému s fází čištění plynů jsou uvedena v Oddíle 8.1.7 společně s výkony, výhodami, nevýhodami a mezními podmínkami různých čisticích metod použitelných k odstranění různých plynných znečišťujících látek (SOX, HF, HCl, kyseliny boru a sloučeniny selenu) z kouřových plynů z tavicích pecí. Hnací síla zavádění techniky Hlavní hnací silou zavádění této techniky je obecně dodržet zákonem stanovené emisní limity. Další hnací silou je možnost snížit emise kyselých plynů, zejména SO2, HCl a HF, ve většině případů společně s nutností chránit filtr před korozí. V některých případech použití této techniky může být hnací silou potřeba snížit emise kovů (např. selenu z flintového skla nebo plochého bronzového skla), pokud v kouřových plynech převažují ve formě plynných sloučenin.
272
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Vzorová zařízení Příkladů použití této techniky na sklářských pecích je mnoho, zvláště v případě suchého procesu ve spojení s elektrostatickým odlučovačem nebo tkaninovým filtrem. Většina pecí v Evropě, které mají nainstalován systém na sekundární snižování emisí prachu, využívá tuto techniku. V odvětví výroby kamenné vaty je tato technika používána jen ve velmi malém počtu případů. Referenční literatura [49, ADEME 1999] [42,VDI 1997] [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007] [76, TNO SO2 2007] [86, Austrian container glass plants 2007] [89, EURIMA Suggestions 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008 ] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]
4.4.3.4 Pračky plynů Popis Při praní plynů se plynné sloučeniny (např. HF, HCl, SO3, a SO2) nejprve rozpouští v kapalině vybrané podle rozpustnosti těchto plynů. Rozpustnost se zvyšuje se zásaditostí použitého roztoku nebo suspenze. Rozpouštění plynů lze urychlit použitím reaktivních roztoků a speciálními věžemi, které umožní dokonalejší kontakt mezi kouřovými plyny a kapalnou fází. Obecně je kapalina vodným roztokem iontů, který zvyšuje rozpustnost plynů. Požadovaný přebytek reaktantu v roztoku, k dosažení vysoké rozpustnosti kyselých plynů, je velmi nízký. Rychlost je určena zejména absorpcí plynů kapalinou. Design reaktoru je důležitý – často se používají protiproudé toky plynů/kapalin a v toku plynů se udržuje vysoká turbulence, aby se zlepšil kontakt mezi plynem a kapalinou. Při praní plynů se často používají roztoky hydroxidu sodného nebo uhličitanu sodného, i když někdy se používá vápenný kal/vápenné mléko. Po průchodu pračkou se kouřové plyny nasycují vodou a před jejich vypuštěním je nutné oddělení kapek (obsahujících absorbované plyny). Oddělená kapalina může obsahovat nerozpustné částice, rozpuštěný materiál, produkty reakce a nezreagované alkalické činidlo. Výslednou kapalinu je třeba čistit v čističce odpadních vod a nerozpustné látky se zachycují usazováním nebo filtrací, aby se získaly koncentrované pevné látky nebo kaly. Koncentrovaný kal je před odstraněním často vysušen nebo je z něj odstraněna část vody. Ve většině případů je velmi obtížné tyto kaly znovu používat jako surovinu v kmeni na výrobu skla. Typické reakce, které probíhají při praní plynů, jsou uvedeny níže. •
Praní pomocí vápenného mléka:
Ca(OH)2 (susp) + SO3 → CaSO4 (susp) + H2O (g) Ca(OH)2 (susp) + 2HCl → CaCl2 (susp) + H2O Ca(OH)2 (susp) + 2HF → CaF2 (susp) + H2O Ca(OH)2 (susp) + 2HBO2 → boritan vápenatý + H2O Ca(OH)2 (susp) + 2H3BO3 → boritan vápenatý+ H2O Ca(OH)2 (susp) + SeO2 + ½ O2 → CaSeO4 + H2O (susp = suspenze) (g = pára/plyn). •
Praní pomocí roztoku uhličitanu sodného:
Na2CO3 (sol) + SO2 +½ O2 → Na2SO4 (sol) + H2O + CO2 Na2CO3 (sol) + 2HCl → 2NaCl (sol) + H2O + CO2 Na2CO3 (sol) + 2HF → 2NaF (sol) + H2O + CO2 Na2CO3 (sol) + H3BO3 → boritan sodný + H2O + CO2 Na2CO3 (sol) + SeO2 +½ O2 → Na2SeO4 (sol) + CO2 (sol = roztok).
Sklářský průmysl
273
Kapitola 4
Dosažené přínosy pro životní prostředí S pračkami plynů je možné dosáhnout více než 90% účinnosti odstraňování v závislosti na množství použitého absorpčního činidla. Pračkami plynů lze z kouřových plynů z tavicích pecí odstraňovat plynné znečišťující látky, jako jsou SO2, SO3, HF, HCl, H3BO3, HBO2 a SeO2. Mezisložkové vlivy Hlavní mezisložkový vliv představuje množství odpadní vody, kterou je třeba před vypuštěním vyčistit. Kromě toho se separací nerozpustitelného materiálu z odpadní vody filtrací nebo sedimentací následovanou stlačením usazenin také tvoří pevný odpad (filtrační koláč) nebo kal. Kal lze separovat v suché nebo polosuché formě v závislosti na použitém systému. Přímé znovupoužití kalu nebo filtračního koláče ve sklářském kmeni často není možné, ale silně závisí na jeho chemickém složení. V několika případech může znovupoužívání nebo recyklace filtračního koláče nebo kalu do sklářského kmene způsobit hromadění látek, jako jsou chloridy, fluoridy nebo síra v peci kvůli omezené rozpustnosti těchto sloučenin v tavenině a vysoké účinnosti jejich odstraňování z kouřových plynů s použitím praček plynů. Kromě toho může znovupoužívání kalu nebo filtračního koláče být spojeno s problémy při manipulaci. Spotřeba energie souvisí s používáním praček plynů, včetně elektřiny potřebné ke vstřikování alkalických činidel, čištění vody, pneumatickou přepravu kalů/filtračního koláče, vytvoření elektrostatického pole (v případě mokrých elektrostatických odlučovačů) a používání ventilátoru. Typická spotřeba energie systémů pro praní plynů se pohybuje okolo 20–25 kWh/t skloviny. Nepřímé emise spojené se spotřebou elektrické energie se odhadují okolo 550–660 t CO2/rok u zařízení s kapacitou 100–125 t utavené skloviny za den. Provozní údaje Typická provozní teplota používaná ve sklářství se pohybuje mezi 50 a 80 °C. Ve většině případů je účinnost přeměny používaných absorpčních činidel velmi vysoká a stechiometrické množství činidel se přidává v závislosti na relativním množství SO2, HF, HCl, SO3, H3BO3, HBO2 a SeO2 přítomných v kouřových plynech. Vyšší účinnost odstraňování plynných znečišťujících látek dosažených používáním praček plynů však může být vykompenzována značným poklesem míry snížení emisí pevných látek v porovnání se suchým a polosuchým čištěním kombinovaným s filtry. Použitelnost Pračky plynů nejsou ve sklářství příliš často používány kvůli vyšším nákladům a nutnosti čištění odpadní vody. Při čištění odpadní vody často vzniká kal nebo pevné zbytky obsahující nezreagovaný materiál (např. vápno), produkty reakce a vodu. Tento kal není vždy možné použít jako surovinu na výrobu skla a před převozem a skládkováním kalu na externím úložišti je třeba odstranit většinu vody, kterou obsahuje. Pračky plynů se používají v odvětví minerální vlny na čištění plynů z tažírny a sušicí pece. Viz Oddíly 4.5.6.1.2 a 4.5.6.2.2. Pračky plynů se rovněž používají k čištění plynů z elektrických pecí se studenou klenbou. V omezeném množství se pračky plynů používají k čištění plynů ze zařízení na pokovování za horka v odvětví obalového skla, ze kterých odstraňují cín, organocínové sloučeniny a chloridy. Toto čištění lze použít jako doplněk nebo náhradu za častější proceduru kombinace emisí z pokovování za horka s kouřovými plyny z tavicí pece, jak je popsáno v Oddíle 4.5.1. V takovém případě je cílem snížení koncentrace plynných chloridů přicházejících do systému snižování emisí (suché čištění a filtr).
274
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hospodárnost Odhad nákladů u používání systému praní plynů u tavicích pecí byl proveden podle metodiky popsané v Oddíle 8.1. Hlavní výsledky lze shrnout takto. •
Investiční náklady na zavedení praček plynů činí 2–3 mil. eur při objemu kouřových plynů 10 000–15 000 Nm3/h. Typické měrné náklady se pohybují v rozsahu 15–20 eur na tunu utavení skloviny nebo 1–1,5 eura na kg odstraněného SOX a 15–25 na kg odstraněného prachu. Tyto náklady zahrnují provoz filtru, který je považován za nezbytný pro snížení emisí pevných částic. V tomto případě jsou celkové náklady na praní plynů značně vyšší než náklady na suché čištění kombinované s filtrem.
•
Odhadované investiční náklady na použití pračky plynů na kyslíko-palivové nebo vzducho-palivové rekuperativní peci na výrobu nekonečného skleněného vlákna s výrobní kapacitou 100–125 t/den se pohybují v rozsahu 2,6–3,0 mil. eur, včetně úpravy kalů a odpadní vody. Roční provozní náklady jsou cca 300 000 eur za rok na jednu pec. Dodatečné výrobní náklady se odhadují na 14–16 eur za tunu utavené skloviny se zvážením nákladů na odstranění odpadu, které tvoří 100 eur na tunu a bez nákladů na čištění vody, které by významně zvýšily cenu. Tyto náklady by se značně zvýšily až na 20–22 eur na tunu utavené skloviny, pokud se použijí vyšší náklady na odstranění odpadů (400 eur/t odpadu). V tomto případě by měrné náklady na odstranění SOX byly kolem 1–1,65 eura na kg odstraněného SO2 a 20–30 eur na kg odstraněného prachu.
•
Nejsou k dispozici žádné údaje o cenách souvisejících s použitím systému v zařízeních na výrobu stolního, obalového a plaveného skla, protože tato technika se v těchto odvětvích v současnosti nepoužívá.
Hnací síla zavádění techniky Hnací silou zavedení praček plynů by mohla být potřeba snížit plynné emise, které je obzvláště obtížné řídit pomocí ostatních technik, např. emise boritých kyselin. Značné mezisložkové vlivy související s touto technikou ohrožují používání praček plynů. Vzorová zařízení Ve sklářství se provozuje jen velmi omezený počet zařízení. Některé systémy se používají v odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna (dvě pece v Nizozemsku) a ve výrobě speciálního skla (např. v Německu a v Rakousku). Tato technika se používá v relativně malém zařízení v Itálii v odvětví užitkového skla k čištění plynů ze šesti elektrických pecí. Údaje týkající se vzorového zařízení vyrábějícího speciální sklo jsou uvedeny v Tabulce 4.35.
Sklářský průmysl
275
Kapitola 4
Tabulka 4.35:
Úrovně emisí spojené s používáním pračky plynů na elektrické peci vyrábějící speciální sklo
Provozní parametry Typ pece Kapacita pece
Elektrická 40 t/d
Aktuální výkon
32 t/d
Stáří pece
3,5 let
Typ skla
Sodnovápenaté na výrobu reflektorů
Střepy (pouze vlastní) Měrná spotřeba energie (pouze tavení) Celková spotřeba energie (na tunu utavené skloviny) Zařízení na čištění odpadních plynů
30 % 4,50 GJ/t skloviny 7,11 GJ/t skloviny Pračka plynů
Úrovně emisí (1) Pevné částice NOX (2) SOX HCl
mg/Nm3, suchý plyn 1,8 159 2,3 < 0,2
kg/t utavené skloviny 0,017 1,54 0,022 < 0,002
(1) Údaje o emisích vycházejí z diskontinuálních půlhodinových měření. (2) Emise NOX vznikají z dusičnanů v kmeni. Zdroj: [111, Austrian Special glass plant 2006]
Referenční literatura [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
4.4.4 Fluoridy (HF) a chloridy (HCl) V tomto oddíle jsou všechny plynné fluoridy a chloridy vyjádřeny jako fluorovodík (HF), respektive chlorovodík (HCl). Většina halogenů je emitována v této formě. Emise HF a HCl vznikají z nečistot ve kmeni nebo ze surovin, který byly do kmene přidány, protože obsahují tyto látky v dostatečném množství k ovlivnění požadované kvality výrobku.
4.4.4.1 Snížení u zdroje Ve většině procesů vznikají emise HF a HCl z nečistot ve kmeni a uvolňují se při tavení. Mnoho surovin obsahuje velmi nízké hladiny fluoru a chloru, které mají malý vliv na konečnou úroveň emisí. Avšak některé suroviny obsahují významné množství těchto prvků ve formě nečistot. Hlavní sloučeniny tohoto typu jsou: • • •
• • •
276
synteticky vyrobená kalcinovaná soda, která má zbytkový obsah NaCl přibližně 0,05–0,15 % dolomit, který může obsahovat významné fluoridové nečistoty střepy ze spotřebitelského sběru, které mohou obsahovat řadu nečistot ve významném množství, zvláště chloridy, fluoridy a kovy. Množství těchto látek se mění v závislosti na čistotě dodaných střepů, ale v oblastech s vysokým podílem recyklace se mohou prvky hromadit ve skle recyklovaný prach ze zařízení na snižování emisí obsahuje soli s obsahem fluoru a chloru, které se mohou hromadit v systému některá paliva (např. koks z některých zdrojů) mohou obsahovat chloridy plasty ve střepech ze spotřebitelského sběru, které mohou obsahovat chloridy.
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Emise chloridů z těch procesů, které používají vysoká množství kalcinované sody v kmeni (především sodnovápenaté sklo), jsou významně vyšší než emise, například z výroby skleněné vaty nebo nekonečného skleněného vlákna (viz Kapitola 3). Z procesů, kde se chloridy ani fluoridy do kmene záměrně nepřidávají, pocházejí nejvyšší emise HCl a HF z procesů výroby plochého a obalového skla. Úrovně emisí lze minimalizovat pečlivým výběrem surovin. Problémy s množstvím NaCl u kalcinované sody jsou diskutovány v Oddíle 4.4.1.1. Řada dalších technik diskutovaných v Kapitole 4 má rovněž příznivý vliv na emise HF a HCl. Jedná se hlavně o techniky, které snižují těkání snížením teploty, zmenšením proudu vzduchu a minimalizací turbulence. Tyto techniky zahrnují: •
zvýšené používání střepů, které snižuje teplotu a spotřebu energie a nahrazuje kalcinovanou sodu s chloridem, který je v ní přítomen jako nečistota. Potenciálně zde dochází k paradoxnímu jevu, pokud střepy mají vysokou úroveň HCl nebo HF
•
elektropříhřev
•
lepší design a geometrie pece
•
nastavení hořáků
•
kyslíko-palivové tavení
•
elektrické tavení.
Řada typů sklářských výrobků používá suroviny s obsahem fluoru k ovlivnění specifických vlastností materiálu nebo splnění požadavků na kvalitu skla. Nejdůležitější příklady jdou diskutovány dále. Nekonečná skleněná vlákna Výroba nekonečného skleněného vlákna obecně vyžaduje přidávání fluoridů. Přidávají se kvůli optimalizaci povrchového napětí a kvůli tekutosti, aby se podpořilo rozvlákňování a minimalizovalo se lámání vláken. To jsou důležité faktory při hodnocení ekonomického a ekologického profilu procesu. Vysoká lámavost vede k nižší výtěžnosti a k vyššímu množství odpadu. Hlavním zdrojem přidávaného fluoru je obvykle kazivec (CaF2), ale významné množství je také přítomno v kaolinu (křemičitan hlinitý). Byly zde snahy snížit nebo eliminovat množství fluoridů přidávaných do složení nekonečných skleněných vláken. V takových případech jediné fluoridy přítomné v tavenině pocházely z příměsků fluoridů přítomných v minerálních surovinách, zejména v kaolinu. Tam, kde jsou k dispozici odpovídající zdroje minerálů (vhodné kvality a ekonomicky únosné) pečlivý výběr surovin umožňuje dosáhnout úrovně emisí nižších než 20 mg/Nm3 neboli 0,09 kg/t utavené skloviny. Novější vývoj E-skla neobsahujícího bor, jež je v současnosti vyráběno v několika společnostech v Evropě, které mají přístup k této patentované technologii, umožňuje prakticky eliminovat těkavé sloučeniny z taveniny: bez boru, nízký obsah alkalických kovů (Na2O + K2O < 1 %), nízký obsah síry a fluoridů. Potenciálním mezisložkovým vlivem spojeným s používáním složení bez obsahu fluoru a boru je vyšší spotřeba energie vyplývající z vyšší teploty tavení. Nepřítomnost boru však nabízí možnost použít techniku „konvektivního tavení skla“ („klenbových hořáků“) k dosažení lepšího přenosu dostupného tepla do taveniny. Tento pokrok ve výrobě skel s nízkým obsahem fluoru a boru je výsledkem finančně náročného vývoje a uvedená technologie je pečlivě střežena společnostmi, které ji vyvinuly. Proto tato technika není ihned přístupná všem provozovatelům. Jsou zde rovněž zdlouhavé a nákladné procedury registrace výrobku, které musí být provedeny u nových výrobků se změněným složením.
Sklářský průmysl
277
Kapitola 4
Výroba frit Emise fluoridů jsou v přímém vztahu k použití sloučenin fluoru v kmeni. Fluoridy se používají především při výrobě smaltéřských frit a obvykle nejsou v surovinách používaných k výrobě keramických frit přítomny ve významnějším rozsahu. Někteří výrobci keramických frit mohou pravidelně vyrábět malá množství smaltéřských frit v pecích na keramické frity, z čehož vznikají emise fluoridů, ale to představuje pouze malý podíl z celkové výroby. Emise fluoridů jsou pravděpodobně nejvýznamnějším ekologickým dopadem výroby smaltovacích frit. Fluoridy propůjčují fritám unikátní vlastnosti, jako je zlepšená tepelná a chemická odolnost a snížené riziko tvoření puchýřů na smaltových povlacích. Přidávají se ke kmeni ve formě kazivce, fluorokřemičitanu, kryolitu nebo fluorokřemičitanu sodného. Většina výrobců dnes nabízí v rostoucí míře smalty bez obsahu fluoru nebo s nízkým obsahem fluoru a jejich dostupnost roste. Obecně výrobky bez fluoru představují méně než 10 % výroby a výrobky s nižším obsahem fluoru kolem 30 %. Fluorid ve kmeni nemůže být obecně snížen dostatečně, aby dosáhl emisní úrovně srovnatelné s technikami praní nebo s jinými typy frit. Opakní skla Opakní skla se vyrábějí v odvětví užitkového, speciálního a příležitostně i obalového skla. Přidání fluoridu způsobuje ve skle krystalizaci tvořící charakteristický zakalený a opakní vzhled. Většina zařízení vyrábějících tyto výrobky používá k úpravě emisí HF techniku suchého čištění. Není dostupná žádná použitelná alternativa, která by přinášela srovnatelnou kvalitu. V mnoha případech se opakní sklo taví v elektrických pecích se studenou klenbou. To snižuje emise, protože ve vrstvě kmene se absorbuje významná část fluoridu a celkově je zapotřebí méně fluoridu. Také použití elektrického tavení hodně snižuje objem odpadních plynů, které se musí upravovat. V odvětví speciálního skla se také vyrábí korunové sklo, které je optickým výrobkem s vysokým obsahem fluoridů. Výroba tohoto skla je málo častá a v EU se vždy provádí s čištěním odpadních plynů. Obecně se dává přednost opatřením, která vedou ke snížení u zdroje, před čištěním odpadních plynů. U skel s obsahem fluoru mohou opatření k jeho snížení vytvářet určitá omezení provozních podmínek a vyžadovat značné zdroje. Tam, kde je snížení emisí požadováno legislativně, mnoho výrobců dává přednost úpravě odpadních plynů a částečnému suchému čištění.
4.4.4.2 Techniky čištění Hlavními technikami čištění použitelnými u těchto emisí je suché a polosuché čištění a praní plynů. Tyto techniky a dosažitelné úrovně emisí jsou diskutovány v Oddílech 4.4.3.3. a 4.4.3.4. Důležitý je výběr absorbentů a někdy vyvstane potřeba udělat kompromis mezi snížením SO2 a snížením HF a HCl. Konkrétně je zde konkurenční reakce mezi HCl/HF a SO2 s uhličitanem sodným. Optimální volba bude záviset na řadě otázek včetně relativních úrovní rozdílných znečišťujících látek ve spalinách. Rozdílné účinnosti odstraňování nejčastějších alkalických činidel používaných ve sklářství jsou uvedeny v Tabulce 4.27, Tabulce 4.30 a Tabulce 4.31. Další technikou, která by mohla být technicky i ekonomicky schůdná pro velice malé procesy (např. pece na frity), je praní plynů používající pračky s pevným ložem s cirkulující vodou nebo lépe s alkalickým roztokem. Hlavní nevýhodou tohoto zařízení je vznik toku odpadní vody.
278
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.4.5 Oxidy uhlíku Oxidy uhlíku zahrnují oxid uhličitý (CO2) a oxid uhelnatý (CO). Oxid uhelnatý vzniká jako produkt nedokonalého spalování a ve sklářství je zřídka emitován v množství vzbuzujícím ekologické zájmy. Významné úrovně jsou pozorovány u kupolových pecí na výrobu kamenné vaty, ale většina zařízení je vybavena dodatečným spalováním na oxidaci emisí před jejich vypuštěním. Oxid uhličitý vzniká spalováním fosilních paliv nebo jiných organických materiálů, z rozkladu uhličitanů a z oxidace ostatních surovin obsahujících uhlík (struska, uhlík atd.) přítomných v kmeni. Emise CO2 silně závisí na energetické účinnosti tavicího procesu a mohou se značně lišit, pokud jsou použity primární nebo sekundární techniky ke snižování emisí ostatních znečišťujících látek, např. předehřívání kmene a střepů, opakované spalování nebo proces 3R atd. Uhličitany, jako je kalcinovaná soda a vápenec, jsou ve sklářství hlavními zdroji oxidů alkalických kovů a oxidů alkalických zemin. V některých výrobách však bylo v nedávné době zavedeno používání páleného vápna a dolomitu místo uhličitanů. Jedinými skutečnými alternativními zdroji těchto oxidů jsou odpad ze spotřebitelského sběru a vlastní odpad, tj. střepy pro výrobu skla a odpady z výrobních procesů, recyklované výrobky a struska (pouze u výroby kamenné vaty). Problémy provázející tyto suroviny jsou diskutovány jinde v tomto dokumentu, ale obecně je hlavním faktorem limitujícím jejich použití dostupnost dostatečného množství těchto surovin potřebné kvality a stálost dodávek. Využívání těchto surovin se obecně ve velké míře omezuje na odvětví obalového skla a skleněné vaty (používání střepů) a kamenné vaty (využívání strusky). Oxid uhličitý má dobře známé účinky na životní prostředí, ale není jednou z hlavních znečišťujících látek uvedených v Příloze II Směrnice 2010/75/EU. Rostoucí používání recyklovaných materiálů ve sklářství je vedeno potřebou ušetřit energii a snížit množství odpadů a vliv na náhradu uhlíkatých materiálů je pouze dodatečným přínosem. Podobně je snížení emisí CO2 vyvolané poklesem spotřeby paliva vedeno potřebou snížit spotřebu energie a provozní náklady a tlakem na snížení emisí NOX. Mnoho technik diskutovaných v této kapitole má významný dopad na emise CO2, ale žádné techniky kromě těch, které jsou zvažovány pro snížení spotřeby energie a emisí ostatních znečišťujících látek, nebyly předloženy ke zvážení kvůli určení BAT pro sklářská zařízení. Při hodnocení celkového příspěvku daného zařízení k emisím oxidů uhlíku je rovněž třeba zvážit nepřímé emise CO2, zejména pokud je ve výrobním procesu nebo k provozu systémů zamezujících znečištění ovzduší potřeba elektrická energie. Oxid uhličitý (a emise ostatních skleníkových plynů) jsou primárně řízeny „sesterskou“ Směrnicí Evropského parlamentu a Rady 2003/87/ES o vytvoření systému pro obchodování s povolenkami na emise skleníkových plynů ve Společenství (Systému EU pro obchodování s emisemi).
4.5
Techniky řízení emisí do ovzduší z jiných činností, než je tavení
Tento oddíl zahrnuje činnosti, které se netýkají tavení nebo manipulace se surovinami. Jedná se především o tvarování výrobku a činnosti prováděné s výrobkem, které se obecně považují za část hlavního procesu. U většiny činností ve sklářství je tavení surovin první velkou prováděnou činností, a tak se někdy další činnosti v tomto dokumentu nazývají „navazující“. Protože jsou navazující činnosti velmi specifické pro jednotlivá odvětví, je diskuze vedena podle odvětví.
Sklářský průmysl
279
Kapitola 4
4.5.1 Obalové sklo Hlavním zdrojem emisí do ovzduší z jiných činností, než je tavení, je při výrobě obalového skla pokovování za horka. Pokov, velice tenká vrstva oxidu kovu, je nanášen při průchodu horkých obalů z tvarovacího stroje zařízením obsahujícím páry sloučenin cínu nebo titanu. Nejběžněji používanými materiály jsou bezvodý chlorid cíničitý (SnCl4), chlorid monobutylcínu (C4H9SnCl3) a bezvodý chlorid titaničitý (TiCl4). Emise se skládají z HCl, (oxychloridů nebo oxidochloridů), jemných částic oxidů cínu a titanu (SnO2, TiO2) a veškerého nezreagovaného pokovovacího materiálu. Z operací za studena mohou také vzniknout drobné emise těkavých organických látek. Tyto emise se nepovažují za příliš významné a dále v tomto dokumentu nejsou diskutovány. Prvním krokem ve snižování emisí je minimalizace použití pokovů odpovídající požadavkům výrobků. Použití materiálu lze dále optimalizovat dobrým utěsněním pokovovací oblasti, aby se minimalizovaly ztráty. V současné době jsou emise odpadních plynů z pokovování za horka řízeny čtyřmi možnými způsoby: •
odsáty a emitovány přímo do ovzduší
•
odsáty a vyčištěny sekundárními technikami, např. praním plynů nebo suchým čištěním a filtrací
•
smíseny s odpadními plyny z pecí před vstupem do čisticího a filtračního systému
•
smíseny s pecním spalovacím vzduchem.
Vypouštění odpadních plynů z pokovování za horka přímo do ovzduší je obecně odůvodnitelné pouze relativně nízkým hmotnostním tokem nebo koncentrací znečišťujících látek přítomných v kouřových plynech. Ve skutečnosti lze za určitých okolností s použitím nové generace odsávacích zařízení a rozvodných systémů emise snížit pod 5 mg/Nm3 u sloučenin kovů a pod 30 mg/Nm3 u HCl. Tato praxe je však používána pouze ve specifických případech, zatímco většina provozů volí jiné možnosti. Možnost smísit odpadní plyny s pecním spalovacím vzduchem může mít určitý dopad na chemii skla a materiál regenerátoru, i když nebude pravděpodobně nijak významný. Některá evropská zařízení tuto techniku používají a mísí odpadní plyny z pokovování za horka se spalovacím vzduchem před jeho vstupem do regenerátoru, i když v současnosti (v roce 2009) nejsou o tomto použití k dispozici žádné informace. Smísení plynů z pokovování za horka s odpadními plyny z pece před jejich vstupem do kontrolního systému na znečištění ovzduší se často používá tam, kde je nainstalováno sekundární opatření na snižování emisí. Z dodaných údajů je tato možnost uváděna jako v praxi nejčastěji využívaná technika čištění odpadních plynů z pokovování za horka. Šetřením zahrnujícím celkem 125 zařízení, bylo zjištěno, že 25 z 31 zařízení na snižování emisí z odpadních plynů vznikajících z pokovování za horka používá tuto techniku. Tam, kde se recykluje sebraný materiál, je třeba věnovat pozornost účinku kovů na sklo a hromadění chloridu a kovů a jejich účinku na celý systém. Tyto problémy mohou v některých případech omezit recyklaci prachu. Jak bylo diskutováno jinde v tomto dokumentu, mohou být pračky účinné při snižování plynných emisí, ale jejich účinnost při úpravě jemných prachů je omezena poklesem tlaku napříč systémem. Provoz bude záviset na složení plynů na vstupu, ale ke splnění místních emisních norem může být dostačující jednostupňová pračka. Je-li žádoucí další snížení, pak by se měl použít buď tkaninový filtr následovaný pračkou s pevným ložem, nebo Venturiho pračka následovaná pračkou s pevným ložem. U těchto technik lze očekávat snížení emisí HCl na < 10 mg/Nm3, ale účinnost při odstraňování pevných částic a celkového obsahu kovů je dosti nízká kvůli jemným částicím a zvláštním chemickým vlastnostem reakčních produktů vytvářených nanášením chloridů cínu nebo titanu. Tam, kde je HCl přítomna jako aerosol, lze očekávat emise nižší než 10 mg/Nm3. Náklady na tyto alternativy budou záviset na objemu odpadních plynů. Podle místních podmínek mohou být srovnatelné úrovně dosaženy méně sofistikovanými metodami.
280
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Další významný zdroj emisí z pokovování za horka je spojen s úpravou vnitřního povrchu obalového skla, které je určeno zejména pro farmaceutické účely, pomocí SO3. V těchto případech se obvykle používá praní plynů na odstranění SOX. Technické podrobnosti týkající se používání praček plynů jsou uvedeny v Oddíle 4.4.3.4 a v Oddíle 4.5.6.1.2.
4.5.2 Ploché sklo Obecně jsou emise do ovzduší z jiných činností, než je tavení, při výrobě plochého skla velice nízké a nevyžadují opatření ke snížení emisí. Jestliže je plavicí lázeň správně provozována, neexistují žádné znatelné emise cínových par. Na vstupu do chladicí pece se používá SO2, ale je-li opět proces řádně provozován, nejsou tyto emise nijak významné. Typické koncentrace a měrné hmotnostní emise jsou udávány mezi 150 a 300 mg/Nm3 a 0,02–0,04 kg/t skloviny (viz Oddíl 3.4.2.3). Jedinými jinými potenciálními emisemi jsou produkty spalování z plynových hořáků v chladicí peci. Výjimkou jsou provozy, kde probíhá on-line pokovování. Emise z tohoto procesu jsou velice specifické a k popisu techniky, kterou lze použít, je zde uveden skutečný příklad. Chemická depozice v parní fázi za atmosférického tlaku je proces pokovování, který používá následující suroviny: chlorid cíničitý (SnCl4), kyselinu fluorovodíkovou (HF), metanol (CH3OH) a silan (SiH4). Jedná se o dva oddělené stupně pokovování – základní pokov SiCO a fluorem dopovaný hlavní pokov oxidem cíničitým. Emise ze základního pokovu procházejí tepelnou spalovací komorou, kde se odstraňují organické látky, odpadní plyn se chladí a pevné látky (amorfní křemík) se odstraní tkaninovým filtrem. Sebraný materiál se recykluje do pece. U hlavního pokovu procházejí spaliny obsahující halidy a sloučeniny cínu vysokoteplotním reaktorem, v němž se oxidují sloučeniny cínu. Pevný oxid cíničitý se odstraní elektrostatickým odlučovačem a halogenidy se odstraní v chemické pračce s pevným ložem. Dosažené úrovně emisí jsou: •
pevné částice
15 mg/Nm3
•
chlorovodík
5 mg/Nm3
•
fluor a jeho plynné sloučeniny vyjádřené jako HF
< 1 mg/Nm3
•
kovy
< 5 mg/Nm3.
Obecně lze emise z těchto typů činností řídit jednou z níže uvedených technik nebo jejich kombinací. V některých případech mohou být vhodné jiné, stejně účinné techniky: •
zařízení na snížení emisí prachu – tkaninový filtr nebo ESP, ačkoli tkaninový filtr pravděpodobně zajistí nižší emise (1–5 mg/Nm3)
•
filtrační systém lze kombinovat se suchým čištěním
•
mokré chemické praní
•
vysokoteplotní oxidace, např. termické spalování.
Náklady jsou specifické pro každé zařízení, ale obecně se nemá za to, že by byly neúměrné získaným výsledkům.
Sklářský průmysl
281
Kapitola 4
4.5.3. Nekonečná skleněná vlákna Emise do ovzduší z jiných činností, než je tavení, v tomto odvětví vznikají ze čtyř hlavních zdrojů: •
nanášení povlaku na vlákna
•
sušení kokonů
•
sekání a mletí
•
sekundární zpracování.
Emise do vzduchu z nanášení povlaků jsou obvykle velice malé, protože povlakové materiály mají nízkou těkavost a sklo má v místě nanášení nízkou teplotu. Důležitým hlediskem je výběr povlakových materiálů s nízkým obsahem organických rozpouštědel. Některé těkavé látky však budou přítomny buď jako rozpouštědla, nebo jako vedlejší produkty reakcí. Povlakové materiály se u jednotlivých výrobků a zařízení značně liší, ale výběr vhodných materiálů je nejefektivnějším způsobem snížení emisí. Velký objem vzduchu nutný k chlazení skla značně znesnadňuje a prodražuje řízení emisí těkavých organických látek sekundárními opatřeními. Velké proudění vzduchu někdy způsobuje unášení kapek a podporuje těkání přítomných organických látek. K řízení odpadních plynů se často používá praní plynů, ale jeho účinek na těkavé látky bude omezen na kondenzaci. U těchto zařízení lze také použít mokré elektrostatické odlučovače, ale dosud nejsou známy žádné příklady. Náklady na praní plynů a mokré ESP budou podobné jako hodnoty uváděné pro odvětví minerální vlny. Dosažené úrovně emisí budou záviset na konkrétních počátečních úrovních. Některé typické úrovně jsou uvedeny v Oddíle 3.5.2.3. Mokré kokony se suší v sušárně a veškeré látky těkající při těchto teplotách se budou emitovat společně s vodní párou. Obecně jsou molekulární hmotnosti materiálů vysoké a během nanášení povlaku bude emitována značná část těkavých látek. O úrovních emisí je k dispozici málo informací a v současnosti je jedinou technikou používanou k minimalizaci emisí výběr vhodných surovin. Objemy odpadních plynů jsou velice malé, a pokud by byly zjištěny významnější úniky, lze použít standardní techniky řízení, například spalování, adsorpci a čištění. U těchto technik nejsou k dispozici žádné informace o nákladech, ale takovéto techniky jsou snadno dostupné pro nízké objemy plynu. Avšak, dříve než se nainstaluje nějaká technika na snižování emisí, bude vždy upřednostňováno řízení takových emisí optimalizací složení povlaku. Prachové emise vznikající ze sekání a mletí lze snadno čistit odsáváním do filtračního systému. Jedná se o standardní techniku používanou v tomto odvětví a lze tak dosáhnout úrovní emisí v rozsahu 1–5 mg/Nm3. Sekundární zpracování může zahrnovat použití dalšího povlakového nebo pojivového materiálu. Tyto emise jsou velmi specifické pro jednotlivé případy, a pokud primární opatření nedosahují požadované výkonnosti, lze použít standardní techniky snižování emisí těkavých organických látek a stopových plynů.
4.5.4 Užitkové sklo U většiny procesů výroby užitkového skla nejsou žádné významné emise do ovzduší z navazujících činností. K udržení správné teploty skla, k leštění ohněm a v chladicích pecích je použito množství hořákových systémů, ale neexistují zde žádné významné emise vyžadující specifické řízení. Výjimkou jsou výrobky, které vyžadují broušení a leštění, zvláště olovnatý křišťál a křišťálové sklo. Přítomnost olova v prachu vzniklého z navazujících činností vyžaduje pečlivou kontrolu potenciálních fugitivních emisí, aby se předešlo zdravotním a bezpečnostním problémům zaměstnanců.
282
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Broušení zahrnuje vyřezávání přesných vzorů na skleněném polotovaru kotouči impregnovanými diamantem, a to buď ručně, nebo automaticky. Rovněž se může provádět další broušení a řezání, jako je např. broušení hran. K chlazení a k prevenci vzniku prachových emisí se při broušení používá obvykle voda. K odstranění mlhy tvořené chladivem je možné použít odsávání. Tam, kde se tyto činnosti provádějí pod kapalným chladivem, nejsou žádné znatelné emise do ovzduší, i když do odsávacího systému může být nutné začlenit zařízení na eliminaci mlhy. Jestliže se provádí řezání nebo broušení za sucha, prach se odsává a prochází účinným tkaninovým filtrem, což vede k úrovním emisí prachu v rozmezí 1–5 mg/Nm3. V případě, že se u olovnatého křišťálu provádí broušení a řezání, očekává se, že se emise Pb po průchodu čisticím systémem (např. tkaninovým filtrem) budou pohybovat mezi 1 a 1,5 mg/Nm3. Broušení vytváří na skle šedý neupravený povrch. Původní lesklý vzhled povrchu skla se získává ponořením do lešticí lázně kyseliny fluorovodíkové a sírové. Obvykle se používá roztok 30 % H2SO4 a 2–3 % HF při teplotě nižší než 50 °C. Z povrchu lešticí lázně se uvolňují výpary HF a SiF4. Nejúčinnějším způsobem odstranění těchto emisí je obvykle praní plynů vodou nebo chemickým roztokem. Během tohoto postupu se tvoří kyselina fluorokřemičitá (H2SiF6) (až 35 %) a tento kyselý roztok vyžaduje neutralizaci. Alternativně lze H2SiF6 rekuperovat a případně je možné ji použít jako surovinu pro chemický průmysl. Hlavním problémem emisí z praní kyselých plynů je kyselina fluorovodíková – běžně se dosahuje úrovní < 5 mg/Nm3 HF. Voda z leštění se většinou čistí hašeným vápnem, aby se z ní odstranily fluoridy a sírany. Kaly vzniklé z čištění vody se skládají z CaSO4 a nízkého množství CaF2 a čistí se externě pro možné opětovné použití (např. při výrobě cementu). Při těchto použitích je praním plynů možné dosáhnout velmi nízkých úrovní emisí (< 5 mg/Nm3 HF). Kvůli značně kyselé povaze těchto emisí je zde vysoká rozpustnost ve vodě a není pravděpodobné, že by bylo potřeba použít chemické praní. Chemické praní vede k menšímu používání vody, ale brání regeneraci H3SiF6 z odpadní vody. V nedávné době byly vyvinuty alternativní techniky k leštění kyselinou, např. mechanické leštění a vysokoteplotní leštění buď plamenem, nebo laserem, ale v době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyly k dispozici informace o jejich používání.
4.5.5 Speciální sklo Z navazujících činností obecně nejsou v tomto odvětví žádné významné emise do ovzduší. Výroba obrazovek zahrnuje broušení a leštění, ale to se provádí pod kapalným médiem a nemělo by docházet k emisím. Jestliže se obrazovkové sklo nebo další výrobky řežou, brousí nebo leští za sucha, lze emise řídit odsáváním do tkaninového filtru, a prachové emise se poté pohybují v rozmezí 1–5 mg/Nm3. Jedná se o velice diverzifikované odvětví a na některých zařízeních mohou probíhat činnosti, které vyžadují místně specifické úvahy.
4.5.6 Minerální vlna Emise z jiných činností, než je tavení, mají v odvětví výroby minerální vlny čtyři hlavní zdroje: tvarování, tvrzení, chlazení výrobku a zpracování a balení výrobku. Údaje uvedené v Oddíle 0 uvádí, že nejvýznamnější jsou emise z tvarování a tvrzení. Tyto emise se většinou týkají použití pojiv na bázi fenolové pryskyřice. Techniky uvedené v tomto oddíle byly popsány odděleně pro tvarovací a pro vytvrzovací oblast. Je to proto, že se povaha z nich emitovaných odpadních plynů liší. Některé z technik lze použít v obou částech, a zvláště při výrobě skleněné vaty může být výhodné emise před odstraněním smísit.
Sklářský průmysl
283
Kapitola 4
V případech, kdy se toto praktikuje, jsou techniky nejpodrobněji popsány pro tvarovací oblast s odkazy na vytvrzovací oblast. Mezi emisemi z výroby skleněné a kamenné vaty jsou některé důležité rozdíly, které jsou diskutovány v oddílech týkajících se nejrelevantnějších technik.
4.5.6.1 Tvarovací oblast Ve tvarovací oblasti se skleněná nebo kamenná tavenina rozvlákňuje a aplikuje se pojivo. Vlákno povlečené pryskyřicí dopadá na sběrný pás, na kterém se odsáváním udržuje podtlak. Při výrobě skleněné vaty se do odsávacího vedení a do ventilátoru vstřikuje voda. Ta plní dvě funkce – brání hromadění materiálu v potrubí a odstraňuje některé pevné a plynné složky z proudu plynu. Výroba kamenné vaty se liší použitím vodních postřiků v potrubí – některá zařízení používají systém srovnatelný s výrobou skleněné vaty, ale mnohá vodní postřik nepoužívají vůbec. Kampaň kupolových pecí na výrobu kamenné vaty trvá pouze několik týdnů, a tak je možnost potrubí vyčistit a postřik vodou není vždy považován za nezbytný. Emise z tvarovací oblasti budou pravděpodobně obsahovat významný podíl pevných částic, fenolu, formaldehydu a amoniaku. Pevné částice jsou tvořeny jak organickými, tak anorganickými materiály, které jsou často lepkavé a mají velmi malé rozměry. V těchto emisích lze nalézt i nižší obsahy těkavých organických látek a aminů, pokud jsou používány v pojivu. Vzhledem k povaze procesu je proud plynu mírně nad teplotou okolí, má velký objem a (jestliže se používá proplachování potrubí) je nasycen vodou. Tyto vlastnosti kombinované s povahou znečišťujících látek omezují možnosti použití technik snižování emisí. Úniky lze významně ovlivnit řadou faktorů, zejména: •
chemickým složením pojivového systému
•
technikou rozvlákňování
•
provozními podmínkami (teplota, proudění a vlhkost)
•
množstvím nanášeného pojiva
•
způsobem nanášení pojiva.
Optimalizace těchto parametrů spolu s proplachováním potrubí vodou mohou významně snížit emise z procesu. Chemické složení pojivového systému je jedním z nejdůležitějších faktorů a má značný dopad na systém užitkové vody a na emise z tvarování, tvrzení a chlazení (další informace viz Oddíl 2.9.1.). Pojivové systémy se mění podle provozovatele a mimo dané odvětví nejsou obecně dobře známé. Tyto systémy jsou specifické pro každé zařízení a může být nutné je posuzovat individuálně. Následující oddíly shrnují některé hlavní problémy. Chemické složení pryskyřice a pojiva Optimalizace chemického složení pojivového systému a účinnost způsobů nanášení mohou mít podstatný vliv na úniky do životního prostředí. Pojivo také představuje vysoký podíl z ceny konečného produktu. Proto provozovatelé považují vývoj v oblasti chemického složení a nanášecích technik za důvěrný. Pojivo je tvořeno vodou, fenolovou pryskyřicí, močovinou, síranem amonným, amoniakem, minerálním olejem, silikonovým olejem a eventuálně dalšími složkami vlastními pro jednotlivé procesy. Pryskyřice je v podstatě fenolový rezol tvořený směsí trimetylolfenolu, dimethylolfenolu, formaldehydu, minoritními produkty reakce fenolu a formaldehydu a stopami fenolu. Pryskyřice je na vodné bázi a je z 50 % tvořena pevnou látkou. Nadbytek formaldehydu se používá při reakci k dosažení nízkého množství volného fenolu.
284
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Některé pryskyřice jsou katalyzovány aminem a mohou vést k významnému množství plynného aminu v odpadních plynech. Tyto emise lze téměř eliminovat použitím jiných druhů katalyzátorů při výrobě pryskyřice. Lze použít řadu látek, ale přesné detaily optimalizovaných systémů jsou obvykle považovány za důvěrné informace. Použitím pryskyřic bez aminových katalyzátorů je možné dosáhnout úrovní emisí aminů nižších než 5 mg/Nm3. Pokud společnost nemá dostatečnou odbornou zkušenost pro výrobou této pryskyřice, pak je možné snadno získat takové systémy od specializovaných dodavatelů pryskyřice. Močovina reaguje s pryskyřicí, rozpíná ji, snižuje množství volného formaldehydu a také má vliv na zlepšení žáruvzdornosti finálního výrobku. Močovina reaguje s volným formaldehydem v pryskyřici a vytváří monometylolmočovinu, která bude reagovat s aktivními místy ve fenolové pryskyřici a během tvrzení se zúčastní zesíťování. Močovina působí jako náhrada fenolu a zlevňuje pojivo. Proto by měl provozovatel maximalizovat množství močoviny v pryskyřici až do bodu, kde by mohlo dojít k negativnímu ovlivnění kvality výrobku nebo parametrů zpracování. Močovina má dvě hlavní nevýhody: snižuje rozpustnost pryskyřice a může se rozložit jak ve tvarovací oblasti, tak ve vytvrzovací peci a vytvářet amoniak. Z ekologického hlediska je maximální použití močoviny výhodné, protože snižuje úniky formaldehydu, nahrazuje fenol a produkty rozkladu močoviny jsou upřednostňovány před fenolovými deriváty a produkty částečného spalování, které by jinak byly emitovány. Amoniak má v pojivovém systému několik významných úkolů a umožňuje určitý stupeň flexibility, která je důležitá při optimalizaci procesu jako celku. Amoniak zlepšuje rozpustnost pojiva, čímž umožňuje přidávání většího množství močoviny a delší skladovatelnost pojiva. Také pomáhá udržet pH systému ve správném rozmezí a reaguje s volným formaldehydem. Povaha procesu je taková, že po krátkou dobu může dojít k vyššímu než normálnímu uvolňování amoniaku. Účinek snížení množství amoniaku v procesu může být neúměrný k účinku na zbytek procesu a vyšší množství uvolněného amoniaku může vést k nižším celkovým emisím. Síran amonný se přidává pro řízení vytvrzování pryskyřice. Silan poskytuje velmi důležité rozhraní mezi anorganickým sklem a organickým pojivem. Hydroxylové skupiny silanu vzájemně reagují s oxidy skla a organická funkční skupina reaguje s pryskyřicí a vytváří pevnou vazbu. Minerální a silikonové oleje se přidávají pro zlepšení vlastností při manipulaci, potlačení vzniku prachu a získání určité úrovně vodoodpudivosti. Když se pojivo aplikuje na horké sklo ve tvarovací oblasti, těkavé látky (např. amoniak, formaldehyd a fenol) se vypaří a odsají do místa vypuštění. Množství úniků těkáním bude záviset na množství nezreagovaného těkavého materiálu v pojivu, ředění pojiva, teplotě ve tvarovací oblasti a teplotě skla. Pojivo se nanáší jako jemný postřik a kapičky, které nejsou zachyceny na rohoži, se budou uvolňovat do odsávaného vzduchu. Rozsah zachycení pojiva na výrobku bude záležet na rozdělení velikosti kapiček, na tloušťce rohože a na síle použitého odsávání. Bylo hodnoceno několik alternativ pojiv na bázi fenolové pryskyřice, ale žádná neposkytovala výrobku přijatelnou kvalitu.
4.5.6.1.1 Proudové odlučovače a cyklony Popis Důležitým faktorem při uvažování o vhodném systému na snižování emisí znečišťujících látek v tvarovací části je obsah vody v proudu plynu. Nepřetržitá výroba skleněné vaty vyžaduje použití čisticího mechanismu k prevenci hromadění lepkavého organického materiálu a vláken v odsávacím potrubí a ve ventilátoru. Běžně se používá proplachování potrubí vodou, které může mít několik forem. Diskontinuální povaha výroby kamenné vaty v kupolových pecích (kampaně trvající 1 až 3 týdny) umožňuje čistit potrubí, když je to nutné.
Sklářský průmysl
285
Kapitola 4
Výroba kamenné vaty také používá méně pojiva na jednotku objemu výrobku, a tak je jeho hromadění pomalejší. Některé provozy na výrobu kamenné vaty používají v tvarovací oblasti vodní rozprašovače, ale to záleží na provozovateli a místně specifických podmínkách. Tam, kde se k čištění potrubí používají vodní rozprašovače, je logické, že se bude optimalizovat jejich použití tak, aby se s nimi daly čistit i odpadní plyny. Za této situace se tyto dva cíle doplňují – čím více materiálu je odstraněno z odpadních plynů, tím je čištění účinnější. Systémy byly obecně přizpůsobeny nad minimální rozsah potřebný k prevenci nepřípustného hromadění látek v potrubí. V tomto odvětví se k popisu této optimalizované techniky používá pojem „proudové odlučovače“. Tyto systémy používají velký objem vody o vysokém tlaku, aby se optimalizovala účinnost čištění plynu, ale nezpůsobují významnější pokles tlaku. Konstrukce proudových odlučovačů se bude u jednotlivých procesů lišit, ale je navržena tak, aby optimalizovala účinnost techniky jak při čištění potrubí, tak při praní odpadních plynů. K odstranění vody unášené odpadními plyny se tyto odlučovače vždy kombinují s cyklony (nebo jiným zařízením), které rovněž v závislosti na designu ovlivňují množství pevných částic, jak je uvedeno v Oddíle 4.4.1.4. Odstraňování pevných částic a kapek se děje pomocí nárazu/dopadu a v menší míře difuzí. Některé systémy mohou používat zúžené potrubí, aby se zlepšila účinnost odstranění pevných částic, ale ta především závisí na poklesu tlaku, který je pro všechny tyto systémy nízký. Obecně je kvůli nízkému poklesu tlaku v systému účinnost odstraňování jemných pevných částic a kapek nízká, zatímco větší částice a vlákna jsou odstraňovány dobře. Plynné látky jsou při styku s vodou částečně absorbovány. Účinnost absorpce plynů závisí na rozdílu mezi parciálním tlakem plynu v proudu odpadních plynů a tlakem par plynu v kapalině, rozpustnosti plynu v kapalině, na ploše kontaktního povrchu, a v menší míře také na délce kontaktu. Rovněž zde dochází ke kondenzačnímu účinku, který může být důležitý, jsou-li odpadní plyny teplé. V tryskách se obvykle používá užitková voda, která v různém množství obsahuje většinu látek přítomných v proudu plynů. To zejména ovlivní účinnost odstraňování plynné substance. Recyklovaná užitková voda se před opakovaným použitím filtruje, ale bude obsahovat značné množství rozpustných materiálů. Systém tvoří dynamickou rovnováhu a systém užitkové vody bude popsán dále v tomto dokumentu. Dosažené ekologické výhody Používání proudových odlučovačů a cyklonů umožňuje snadné odstraňování pevných látek, které jsou v odpadních plynech z tvarovací oblasti přítomny ve formě velkých částic a vláken. Kvůli nízké účinnosti při odstraňování jemných částeček jsou cyklony a proudové odlučovače používány zejména jako technika pro předúpravu. Konečné emise značně závisí na chemickém složení pojiva a užitkové vody a na množství aplikovaného pojiva. Mezisložkové vlivy Pokud se nepoužívá jiná technika, jako je pračka s pevnou vrstvou, používají se cyklony (nebo někdy určitá alternativní zařízení) společně s proudovými odlučovači k odstraňování vody. Je to nutné ke snížení spotřeby vody a k dosažení přijatelné hustoty a rozptýlení kouře. Jestliže se používají jiné mokré techniky (např. mokré ESP nebo pračky s pevnou vrstvou), používají se předřazené proudové odlučovače. Provozní údaje Úrovně emisí dosažené touto technikou jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Použitelnost V podstatě je tato technika možná u všech procesů výroby skleněné a kamenné vaty. V mnoha zařízeních na výrobu kamenné vaty se nepoužívá, protože není nutná k čištění a naopak by mohla negativně ovlivnit používané techniky snižování emisí. U emisí z tvarovací části využívá proudové odlučovače a cyklony přibližně 90 % zařízení na výrobu skleněné vaty a 10 % zařízení na výrobu kamenné vaty. Hospodárnost Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a velkou měrou závisí na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Náklady na techniku jako opatření ke snižování emisí je nesnadné odhadnout, protože tam, kde se používají proudové odlučovače, je určitá forma čisticího mechanismu přirozeným požadavkem procesu. 286
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Náklady uvedené v tabulce představují celkové náklady na systém. Neexistují žádné příklady zavedení systému pouze na čištění potrubí. Tento systém je vždy instalován, aby sloužil oběma účelům. Odhaduje se, že čištění plynu tvoří 60 % celkových nákladů. Tato analýza je však poněkud teoretická, protože ve většině členských zemí by nebyly přípustné zcela nekontrolované emise a vznikly by jiné náklady na snižování emisí. Hnací síla zavádění techniky Ve tvarovací oblasti je významné množství velkých a vláknitých pevných látek, které se proudovými odlučovači a cyklony snadno odstraňují. Vzorová zařízení Tato technika je tak rozšířená, že není účelné uvádět jednotlivá zařízení. Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
4.5.6.1.2 Pračky plynů Popis Systémy praní plynů lze použít k řízení jak plynných, tak pevných emisí. Zatímco základní technologie je v obou případech podobná, konstrukční kritéria odstraňování částic nebo plynu jsou značně odlišná. Aby se však omezily investiční náklady, používají se systémy pro praní plynů často při řízení smíšených emisí pevných částic a plynů. Tento design je nevyhnutelně kompromisem, ale může představovat BAT tam, kde jsou oddělené řídicí systémy nákladné. Praní plynů je dobře zdokumentovanou technikou a budeme zde diskutovat jen hlavní principy a problémy specifické pro toto odvětví. Sběr částic kapalinovým praním probíhá třemi mechanismy: setrvačnou srážkou, zachycením a difuzí. Odstranění stopových množství plynů praním probíhá absorpcí a v menší míře kondenzací. Absorpce zahrnuje přenos hmoty mezi rozpustným plynem a rozpouštědlem v kontaktním zařízení plyn-kapalina. Účinnost praček plynů při sběru pevných částic významně závisí na celkové spotřebě energie, zvláště na poklesu tlaku napříč sběrnou oblastí. Jestliže je kapalina v pračce rovnoměrně rozptýlená, bude mít podobný pokles tlaku často podobnou účinnost u stejného prachu při zcela odlišných designech pračky. Není možné navrhnout pračku plynů, která má vysokou účinnost u částic velikosti 1 µm a méně a která nemá vysoký pokles tlaku. Vysokoenergetické pračky mohou mít dobrou účinnost při sběru částic menších než 0,5 µm, ale vysoké provozní náklady znamenají, že by alternativní techniky mohly být ekonomičtější. Účinnost absorpce plynů závisí na rozdílu mezi parciálním tlakem rozpustného plynu v proudu odpadních plynů a tlakem par plynu v kapalině, rozpustnosti plynu v kapalině, na ploše kontaktního povrchu, a v menší míře také na délce kontaktu. Rovněž zde bude kondenzační účinek, který může být důležitý, jsou-li odpadní plyny teplé. Rozpustnost jasně závisí na plynu a kapalině. K absorpci rozpustných kyselých plynů, jako jsou chlorovodík, fluorovodík, hexafluorokřemičitany a amoniak, je vhodná voda. Pro absorpci méně rozpustných plynů jsou vhodné alkalické nebo kyselé roztoky a v některých případech mohou oxidační roztoky upravovat i organické zápachy. Povrchová plocha je dána náplní nebo velikostí kapek. Pračky s pevným ložem jsou tvořeny vnějším pláštěm obsahujícím lože náplně na podkladovém roštu, rozdělovač kapaliny, vstupy a výstupy plynu a kapaliny a odlučovače kapek. Kapalina se stejnoměrně rozptyluje po náplni a vytváří film, který poskytuje velkou povrchovou plochu pro kontakt plynu s kapalinou. Proud špinavých plynů prochází pevným ložem, přičemž kapalina a plyn mohou proudit protisměrně, souběžně nebo napříč. Existují různé typy náplní, které lze rozložit náhodně nebo pravidelně. Kapalný povlak na náplni poskytuje velkou povrchovou plochu pro přenos hmoty. Protiproudé absorbéry s pevným ložem maximalizují absorpci, protože plyn opouštějící lože se střetává s čerstvou absorpční kapalinou. Lože se může zanést nerozpustnými pevnými částicemi, šupinami a biologickým materiálem. U některých použití lze uvažovat o Venturiho pračkách. Charakteristickým rysem Venturiho praček je zúžení potrubí (Venturiho hrdlo) zvyšující rychlost plynu. Kapalina je zaváděna do pračky a tvoří na stěnách film, který je rozprašován proudem plynu ve Venturiho hrdle. Účinnost Venturiho pračky závisí na poklesu tlaku a v důsledku toho má vysokou spotřebu energie a vysoké provozní náklady. Venturiho pračky jsou obvykle nejúčinnějším zařízením na praní plynů na sběr pevných částic, protože jsou vhodné Sklářský průmysl
287
Kapitola 4
pro submikronové částice. Rovněž se mohou použít k odstranění stopových plynů, ale jejich účinnost je omezena krátkou kontaktní dobou. Nejčastěji používanými pračkami plynů v odvětví jsou pračky s pevným ložem, obvykle s předřazenými proudovými odlučovači. Proudové odlučovače odstraňují větší částice, a tak napomáhají prevenci zablokování náplně. Někteří provozovatelé nainstalovali ionizační pračky, které mají kombinovat výhody nízkých investic u praček plynů s nízkými provozními náklady u elektrostatických odlučovačů. Ionizační pračka je v podstatě pračka s pevným ložem udržovaná v podmínkách neutrálního náboje, před kterou je ionizační část pro nabíjení částic. Lože je normálně tvořeno plastickou náplní. Rychlost průchodu plynu skrze lože je nízká, aby se zajistilo, že částice zůstanou co možná nejdéle poblíž prvků náplně. Když odpadní plyny z tvarovací části přijdou do styku s vodou v účinném pracím systému, proběhnou následující děje: •
část unášených částic, převážně větší částice a kapky, se zachytí v suspenzi;
•
část všech rozpustných pryskyřičných materiálů bude absorbována vodou;
•
těkavé látky vytvoří rovnováhu mezi plynnou a vodnou fází.
Nejčastěji používaným pracím médiem je v tomto odvětví užitková voda. Mohou zde nastat problémy se zachováním dostatečně nízkých koncentrací těkavých materiálů v pracím médiu, aby byla usnadněna účinná absorpce a aby se tak zabránilo uvolňování zpět do plynné fáze. Výroba minerální vlny je čistým spotřebitelem vody a výkonnost pračky lze zlepšit doléváním čisté vody do pracího systému. Tento přínos lze optimalizovat použitím vícestupňového praní vodou tekoucí postupně jednotlivými stupni proti proudu plynu. Tímto způsobem nejšpinavější voda čistí vstupující (nejšpinavější) proud plynů a čistá voda se použije v posledním stupni čištění. Popis typického vodního okruhu používaného ve výrobě skleněné vaty je uveden na Obrázku 2.11 v Oddíle 2.9.1. Možným řešením tohoto problému by bylo oddělení pracího média od systému užitkové vody a buď použití čisté vody s dostatečně vysokým proplachem, aby se zachovala účinná absorpce, nebo chemické dávkování pracího média s látkami, které budou reagovat s těkavými látkami. Obě tyto metody však mají významná omezení. Používání systému s čistou vodou k dosažení značně lepšího výkonu by vedlo k tomu, že objem proplachů by byl příliš vysoký, aby bylo možné jej recyklovat do systému užitkové vody, a vedlo by ke vzniku nového toku odpadů vyžadujícího oddělené čištění. Objem vody přicházející z proudových odlučovačů by tento problém ještě zhoršil. Obsah vody a pryskyřičná povaha látek obsažených v odpadních plynech by bez používání velkého objemu proplachů způsobily zablokování a problémy s objemem pracího média v chemické pračce. Vzhledem k obsahu chemických látek nemůže být voda z těchto proplachů recyklována do systému užitkové vody a opět tak vzniká nový proud odpadu vyžadujícího oddělené čištění. Další komplikací je to, že chemická činidla nezbytná k odstranění fenolu/formaldehydu a amoniaku nejsou kompatibilní a vyžadovala by oddělené fáze. Chemické praní by mohlo být instalováno v sérii s pračkou používající užitkovou vodu, ale toto řešení by značně zvýšilo náklady, a pokud by nebylo extrémně účinné, nepřekonalo by diskutované problémy. Pokud také zvažujeme tok vodných odpadů, rozdíl mezi celkovými emisemi z takové techniky a pračky používající užitkovou vodu s dobrým řízením procesu bude pravděpodobně omezený. Vícestupňové praní buď v kombinované jednotce, nebo v oddělených jednotkách je teoretickou možností pro čištění emisí z tvarovací oblasti a kombinovaných emisí z tvarování a vytvrzovací pece. Žádné výrobní procesy v odvětví minerální vlny však vícestupňové pračky nepoužívají, a tak nejsou k dispozici žádné informace o jejich environmentálním profilu, nákladech nebo potenciálních provozních problémech. Tato technika proto nemůže být považována za plně dostupnou. Lze ji však považovat za možnou volbu v případě velmi vysokých emisí z linek v konkrétním zařízení. Dosažené přínosy pro životní prostředí Úrovně emisí dosažitelné pračkami s pevným ložem (s užitkovou vodou jako pracím médiem) při výrobě minerální vlny jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Mezisložkové vlivy Důležitým hlediskem praní plynů je vznik proudu odpadní vody, která vyžaduje úpravu. V odvětví minerální vlny byl tento problém obejit použitím užitkové vody jako pracího média, se 100% recyklací do 288
Sklářský průmysl
Kapitola 4
systému užitkové vody. Při použití čisté vody nebo chemické pračky vznikne tok vodného odpadu (viz Obrázek 2.11 v Oddíle 2.9.1). Provozní údaje Účinnost odstraňování je u částic omezena malým poklesem tlaku a u plynných látek použitím užitkové vody jako pracího média. Při praní čistou vodou lze očekávat významně nižší emise fenolu, formaldehydu a amoniaku. Rovnováha užitkové vody je kritickým faktorem a v některých vzácných případech (např. začne-li se vyrábět výrobek s nízkým obsahem pojiva po delší době výroby výrobků s vysokým obsahem pojiva) je možné, že účinnost pračky se bude u praní plynných složek jevit jako záporná. Někteří provozovatelé v minulých letech používali ionizační pračky, ale celkové výsledky byly zklamáním. Zlepšení účinnosti oproti pračkám s pevným ložem bylo obecně menší než 10 %. S chemickým nebo vícestupňovým praním nejsou v tomto odvětví zkušenosti, ale zkušenosti z chemického průmyslu naznačují, že u fenolu, formaldehydu a amoniaku lze dosáhnout úrovní emisí nižších než 10 mg/m3, pokud by se překonaly související problémy. Ve srovnání s úrovněmi v Tabulce 4.40 to představuje významné zlepšení pouze u amoniaku. Použitelnost V podstatě jsou pračky s pevným ložem s cirkulující vodou vhodné pro všechny procesy v odvětví. Tato technika se neomezuje na nová zařízení nebo významné úpravy, ale náklady budou u stávajících zařízení pravděpodobně vyšší. U některých zařízení, zvláště na výrobu kamenné vaty, lze k dosažení podobných nebo nižších úrovní emisí použít jiné techniky.
Sklářský průmysl
289
Kapitola 4
V odvětví výroby skleněné vaty používá pračky s pevným ložem o něco méně než 20 % zařízení, a to k čištění kombinovaných emisí z tvarovací oblasti a vytvrzovací pece nebo jen z tvarovací oblasti. V odvětví výroby kamenné vaty používá pračky s pevným ložem k čištění emisí z tvarovací oblasti přibližně 10 % zařízení a stejně tolik ji využívá k čištění emisí z vytvrzovací oblasti. Na zařízeních na výrobu kamenné vaty se emise z těchto dvou oblastí nekombinují. Hospodárnost Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a závisí především na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Použití ionizačního stupně, jako např. v ionizační pračce (IWS), zvyšuje investiční náklady přibližně o 75% a provozní náklady přibližně o 10 %. Lze očekávat, že vícestupňové chemické praní by dvakrát zvýšilo úrovně nákladů uvedené v tabulce. Náklady na kombinovanou vícestupňovou pračku by pravděpodobně byly více srovnatelné se systémem ionizačního praní. Bylo by ale nutné tyto stupně zcela oddělit, což by zvýšilo náklady a mohlo by být nutné použít nákladnější korozivzdorné materiály. Hnací síla zavádění techniky Výhodou této techniky je možnost spojit emise z tvarovací oblasti a z vytvrzovací pece v jednom stupni čištění. Objem odpadních plynů z tvarovací oblasti je obecně desetkrát větší než objem odpadních plynů z vytvrzovací pece. Pokud je technika zařazena během stadia navrhování zařízení, kombinace spalin podstatně nezvyšuje celkové náklady na techniku. Vzorová zařízení Knauf Insulation, St. Helens, Velká Británie URSA, Španělsko Isover Orange, Francie Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
4.5.6.1.3 Mokré elektrostatické odlučovače Popis Základní principy a provoz ESP jsou popsány v Oddíle 4.4.1.2. V mokrých odlučovačích se usazený materiál odstraňuje ze sběrných desek vypláchnutím vhodnou kapalinou, obvykle vodou, buď přerušovaným, nebo kontinuálním postřikováním. Tři hlavní typy ESP jsou deska a drát, deska a deska a trubice a drát, a všechny mohou pracovat za mokra. U deskových typů proudí plyn horizontálně, u trubicové konstrukce vertikálně s kapalinou proudící proti plynu. U některých robustních konstrukcí jsou dráty nahrazeny tyčemi. K odstranění kapek vody před vypouštěním jsou obvykle použity určité mechanismy a buď odlučovač kapek, nebo někdy poslední pole mohou pracovat za sucha. Zatímco se obecně upřednostňuje odlučování za sucha, mokré odlučovače jsou užitečné při odstraňování prachu z mokrých plynů s teplotou blízkou bodu kondenzace a při sběru aerosolů a lepkavých materiálů, jako jsou pryskyřičné a dehtové částice. Provoz mokrých odlučovačů je méně závislý na vlastnostech částic, neboť vlhkost přítomná v plynu se snadno sráží a napomáhá srážení obtížného prachu. Za mokra se běžně používají trubkové jednotky a ty jsou odolnější vůči explozi, jestliže je přítomen dehet. Trubkové jednotky však obvykle mají jen jedno elektrické pole a jsou méně vhodné pro dosažení skutečné vysoké účinnosti. Všechny tři typy se používaly při výrobě minerální vlny, ale nyní se preferují typy deska a drát a trubice a drát. Aby nedocházelo k požárům, obvykle se instaluje drenčerové zařízení. Na vstupu do mokrého ESP se odsávané plyny musí dobře rozprostřít, aby mezi všemi prvky byla stejnoměrná nízká rychlost plynu. Odpadní plyny se upravují proudovými odlučovači předsazenými před ESP, čímž se odstraní hrubší vláknitý materiál a plyn se saturuje a chladí. K zajištění provozu podle parametrů zařízení se také používá čistá voda, vstřikovaná na vstupu do ESP. Ta zajišťuje saturaci a používá se k čištění elektrod. Při výrobě skleněné vaty je objem této vody obvykle tak malý, že se může vypouštět do okruhu užitkové vody a může představovat hlavní doplnění do tohoto okruhu. Ve většině 290
Sklářský průmysl
Kapitola 4
procesů výroby kamenné vaty je odpařování z tvarování mnohem menší a není možné použít takový objem čisté vody. Dosažené přínosy pro životní prostředí Mokré ESP jsou účinné při odstraňování pevných částic, aerosolů a kapek o velikostech od 0,01 µm do 10 µm. Výkon bude záviset na řadě faktorů, zejména na rychlosti plynu. Nový účelně navržený mokrý ESP by dosahoval účinnosti odstranění přes 98 % pro celkové pevné částice o průměru nad 1 µm, i když účinnost odstraňování rychle klesá u částic menších než 1 µm. Výkon se během životnosti zařízení snižuje, a proto je velice důležitá dobrá údržba. Obecně mokré ESP vykazují omezenou účinnost při odstraňování plynných látek. To závisí na rozsahu výroby a na pojivu a chemickém složení užitkové vody. Vzhledem k vysokému stupni saturace a k použití značného množství čisté vody však určitá absorpce plynných látek proběhne. V Tabulce 4.36 jsou uvedeny údaje o vzorových zařízeních na výrobu skleněné vaty. Zařízení je vybaveno zdokonaleným systémem zamezujícím znečištění ovzduší sestávajícím z mokrého ESP v kombinaci s pračkou plynů, separačním cyklonem a biologickým čištěním na odstranění organických nečistot.
Tabulka 4.36:
Pevné a plynné emise z tvarovací oblasti zařízení na výrobu skleněné vaty, které používá mokrý ESP
Výroba skleněné vaty – tvarovací oblast Výrobní kapacita: 36 000–38 000 t/rok Objem kouřových plynů: Nm3/h Odlučovací systém: pračka plynů, cyklonový separátor, odsávací ventilace, biologické čištění se šesti vertikálními věžovými pračkami, mokrý ESP se třemi poli Úrovně emisí (1) Hmotnostní tok (mg/Nm3) (kg/h) Formaldehyd + fenol 4,3 0,82 Celkové organické sloučeniny (TOC), vyjádřené jako C 4,4 0,84 Pevné částice 21 4,03 Amoniak (NH3) 18 3,45 HF < 0,02 < 0,004 HCl 7 1,3 SO ~3 ~ 0,6 NOX (vyjádřené jako NO2) 9,9 1,9 Měď (Cu) 0,0217 0,004 Mangan (Mn) 0,0381 0,007 Měření pachů 64 ouE/m3 (1) Úrovně emisí z diskontinuálních měření (průměrná úroveň ze 4–6 půlhodinových měření, při 20,5 % O2). Zdroj: [112, Austrian glass wool plant 2006]
Mezisložkové vlivy Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním mokrého ESP je uveden v Tabulce 4.37.
Sklářský průmysl
291
Kapitola 4
Tabulka 4.37: Hlavní výhody a nevýhody mokrých elektrostatických odlučovačů
Výhody: • • • • • •
Dobrá účinnost při odstraňování pevných částic a kapek/aerosolů, dosažitelná úroveň < 20 mg/m3. Při vysoké saturaci a při použití čisté vody je možná absorpce plynných látek. Lze aplikovat na emise z tvarování i tvrzení. Nízký pokles tlaku, a proto relativně nízké provozní náklady a spotřeba energie. Málokdy se zablokuje, pokud se k odstranění velkých vláknitých částic použijí proudové odlučovače. Dlouhá provozní životnost s malou údržbou.
Nevýhody: • • • • • • • •
Vzniká vodný odpad, který je obecně recyklovatelný při výrobě skleněné vaty, ale již méně při výrobě kamenné vaty. Obecně nízká účinnost odstraňování plynných sloučenin. Spotřebovává se energie, ale v porovnání s jinými provozními požadavky je spotřeba relativně malá. Nemusí být použitelné, jsou-li přítomny vysoké koncentrace CO (např. při výrobě kamenné vaty). Relativně vysoké investiční náklady. Značné prostorové nároky. Potřeba údržby je malá, ale kriticky důležitá, neboť špatná údržba způsobí citelný pokles výkonu. Vysoké napětí vyžaduje bezpečnostní opatření.
Provozní údaje Úrovně emisí dosažitelné touto technikou jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Použitelnost Tato technika je v podstatě použitelná na nových i stávajících zařízeních na výrobu skleněné a kamenné vaty. Hlavní nevýhodou při výrobě kamenné vaty je možná potíž s odstraňováním toku odpadní vody. Tato technika je vhodná jak pro oblast tvarování, tak pro emise z vytvrzovací pece a pro kombinované emise. V roce 1997 ji provozovalo přibližně 30 % zařízení na výrobu skleněné vaty pro oddělené, nebo pro kombinované emise z tvarování a vytvrzování. Mokré ESP neprovozovalo žádné zařízení na výrobu kamenné vaty. Hospodárnost Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a závisí především na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Hnací síla zavádění techniky Hlavní hnací silou zavádění této techniky je obecně dodržet zákonem stanovené úrovně emisí. Otázky související s teplotou okolí by mohly rovněž určit potřebu použití této techniky. Vzorová zařízení Knauf Insulation, St. Helens, Velká Británie Saint-Gobain Isover G + H AG, Německo Saint-Gobain Isover Etten-Leur, Nizozemsko Saint-Gobain Isover, Stockerau, Rakousko
Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
292
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.5.6.1.4 Filtry z kamenné vaty Popis Konvenční pasivní filtrační procesy (např. tkaninové filtry) nejsou vhodné pro čištění odpadních plynů z tvarovací oblasti a vytvrzovací pece. Přilnavost částic a někdy vlhkost plynu vedou k rychlému zanášení filtru a to i při intenzivním čištění a údržbě. Při zpracování kamenné vaty, která se často tvaruje za sucha, je možné použít deskový filtr s kamennou vatou. Ten je tvořen pláštěm z oceli nebo betonu, v němž jsou na kazetách namontovány desky z kamenné vaty sloužící jako filtrační médium. Tento typ filtru má dobrou účinnost při odstraňování pevných částic a kapek pojiva, ale má nízkou účinnost při odstraňování plynných sloučenin. Filtrační médium se musí pravidelně vyměňovat nebo čistit, aby se zachovala účinnost odstraňování pevných částic a aby se zabránilo zvýšení odporu proti proudu vzduchu. Pokud se na místě provádí briketování, mohou se použité desky obvykle recyklovat do pece. Provoz může být polosuchý, ale celková účinnost se značně zvýší, když je provoz suchý. Ani jeden ze systémů nevytváří tok vodného odpadu a vlhké filtrační desky se rovněž mohou snadno recyklovat briketováním. Dřívější verze byla tvořena věžovým filtrem s válci z kamenné vaty jako filtračním médiem. Tato technika je méně účinná a byla překonána kazetovým uspořádáním desek. Věžový filtr byl vhodnější pro vlhké odpadní plyny s větším obsahem pojiva, ale nemohl pracovat s odpadními plyny upravenými proudovými odlučovači. Dosažené přínosy pro životní prostředí Filtry z kamenné vaty jsou velice účinné při odstraňování pevných částic, kapek a aerosolů. Úrovně emisí dosažené s použitím této techniky jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Tato technika nemá významný vliv na plynné látky, ale v kombinaci s primárním řízením (např. provoz za sucha) a při nízkých emisích aerosolů lze dosáhnout úrovní uvedených v tabulce. To rovněž vede k nízké hustotě kouře z tohoto typu filtru (viz také Oddíl 4.5.6.2.5).
Mezisložkové vlivy Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním filtrů z kamenné vaty je uveden v Tabulce 4.38. Tabulka 4.38:
Hlavní výhody a nevýhody filtrů z kamenné vaty
Výhody:
• • • • •
Dobrá účinnost při odstraňování částic, lze dosáhnout < 20 mg/m3. Použité filtrační desky lze recyklovat do procesu, je-li pro to odpovídající zařízení. Nevzniká vodný odpad. Nízké investiční náklady. Nízký pokles tlaku, a proto relativně nízké provozní náklady a spotřeba energie.
Nevýhody:
• • •
Spotřebovává se energie, ale v porovnání s jinými sekundárními technikami je spotřeba relativně malá. Omezená účinnost odstraňování plynných látek. Technika se nepovažuje za vhodnou pro výrobu skleněné vaty.
Provozní údaje Nebyly dodány žádné informace.
Sklářský průmysl
293
Kapitola 4
Použitelnost Tato technika se omezovala zejména na oblasti tvarování kamenné vaty, i když se stále více používá na vytvrzovacích pecích na kamennou vatu (viz Oddíl 4.5.6.2.5). Techniku lze použít jak u nových, tak u stávajících procesů výroby kamenné vaty. Více než 90 % procesů výroby kamenné vaty používá tuto techniku k čištění odpadních plynů z tvarovací oblasti, kolem 30 % ji používá k čištění emisí z vytvrzovacích pecí a téměř 40 % k čištění plynů z chlazení. Dřívější omezené používání na vytvrzovacích pecích bylo způsobeno částečně vysokou teplotou plynu, ale také rozšířeným používáním spalování plynů. V současné době však používání pasivního filtru z kamenné vaty může být u vytvrzovacích pecí považováno za upřednostňovanou techniku. Není znám žádný případ použití této techniky při výrobě skleněné vaty. Hlavní důvody, proč se technika nepoužívá při výrobě skleněné vaty, jsou diskutovány dále. Nepřetržitost výroby skleněné vaty vyžaduje použití kontinuálního čištění, aby se materiál nehromadil v odsávacím potrubí a ve ventilátoru. Normálně se používají proudové odlučovače. Ty se nepoužívají při výrobě kamenné vaty, protože diskontinuální výroba procesu umožňuje čištění potrubí. Výroba kamenné vaty také používá relativně méně pojiva, a tak je hromadění materiálu pomalejší. Při výrobě kamenné vaty se vlákno obvykle sbírá do tvaru rohože s konstantní tloušťkou, rohož se pak pokládá na zvláštní tvarovací dopravník a získává požadované vlastnosti. Primární rohož je tenká, způsobuje pouze malý konstantní pokles tlaku a umožňuje použití jednoduchého relativně nízkoobjemového odsávacího systému. Při výrobě skleněné vaty se používá jednoduchý konvejerový tvarovací systém. Tloušťka rohože se po celé délce konvejeru zvětšuje a liší se v závislosti na výrobku. Změna diferenciálního tlaku po celé délce konvejeru vyžaduje použití několika odsávacích systémů s různou kapacitou a celkové odsávání vzduchu musí mít vysoký tlak, musí být proměnné a regulovatelné. Úroveň a rozmístění odsávání je důležitým prostředkem řízení procesu, který je u každého provozovatele jiný. Proměnlivý vyšší objem a vyšší tlak spalin z výroby skleněné vaty nejsou ideální pro filtrační systémy. Vodou nasycený vysoký obsah pojiva v odpadních plynech z oblasti, kde se tvaruje skleněné vlákno, by rychle ucpal filtr z kamenné vaty. To by vyžadovalo časté výměny filtračního média a vzniklo by velké množství mokrého odpadu vyžadujícího recyklaci nebo uložení na skládku. Další komplikací při použití filtrů z minerální vlny při výrobě skleněné vaty je velká obtížnost recyklace materiálu do pece. Recyklace vláknitých odpadů do pecí na minerální vlnu je diskutována v Oddíle 4.7. Hospodárnost Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a závisí především na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Investiční náklady jsou velmi nízké a malý pokles tlaku vede k nízkým provozním nákladům v porovnání s dalšími konvenčními filtračními systémy. Hnací síla zavádění techniky Filtry z kamenné vaty jsou velmi účinné při odstraňování pevných částic a kapek/aerosolů s relativně nízkými a provozními náklady a malou spotřebou energie. Vzorová zařízení Rockwool Lapinus, Roermond, Nizozemsko Rockwool AB, Hallekis, Švédsko
Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
294
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.5.6.2 Vytvrzovací pec Mokrá vyrobená rohož vchází do pece, kde je přibližně teplota 250 oC. Vlhkost se vypaří spolu s jakýmkoli těkavým materiálem a pojivo se začíná vytvrzovat. Teplota a doba zdržení v peci jsou kriticky důležité. Pojivo se musí přiměřeně zesítit, ale ne nadměrně vytvrdit, jinak utrpí kvalita výrobku. Emise z pece budou tvořeny těkavými pojivovými materiály, produkty rozkladu pojiva a produkty spalování z pecních hořáků. Obecně výrobky ze skleněné vaty obsahují relativně vyšší hladiny pojiva než výrobky z kamenné vaty, z čehož vyplývají vyšší emise. Emise z pece, pokud nejsou vyčištěny, mohou rovněž zapáchat. Pec je obvykle otápěná plynem a je odsávána. Emise z pecí jsou lepkavé a je zde nebezpečí možného požáru vzhledem k ukládání hořlavých materiálů v odsávacím systému, hlavně u pecí na skleněnou vatu. Aby se tomu zabránilo, musí se proud odpadních plynů buď promývat vodou, nebo se musí přidat teplo, aby se odstranila lepkavost znečišťujících látek. V procesech bez spalování se obvykle do odsávacího potrubí stříká voda, aby se zamezilo hromadění pryskyřičného materiálu a zabránilo vzniku požáru. Voda rovněž odstraňuje z proudu plynu některé unášené materiály.
4.5.6.2.1 Proudové odlučovače a cyklony Popis Tato technika je popsána v Oddíle 4.5.6.1.1, ale jsou zde některé další otázky, které je třeba zvážit. Odpadní plyny z pece mají mnohem menší objem a vyšší teplotu než plyny z tvarovací oblasti. Proto zvláště při výrobě skleněné vaty představuje hromadění pryskyřičného materiálu v potrubí riziko požáru a dokonce exploze. Voda rozprašovaná do plynu má podstatný chladicí účinek a z odpadních plynů kondenzují některé látky. To nemusí nutně znamenat, že jsou tyto látky odstraněny a ve vstupních oblastech systému bude materiál těkat ze špinavé užitkové vody. Dosažené přínosy pro životní prostředí Kvůli malému poklesu tlaku v systému bude účinnost odstraňování jemných pevných částic docela nízká. Používání proudových odlučovačů a cyklonů však podporuje kondenzaci některých látek, čímž brání hromadění zbytků v potrubí a snižuje riziko požáru s následnými emisemi do ovzduší. Stejně jako ve tvarovací zóně je systém dynamickou rovnováhou a plynné emise silně závisí na chemizmu provozní vody a pojiva.
Mezisložkové vlivy Pokud není použita jiná technika k odstraňování unášené vody (např. pevné lože s náplní, cyklon nebo odlučovač kapek), může tato technika vést k vysoké spotřebě vody a emisím mlhy. Provozní údaje Úrovně emisí dosažené s použitím této techniky jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Použitelnost Co se týká tvarovací oblasti, je tato technika v principu použitelná ve všech procesech výroby minerální vlny. V mnoha zařízeních na výrobu kamenné vaty se nepoužívá, protože se má za to, že není nutná k čištění a mohla by negativně ovlivnit výkonnost jiných technik. Asi v 90 % zařízení na výrobu skleněné vaty se u vytvrzovacích pecí používají proudové odlučovače a cyklony, často k čištění kombinovaných odpadních plynů z tvarování a vytvrzování. Tato technika se využívá k předúpravě ve spojení s ostatními technikami.
Sklářský průmysl
295
Kapitola 4
Hospodárnost Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a závisí především na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Otázky týkající se toho, jaké náklady lze zvažovat jako náklady na snižování emisí, jsou stejné jako u tvarovací oblasti. Hnací síla zavádění techniky Zejména při výrobě skleněné vaty představuje hromadění pryskyřičného materiálu v potrubí riziko požáru a dokonce exploze. Voda rozprašovaná do plynu má podstatný chladicí účinek a z odpadních plynů kondenzují některé látky. Vzorová zařízení Tato technika je tak rozšířená, že není účelné uvádět jednotlivá zařízení.
Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
4.5.6.2.2 Pračky plynů Tato technika je pro tvarovací oblast popsána v Oddíle 4.5.6.1.2 a diskuze je stejná i u emisí z vytvrzovacích pecí. Důležité pro emise z vytvrzovací pece zpracované pračkami plynů je to, že jejich objem je mnohem menší a koncentrace znečišťujících látek se liší. Obecně je méně pevných částic, obsah fenolu je srovnatelný, ale amoniaku a formaldehydu je znatelně více. Úrovně emisí dosažitelné pračkou s pevným ložem (s provozní vodou jako pracím médiem) v odvětví minerální vlny jsou uvedeny v Tabulce 4.40 (diskuze viz Oddíl 4.5.6.1.2.). Emise z vytvrzovacích pecí mají relativně vyšší podíl plynných emisí v porovnání s emisemi z tvarovací oblasti, takže celková účinnost může být vyšší. Toto bude opět záviset na množství použité čisté vody a na chemickém složení pojiva a užitkové vody. Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a závisí především na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Uvedené náklady platí pro kombinované emise z tvarování a tvrzení. Většina příkladů emisí z vytvrzovacích pecí čištěných pračkami plynů platí i pro kombinované emise a vzhledem k nízkému objemu jsou náklady navíc obvykle nízké. Rozdíly v uvedených nákladech souvisí především s proudem vzduchu a hrubý odhad nákladů na úpravu samotných emisí z vytvrzovací pece lze provést poměrným snížením nákladů, ale tento poměr není přímo úměrný. V podstatě je tato technika použitelná na všech zařízeních (diskuze viz Oddíl 4.5.6.1.2.).
4.5.6.2.3 Mokré elektrostatické odlučovače Pro tvarovací oblast je technika popsána v Oddíle 4.5.6.1.3 a diskuze je použitelná u všech pecních emisí. Použití mokrých ESP k čištění pouze pecních emisí není běžné, obvykle se tyto systémy používají pro kombinované emise. Vzhledem k vyšším relativním koncentracím emisí plynných a zapáchajících látek v pecních spalinách by nebyl mokrý ESP nejvhodnější volbou techniky snižování pouze pecních emisí. Když se však zkombinují emise z tvarovací oblasti, čímž dojde ke zředění, může být mokrý ESP logickou volbou. Úrovně emisí dosažené touto technikou jsou uvedeny v Tabulce 4.40 a náklady v Tabulce 4.41. V podstatě je tato technika použitelná jak na nových, tak na stávajících zařízeních.
296
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.5.6.2.4 Spalování odpadních plynů Popis Spalování se často používá k řízení organických emisí z průmyslových procesů. Jeho nevýhodou je destrukce materiálu (zabraňující regeneraci), často může vyžadovat dodatečnou energii a vytváří oxid uhličitý a oxidy dusíku. Může však používat energeticky účinný design a může tvořit nedílnou část dodávky tepla pro sušení nebo tvrzení. Existují dva typy spalovacích zařízení: tepelná spalovací zařízení (> 750 °C) nebo katalytická spalovací zařízení (350 až 400 °C). Tepelné spalování rozkládá organické sloučeniny tepelnou oxidací na oxid uhličitý, vodu, oxidy síry a dusíku a na další produkty spalování. Hlavní požadavky na účinné spalování jsou uvedeny dále. •
Doba zdržení ve spalovací komoře musí být dostatečně dlouhá, aby zaručila dokonalé spálení. 99% účinnost odstraňování obvykle vyžaduje dobu zdržení 1 až 4 sekundy při odpovídající teplotě.
•
Provozní teplota by měla být 200–400 oC nad samozápalnou teplotou nejstabilnější látky, přičemž typické provozní teploty jsou kolem 800 oC. Tam, kde proud plynu obsahuje chlorové a aromatické látky, se teplota musí zvýšit na 1100–1200 oC a k zamezení vzniku dioxinů je nutné rychlé ochlazení spalin.
•
Pro účinný přenos tepla a hmoty ve spalovací zóně a k zabránění vzniku „chladných míst“ je potřeba turbulence. Té se obvykle docílí pomocí hořáků, které vytváří vířivý spalovací plamen, a instalací přepážek do spalovací komory.
Katalytické spalování nejspíše nebude v tomto odvětví praktickou volbou, protože vysoké zatížení částicemi a přítomnost pryskyřičných materiálů by vedlo k otrávení katalyzátoru. Dosažené přínosy pro životní prostředí Spalování je účinná technika odstranění organických látek z proudu odpadních plynů, ale neodstraňuje anorganické pevné částice. Spalování spotřebovává energii a vytváří emise CO2 a oxidů dusíku, které v emitovaném množství mohou být považovány za výhodnější než zničené látky, a může zvýšit množství energie, která má být regenerována z kouřových plynů. Odpadní plyny z vytvrzovacích pecí také obsahují amoniak a jiné látky obsahující dusík, které se částečně oxidují a vytvářejí NOX. Dobře konstruované spalovací zařízení sníží celkové organické sloučeniny pod 10 mg/Nm3.
Mezisložkové vlivy Souhrn hlavních výhod a nevýhod spojených s používáním spalování odpadních plynů je uveden v Tabulce 4.39: Spotřeba energie spojená s používáním spalování odpadních plynů odpovídá 200 m3 plynu na kg odstraněného fenolu a formaldehydu, nebo 20 m3 na kg odstraněného amoniaku. Následné zvýšení emisí CO2 se odhaduje na 400 kg na kg fenolu/formaldehydu a 40 kg na kg amoniaku.
Sklářský průmysl
297
Kapitola 4
Tabulka 4.39: Hlavní výhody a nevýhody spalování odpadních plynů
Výhody: • •
Vysoká účinnost při odstraňování organických znečišťujících látek a zápachů. Nevzniká vodný ani pevný odpad.
Nevýhody: • • • •
Vysoká spotřeba energie. Metody regenerace energie z kouřových plynů by měly být používány, pokud je to technicky možné. Dochází k emisím oxidu uhličitého a oxidů dusíku. Část amoniaku je přeměněna na oxidy dusíku. Nulová účinnost při odstraňování anorganických částic. Značně vyšší náklady než u kombinovaného čištění s emisemi z tvarování, je-li možné.
Zdroj: [89, EURIMA Suggestions 2007]
Provozní údaje Úrovně emisí dosažené s použitím této techniky jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Nejsou dostupné žádné údaje týkající se spotřeby energie spojené s používáním spalování odpadních plynů.
Použitelnost V době psaní tohoto dokumentu (2010) se tato technika používá jenom k úpravě emisí z pecí na vytvrzování kamenné vaty a využívá ji 60–70 % zařízení. Níže jsou popsány alternativní možnosti. Vzhledem k vysokému objemu, nízké koncentraci, nízké teplotě a někdy k vysokému obsahu vlhkosti je tato technika považována za neúnosně nákladnou pro zpracování odpadních plynů z tvarovací oblasti. V podstatě je tato technika použitelná jak na nových, tak na stávajících zařízeních. Při výrobě skleněné i kamenné vaty je obvykle možnost kombinace emisí z vytvrzovací pece s emisemi z tvarovací části a jejich úpravu jednou technikou, což je často mnohem ekonomičtější. V zásadě není žádný důvod, proč by se emise z pece na vytvrzování skleněné vaty nemohly snižovat spalováním. Nemusí to však představovat nejekonomičtější řešení. Hospodárnost Náklady na spalování odpadních plynů jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a závisí především na proudu vzduchu a velikosti zařízení. Hospodárnost spalování značně závisí na možnostech regenerace tepla. Náklady závisí na řadě faktorů, ale především na: • objemu upravovaných odpadních plynů, který určuje rozměry spalovací komory; • teplotě odpadních plynů, která ovlivňuje design spalovacího zařízení a požadavky na pomocné palivo; • výhřevnosti plynu, která ovlivňuje požadavky na pomocné palivo; • spalovací teplotě, která určuje konstrukční materiály; • přístrojovém vybavení; • možnostech regenerace tepla; • požadavcích na instalaci – venku, uvnitř, v přízemí, na střeše atd. Hnací síla zavádění techniky Dodržení zákonem stanovených emisních limitů pro organické emise a vyřešení problémů souvisejících se stížnostmi místních obyvatel na zápach.
298
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Vzorová zařízení Rockwool Lapinus, Roermond, Nizozemsko Partek Rockwool AB, Hallekis, Švédsko Owens Corning, Queensferry, Velká Británie
Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
4.5.6.2.5 Filtry z kamenné vaty Popis Filtry z kamenné vaty mohou být použity jako kombinovaný filtrační systém pro odpadní plyny z tvarovací a vytvrzovací oblasti nebo jako oddělený filtr pouze pro vytvrzovací oblast. Podrobný popis techniky je uveden v Oddíle 4.5.6.1.4. Dosažené ekologické výhody Filtry účinně sníží emise pevných organických a anorganických částic, ale nijak významně nesníží plynné emise. To povede ke zvýšení emisí organických složek a amoniaku z pojiva, ale spotřeba energie a emise oxidů dusíku a CO2 budou ve srovnání se spalovacím zařízením nižší. Zvýšené emise složek pojiva jsou obvykle nevýznamné v porovnání s emisemi z tvarovací oblasti. Mezisložkové vlivy Filtry z kamenné vaty zachytí většinu organických i anorganických pevných částic, ale emise plynných složek budou sníženy jen nepatrně. Provozní údaje Výsledky týkající se používání filtrů z kamenné vaty jsou uvedeny v Tabulce 4.40, v porovnání s ostatními technikami na snižování emisí. Použitelnost Filtry z kamenné vaty se používají k úpravě emisí z vytvrzovacích pecí na výrobu kamenné vaty jako alternativa ke spalování odpadních plynů. Koncentrace pevných částic v plynech z vytvrzování jsou většinou velmi nízké, takže několik stávajících zařízení používá k úpravě plynů z vytvrzování pouze primární opatření a komín. Komín může být buď kombinovaný pro plyny z tvarování a vytvrzování, nebo pro každý provoz zvlášť. Hospodárnost Náklady na tuto techniku jsou uvedeny v Tabulce 4.41 a velkou měrou závisí na proudu odpadních plynů a velikosti zařízení. Hnací síla zavádění techniky Odstraňování pevných organických látek a kapek/aerosolů, aby byly dodrženy zákonem stanovené limity organických emisí, může představovat hnací sílu zavádění této techniky. Vzorová zařízení Nebyly dodány žádné informace.
Referenční literatura [89, EURIMA Suggestions 2007]
Sklářský průmysl
299
Kapitola 4
4.5.6.3 Chlazení výrobků Aby se výrobek po opuštění pece ochladil na přijatelnou teplotu, musí skrze něj projít velké množství vzduchu (obvykle 10 000 až 40 000 m3/hod.). Tento plyn bude pravděpodobně obsahovat kusy vláken, částice vytvrzeného pojiva a malé množství organického kouře, který může zapáchat. Tento proud plynu není v odvětví větším problémem, ale může způsobit místní problémy. Plyn lze upravit třemi hlavními způsoby, v odvětví lze nalézt příklady všech metod, a všechny jsou považovány za dostupné a cenově přijatelné. Použitím všech tří metod lze dosáhnout nízkých úrovní emisí a výběr bude záležet na místních okolnostech. V některých případech, kdy jsou emise velice nízké, nemusí být nutné jejich sekundární snižování. Tyto tři techniky jsou: •
použití filtračního systému k odstranění prachu v kombinaci s dostatečnou rychlostí vypouštění, která zabraňuje klesání zapáchajících látek k zemi
•
použití systému praní plynů kombinovaného s přiměřeným rozptylem. Nejnižší úrovně emisí částic a kouřových emisí poskytuje systém Venturiho typu
•
kombinace chladicího vzduchu se systémem čištění odpadních plynů z tvarovací části nebo z vytvrzovací pece.
Ekonomicky i ekologicky nejúčinnější volbou je pravděpodobně možnost kombinace.
4.5.6.4 Zpracování a balení výrobků Výroba minerální vlny zahrnuje řadu operací s výrobkem – ořezávání, řezání a podélné oddělování, ze kterých vznikají prachové emise. Přijatelným způsobem čištění těchto emisí je účinný sběr a odsávání, a poté odsátý vzduch projde účinným systémem na odstranění prachu, obvykle tkaninovým filtrem (viz také Oddíl 3.8.2.4). Rovněž činnosti při balení jsou možným zdrojem úniku prachu a měly by být řešeny stejným způsobem. Objemy plynu z těchto činností se mohou značně lišit (5000 až 70 000 m3/hod). Aby se co nejvíce snížily investiční a provozní náklady na zařízení na snižování emisí, měl by se objem odsátého vzduchu snižovat na minimum odpovídající dobrému sběru prachu.
4.5.6.5 Zápachy vznikající při výrobě minerální vlny Technické hodnocení zápachu je obtížné, nákladné a potenciálně subjektivní a je k dispozici málo informací. Zařízení na výrobu minerální vlny však mohou být zdrojem stížností místních obyvatel na zápach. Tento problém se v minulých letech zmenšil díky zdokonalenému provozu a řízení, ale u řady zařízení je stále problémem. Tento oddíl diskutuje zápachy ze všech částí výroby včetně tavení. Konvenční vzducho-plynové a kyslíko-plynové pece obvykle nezpůsobují problémy se zápachem, ani když se taví recyklovaný materiál, protože vše probíhá za vysokých teplot. Elektrické pece se studenou klenbou způsobují zápach jen zřídka, ale je to možné při recyklaci minerální vlny. Pojivové materiály se mohou během tavení částečně tepelně rozkládat a mohou se emitovat některé zapáchající látky. Tento problém lze zmírnit přidáním oxidačního činidla nebo předúpravou vlákna. Z tavení v kupolových pecích vznikají značné emise zapáchajícího sirovodíku. Přijatelným řešením je spálení systémem přídavného spalování, který si rovněž poradí s dalšími zapáchajícími emisemi z recyklovaného materiálu nebo surovin.
300
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hlavním zdrojem zápachu jsou následné procesy, zvláště tvarování a vytvrzování. Zápachy mohou také vznikat z chlazení výrobků, zvláště z hutných výrobků nebo z výrobků s vysokým obsahem pojiva, nebo když dojde k nadměrnému vytvrzení. Zápach z jednotlivých chemikálií používaných v procesu není považován za významný. Zápach vzniká převážně z chemických a tepelných reakcí organického pojiva používaného v procesu. Charakteristický zápach připomíná „hořící bakelit“. Stížnosti na zápach z formaldehydu a amoniaku jsou mimo zařízení velmi vzácné. Většina zápachů vzniká ve vytvrzovací peci, kde probíhají hlavní chemické reakce a tepelné procesy. Při sušení také bude docházet k určité destilaci složek pojiva a meziproduktů. Vnitřek většiny vytvrzovacích pecí vykazuje hromadění vláknitého a pryskyřičného materiálu, který může rovněž vlivem teploty v peci vylučovat zapáchající složky. Ve vytvrzovacích pecích jsou také běžné malé ohně nebo lokalizované případy doutnání a emitovaný kouř a výpary mohou velmi zapáchat. Výskyt zápachu lze významně snížit dobrou údržbou a dobrým čištěním pece, systémy praní plynů, adekvátním rozptylem a rychlým uhašením každého ohně. Velice účinným řešením problému je spalování odpadních plynů z vytvrzovací pece. Činnosti ve tvarovací oblasti také mohou vytvářet zapáchající látky, zvláště pokud se pojivo stříká na horká vlákna. Atmosféra je však chladnější a proto vlhčí než ve vytvrzovací peci a objemy plynů jsou mnohem větší, takže jsou koncentrace zapáchajících látek zředěné. Přestože se může z tvarovací části emitovat významné množství zapáchajících látek, zápach vzniká pouze tehdy, když koncentrace látky překročí prahovou koncentraci zápachu, a proto jsou emise z tvarovací oblasti obecně méně páchnoucí než emise z vytvrzovací pece. Jestliže emise z tvarovací oblasti zapáchají, mohou se minimalizovat praním plynů a odpovídajícím rozptýlením. Problematické zápachy lze upravit praním plynů s použitím oxidačního činidla, ale musí se tak činit odděleně od systému užitkové vody. Otázky chemického praní plynů se diskutují v Oddíle 4.5.6.1.2. Shrnutí obecně dosažitelných úrovní emisí do ovzduší z hlavních netavicích činností v odvětví minerální vlny (rozvlákňování, tvarování, vytvrzování a chlazení) jsou uvedeny v Tabulce 4.40. Údaje uvedené v této tabulce odráží aktuální měření v aktivních zařízeních. Aktuální emise závisí nejen na použitých technikách na jejich snižování, ale také na obsahu pojiva ve vyráběném produktu a na použitých primárních technikách. V důsledku toho údaje uvedené v tabulce vykazují překrývající se rozsahy emisí u různých technik na jejich snižování. V Tabulce 4.41 je uveden souhrn údajů o nákladech používání technik na snižování emisí na hlavních netavicích činnostech v odvětví minerální vlny. Techniky na snižování emisí se používají v souladu s popisem uvedeným v tabulce. Například mokrý elektrostatický odlučovač (WESP) bude vždy kombinován s nárazovou pračkou s předřazeným cyklonem, který odstraňuje vlákna a vodu, proto jsou náklady udávány podle popisu.
Sklářský průmysl
301
Kapitola 4
Tabulka 4.40:
Obecně dosažitelné úrovně emisí do ovzduší z netavicích činností v odvětví minerální vlny používajících rozdílné techniky Emise (1) v mg/Nm3 (kg/t výrobku v závorce)
Proces/technika Pevné částice
NOX
CO2
Těkavé organické látky (2)
Fenol
Formaldehyd
Amoniak
15 (0,6) 9–64 (0,6–3,2)
2 (0,08) 0,4–14 (0,03–0,8)
1 (0,04) 0,7–6,4 (0,06–0,25)
10(0,4) 8–61 (0,36–5,0)
14 (0,56) 3–28 (0,13–1,7)
Nárazová pračka + cyklon + WESP (3)
19 (1,21)
7,0 (0,46)
3,6 (0,269)
56 (3,6)
20,3 (1,43)
Nárazová pračka + cyklon + usazovací komora
18,1 (0,65)
1,31 (0,0465)
3 (0,1)
48,8 (1,81)
Aminy (2)
Kombinované rozvlákňování, tvarování a sušení Cyklon Nárazová pračka + cyklon
4
Filtr z kamenné vaty ( )
5236 (194)
23,7 (0,89)
2
18,3 (0,8)
18,8 (0,7)
6,5 (0,23)
39,3 (1,41)
48 ( )
14,5 (1,11)
1,88 (0,14)
1,65 (0,13)
19,5 (1,49)
11 (0,35)
0,75 (0,024)
1,4 (0,044)
30,9 (0,97)
2 (0,06)
7–44 (0,15–1,2)
0,5–14 (0,01–0,25)
0,7–5,4 (0,017–0,14)
6,7–64,2 (0,18–1,4)
70,4 (2,75)
81 (0,33)
1,02 (0,0043)
1,4 (0,018)
125 (0,84)
14,4 (0,08)
Nárazová pračka + cyklon + PBS ( )
1,9 (0,0048)
0,18 (0,0005)
0,03 (0,00007)
44,3(0,11)
42,7(0,11)
Spalování odpadních plynů (4)
3–29 (0,01–0,16)
0,2–30 (0,0004–0,1)
0,22–7,1 (0,001–0,06)
6–90 (0,05–0,24)
45–204 (0,08–1,3)
11 (0,25)
5,85 (0,019)
5,4 (0,022)
65 (0,28)
34 (0,12)
13,5 (0,03)
1,2 (0,004)
5 (0,011)
83 (0,26)
225 (0,3)
5,5 (0,047)
3,89 (0,02)
18,3 (0,08)
43,3 (0,12)
Kombinované rozvlákňování a tvarování Cyklon Nárazová pračka + cyklon + PBS (3) 4
Filtr z kamenné vaty ( )
9,3(0,71) 20,7 (0,65) 0,08 (0,0016)
Samotné vytvrzování Cyklon 3
Filtr z kamenné vaty (4) Spalování + filtr z kamenné vaty (2)
16 000–8000 (35–81)
0,07 (0,0002) 0,3 (0,001)
Chlazení Cyklon 4
Filtr z kamenné vaty ( ) (1) (2) (3) (4)
12,5 (0,04) 4–50 (0,02–0,41)
Údaje o emisích uvedené jako rozsah úrovní vychází ze značného počtu měření (min. 9, max. 23). Jediný údaj o emisích vychází z průměru omezených počtů měření (min. 1, max. 4). Dostupné údaje jsou omezené. WESP = mokrý elektrostatický odlučovač; PBS = pračka s pevným ložem. Tyto techniky se používají pouze ve výrobě kamenné vaty.
Zdroj: [93, EURIMA data tables 80% 2007]
302
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.41:
Investiční a provozní náklady technik na snižování emisí u netavicích činností v odvětví minerální vlny
Technika na snižování emisí
Kapacita zařízení (t/den)
Investiční náklady (v mil. eur) (1)
Provozní náklady (v mil. eur za rok) (2)
Měrné náklady (eur/t) (2)
Nárazová pračka + cyklon
50
1,1
0,15
16,5
Nárazová pračka + cyklon + WESP
150
4,4
0,6
23,5
Nárazová pračka + cyklon + pračka plynů
100–150
2,3
0,5 (100 t/d) 0,62 (150 t/d)
18,5 (150 t/d) 20,5 (100 t/d)
Filtry z kamenné vaty
150–350
0,9 (200 t/d)
0,86 (200 t/d)
16 (200 t/d)
Tvarování + vytvrzování
Tvarování + vytvrzování + chlazení Nárazová pračka + cyklon + pračka plynů + WESP
250
7,6
0,95
21
Suché čištění + pračka plynů + WESP (3)
250
13,7
0,73
28,5
150
1,3–4,3
0,4–0,55
17–18,5
Nárazová pračka + cyklon
25
0,8
0,16
29
Pračka s příčným tokem
100
3,1
0,15
15,5
Filtry z kamenné vaty
150–350
1,0 (150 t/d) 8,4 (350 t/d)
0,55–0,6
8,5–17
150–200
0,8–1,3
0,2 (recyklace) 0,4 (odstranění)
5,5 (recyklace) 14,5 (odstranění)
150–350
0,6–1,3 (150–250 t/d) 3,5 (350 t/d)
0,3–0,6
5,5–14
Tvarování + chlazení Filtry z kamenné vaty Pouze tvarování
Pouze vytvrzování Filtr z kamenné vaty + dodatečné spalování Vytvrzování + chlazení Spalování odpadních plynů (dodatečné spalování)
(1) Investiční náklady zahrnují roční odpisy z investic, náklady na úroky, přípravu zařízení, čištění kouřových plynů, čištění/odstraňování odpadů atd. (2) Provozní a měrné náklady zahrnují údržbu, energii, chemická činidla, emisní povolenky CO2, odstraňování odpadů, spotřebu vody atd. (3) V případě suchého čištění a praček plynů + mokrého elektrostatického odlučovače: investiční náklady zahrnují zařízení na recyklaci prací vody; měrné náklady nezahrnují náklady související se zařízením na recyklaci prací vody. Zdroj:[115, EURIMA-ENTEC Costs evaluation 2008]
4.5.7 Vysokoteplotní izolační vata Hlavním ekologickým problémem z netavicích činností v odvětví vysokoteplotní izolační vaty (HTIW) je uvolňování pevných částic, které mohou obsahovat vláknitý prach z vysokoteplotní izolační vaty, do ovzduší. Navíc z některých sekundárních úprav, zvláště ze sušení a vytvrzování, mohou vznikat emise těkavých organických látek. Emise pevných částic a vláknitého prachu mohou vzniknout v řadě oblastí procesu, např.: rozvlákňování a sbírání vlákna, plstění, vypalování maziv, podélné řezání, odřezávání okrajů, řezání, balení a oblastí druhotné úpravy.
Sklářský průmysl
303
Kapitola 4
Technické možnosti na snížení emisí z navazujících činností jsou většinou založeny na filtraci pevných částic jednoúčelovými filtry umístěnými blízko zdroje uvolňování, kam jsou odvedeny kouřové plyny. Během výroby vláken se přidává lubrikant, aby se snížilo tření mezi jednotlivými vlákny, a usnadnilo se tak zpevňování. Po rozvláknění se jednotlivá vlákna ve sběrné komoře pokládají pomocí podtlaku na prodyšný sítěný dopravník vyrobený z drátěného pletiva. Plyny obsahující prach jsou poté pneumaticky odvedeny skrz potrubí do tkaninového filtru (suchého separátoru), kde se prach odstraní. Tkaninové filtry jsou v určitých intervalech pneumaticky čištěny. Odstraněná vlákna a vláknitý prach jsou zabaleny do uzavíratelných polyetylenových sáčků a používány částečně jako surovina pro vakuově tvarované produkty nebo při recyklaci alternativních materiálů. Díky procesu změkčování se sníží emise ze zpevňování tkaniny/koberce. Prach vytvořený zpevňovacími stroji se odsává přímo u strojů. Odsátý vzduch se čistí filtračními separátory. K odstranění organického změkčovacího činidla vzniklý koberec prochází před dalším zpracováním termální úpravou. Odpad a ořezky vniklé během ořezávání jsou podtlakem odsáty, přivedeny do tkaninového filtru v uzavřeném systému a baleny jako výrobek do polyetylenových (PE) pytlů. Před zabalením vzniklý koberec prochází chladicí zónou, ve které je skrze něj odsáván okolní vzduch, aby jej ochladil. Veškerý prach vytvořený tímto procesem se sbírá ve filtračních separátorech. Materiál odstraněný ve všech systémech se používá jako surovina pro vakuově tvarované díly nebo desky. Všechny oblasti, kde se může uvolňovat prach obsahující pevné částice nebo vlákna, lze obsluhovat účinným odsávacím systémem, který odvětrává přes tkaninový filtrační systém. Dobře dimenzovaný a účinně provozovaný primární filtrační systém je schopen dosáhnout hladiny emisí v rozmezí 1–5 mg/Nm3 (< 1 mg/Nm3 u vláken). Tam, kde se proces spoléhá na primární filtry, bude některá forma tkaninového filtru fungovat jako bezpečnostní opatření. Mnoho zařízení je vybaveno alarmem pro případ poklesu tlaku, ale není možné se na něj výhradně spoléhat. Obvykle je dávána přednost filtračním systémům s odsávacím ventilátorem instalovaným na čisté straně tkaninového filtru (systémy s podtlakem). Systémy s přetlakem, s ventilátorem na neupravené straně mohou způsobit uvolnění materiálu v případě netěsnosti v systému za ventilátorem. Čisticí cykly filtrů lze optimalizovat, aby byla zaručena maximální účinnost filtrace. U některých zařízení, zvláště tam, kde dochází k úniku vláken, je vibrační mechanismus účinnější než systém reverzních trysek. Vzhledem k povaze sebraného materiálu je důležité zajistit, aby se s ním manipulovalo a aby se odstraňoval způsobem, který by zabránil jakémukoli úniku do ovzduší nebo do vody. V některých případech je možné sebraný materiál recyklovat do pece. Organické látky mohou unikat z vypalování maziva nebo z vytvrzování nebo sušení při sekundárním zpracování. Provozní zkušenosti ukazují, že tyto úniky bývají velice nízké. Pokud jsou však emise významné (např. více než 100 g/hod), lze je řídit buď primárně úpravou složení, nebo standardními technikami na snižování emisí, např. spalováním nebo absorpcí.
304
Sklářský průmysl
Kapitola 4
4.5.8 Frity Při výrobě frit nevznikají v navazujících procesech žádné významné emise do ovzduší. Broušení a mletí se obvykle provádí za mokra, ale regulace prachu může být nutná, když se mletí provádí za sucha a možná i v oblastech balení suchých výrobků. Nejúčinnější technikou je pravděpodobně odsávání následované systémem tkaninových filtrů.
4.6 Techniky řízení emisí do vody Obecně jsou emise do vody relativně nízké a sklářství se potýká jen s několika většími specifickými problémy. Tento dokument se nezabývá obecnými problémy s emisemi do vody, které jsou společné pro mnoho průmyslových procesů a které jsou dopodrobna diskutovány v technické literatuře. Tento oddíl stručně shrnuje tyto obecné problémy a tam, kde je to nutné, podává další informace o problémech, které jsou specifické pro sklářský průmysl. Voda se obecně používá hlavně k čištění a chlazení a lze ji snadno recyklovat nebo upravovat standardními technikami. Hlavní možné zdroje znečištění vody jsou uvedeny níže: • odtok povrchové vody • rozlití, rozsypání nebo netěsnosti při skladování surovin • odtok vody z oblastí znečištěných kapalnými nebo pevnými látkami • voda použitá k mytí výrobků • chladicí voda a proplachovací chladicí voda z uzavřených okruhů • odpadní voda z praček plynů. S výjimkou splašků obecně obsahuje vypuštěná odpadní voda pouze pevné částice skla, určité znečištění olejem, některé rozpustné suroviny z výroby skla (např. síran sodný) a chemikálie z úpravy chladicí vody. Jestliže se vyskytují potenciálně znečišťující látky, používají se opatření, která jim zabrání v proniknutí do vodního okruhu. Kdekoli to lze provést, použijí se uzavřené chladicí systémy a minimalizují se proplachy. Je-li to třeba, k dalšímu snížení emisí lze použít standardní techniky na snižování znečištění, např. sedimentace, průchod česlemi, separace oleje, neutralizace a vypouštění do obecní kanalizační sítě. K řízení emisí ze skladování kapalných surovin a meziproduktů se mohou použít standardní techniky dobré praxe: • použití ochranné nádoby (ochranné hráze) dostatečné velikosti • kontrola/zkouška nádrží a ochranných hrází a zajištění neporušenosti • ochrana před přeplněním (uzavírací ventily, alarmy atd.) • umístění ventilů a plnicích míst uvnitř ochranné hráze nebo jiného ochranného kontejnmentu. Obecně se monitorování emisí do vody provádí na směsných vzorcích sebraných za dvě hodiny nebo za den (v některých členských státech je referenčním vzorkem denní průměr čtyř z pěti vzorků). Běžně se používají pravidelná měření pH a teploty. Problémy považované za specifické pro sklářství jsou: • • • • •
vodní systémy výroby minerální vlny odpadní voda z výroby nekonečného skleněného vlákna speciální sklo (obrazovkové sklo) užitkové sklo (olovnatý křišťál, křišťálové sklo) chlazení frit (chladicí a mlecí okruhy).
Sklářský průmysl
305
Kapitola 4
Minerální vlna Procesy výroby minerální vlny jsou za normálních podmínek čistým spotřebitelem vody a emitují do vzduchu značná množství vodní páry z tvarování a v menší míře z vytvrzovacích operací. Kromě výše uvedených obecných případů zde nedochází k žádnému podstatnému vypouštění odpadní vody. Většina procesů provozuje uzavřený systém užitkové vody (viz Obrázek 2.11) a tam, kde je to možné, se do tohoto systému svádí i proplachovací a mycí voda. Užitková čisticí voda a rozlitá pojiva se obvykle recyklují do okruhu užitkové vody. Systém užitkové vody má omezený objem, ale může být navržen tak, aby obsahoval nádrž k zachycení nadměrného objemu, která se pak může pomalu vypouštět zpět do systému. Většina materiálů používaných v procesu je kompatibilní s chemií užitkové vody. Malé množství znečištěné odpadní vody může pocházet z chemických záchytných hrází, rozlití nebo rozsypání nebo lapačů oleje. Nejsou-li takové materiály kompatibilní se systémem užitkové vody, mohou se jímat do sběrné nádrže. Protože je objem těchto odpadních vod malý, obvykle se vypouštějí do městské kanalizace nebo se odesílají mimo zařízení k odstranění. Lze použít techniky uvedené v Tabulce 4.42, ale pro takhle malé objemy to pravděpodobně nebude ekonomické. Velký objem systémů užitkové vody představuje potenciál pro znečištění okruhů čisté vody, jako je povrchová voda a voda na chlazení střepů. Systémy lze dimenzovat a provozovat tak, aby se toto riziko minimalizovalo. Například systémy čisté vody by měly být uzavřené tam, kde procházejí oblastmi, ve kterých jim hrozí znečištění. Biologické čištění je technikou, která může být použita v odvětví výroby minerální vlny k rozložení organických sloučenin vznikajících při aplikaci pojiva. Biologické pračky používající bakterie a prací věže snižují množství organických nečistot v užitkové vodě (viz Tabulka 4.36 v Oddíle 4.5.6.1.3). Nekonečná skleněná vlákna Emise vznikají ve formovací oblasti, při přípravě pojiv, při mytí, chlazení, aplikaci pojiva na tkaniny a rohože a z vodních čisticích systémů. Hlavním zdrojem emisí je tvarovací oblast. V důsledku vysoké rychlosti navíječky a pohybu vlákna během tažení se část aplikovaného pojiva vyhazuje a vytlačuje ven. Hlavní znečišťující látkou v neupravené odpadní vodě jsou pojivové materiály. Emise ze všech výrobních procesů lze významně snížit pečlivými manipulačními postupy, zvláště v oblasti přípravy pojiv. Typy a koncentrace znečišťujících látek se budou významně měnit podle změn v pojivových systémech a v závislosti na provozní praxi. Koncentrace nečistot v odpadní vodě je někdy malá díky ředění oplachovací vodou, ale obvykle tyto vody obsahují vysoká množství organických nečistot pocházejících z pojivových materiálů. Odpadní voda bude obvykle vyžadovat úpravu buď vypuštěním do městské kanalizace, nebo čištěním na místě vhodnou kombinací technik uvedených v Tabulce 4.42. Jestliže se odpadní vody musí přímo vypustit do vodního toku, nejúčinnější úpravou prováděnou na místě bude pravděpodobně biologické čištění. To však vyžaduje pečlivý design a provoz čisticího systému, protože účinnost biologické úpravy je někdy ohrožena nízkými koncentracemi a vysokým podílem polymerů. Speciální sklo Odvětví speciálního skla je velmi rozmanité a není možné identifikovat všechny potenciální emise do vody a všechny vhodné techniky na snižování těchto emisí. Většina činností v tomto odvětví řeší pouze obecné problémy s odpadní vodou popsané výše. Výroba určitých výrobků, zvláště obrazovkového skla, však zahrnuje mokré broušení a leštění. Z toho vzniká proud vody obsahující brusiva a leštidla (např. oxid ceričitý, karborundum) a jemné částice skla, které mohou obsahovat olovo. Tento tok odpadu lze upravit kombinací standardních technik odstraňování pevných částic uvedených dále v Tabulce 4.42. Olovo ve skle je v podstatě nerozpustné a celkový obsah olova bude záviset na obsahu pevných látek.
306
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Užitkové sklo Odvětví užitkového skla obecně vykazuje velmi nízké emise do vody. Stejně jako v ostatních odvětvích průmyslu se voda používá hlavně k chlazení a mytí a emise budou obsahovat vodu z proplachování vodních chladicích systémů, oplachovací vodu a povrchový odtok vody. Z některých činností, zvláště z výroby olovnatého křišťálu a křišťálového skla, však vznikají specifické související emise. •
Voda používaná při broušení obsahuje brusiva a množství jemných skleněných částic. Tuto odpadní vodu lze čistit standardními technikami separace pevných látek. Vodu lze znovu použít při řezání, aby se minimalizovalo množství emisí, i když malý objem by se měl odvádět mimo okruh. Olovo obsažené ve skle je v zásadě nerozpustné.
•
V případě leštění kyselinou má sklo po ponoření do kyseliny na povrchu vrstvu síranu olovnatého. Tato vrstva se smývá horkou vodou, která se tak stává kyselou a bude obsahovat rozpustný síran olovnatý. Tuto odpadní vodu lze čistit kombinací fyzikálních a chemických technik. Síran olovnatý může zreagovat a vysráží se z něj olovo (např. reakcí s uhličitanem vápenatým vzniká uhličitan olovnatý), které je pak možné odstranit koagulací nebo flokulací následovanou fyzikální separací. Pomocí těchto technik by mělo být možné snížit množství olova na méně než 0,5 mg/l.
•
Kyselý odpad z pračky plynů bude třeba před vypuštěním neutralizovat. Alternativně lze regenerovat kyselinu fluorokřemičitou, která se může prodat jako chemická surovina. K odstranění fluoridů vzniklých z roztoku kyseliny fluorovodíkové používané k leštění (viz Oddíl 3.6.2.3) se může do kyselé vody přidávat uhličitan vápenatý.
Seznam možných technik na čištění odpadních vod je uveden v Tabulce 4.42.
Tabulka 4.42:
Přehled možných technik na čištění odpadních vod ve sklářském průmyslu Fyzikální a chemické čištění
• • • • •
prosévání stírání usazování odstřeďování filtrace
• • • •
neutralizace aerace srážení koagulace a flokulace
Biologické čištění
• •
aktivovaný kal biofiltrace
Frity Emise do vody vznikají z běžného chlazení, mytí a povrchového odtoku vody. Okruhy pro chlazení a mletí jsou obvykle uzavřené s doplňováním čerstvé vody, ale někdy se proplachují, aby se zamezilo hromadění solí. Úrovně emisí jsou velmi nízké, ale mohou v nich být suspendované pevné částice, které by mohly obsahovat některé prvky vyžadující čištění na místě, aby se voda dala znovu použít v jiných provozních procesech. Tyto prvky jsou většinou vázány v suspendovaných pevných látkách a mohou být odstraněny separací pevných částic. V případě boru může být tento parametr v proplachové vodě vyšší, než jsou běžné úrovně v ostatních sklářských odvětvích, což bude vyžadovat jiné procesní roztoky [98, ANFFECC Position of the Frit Sector 2005].
Sklářský průmysl
307
Kapitola 4
4.7 Techniky k minimalizaci jiných odpadů Pro sklářství je charakteristické, že většina činností produkuje relativně malé množství pevných odpadů. Většina procesů nemá významné toky vedlejších produktů. Zbytky z procesů jsou tvořeny nespotřebovanými surovinami a odpadním sklem, které nebylo přeměněno na výrobek. Hlavní zbytky z procesů vznikající ve sklářském průmyslu a techniky jejich regulace jsou diskutovány dále. Odpad z kmene Odpady z kmene vznikají při manipulaci a skladování. Tam, kde to kvalitativní požadavky dovolí, je možné je obratem recyklovat do výrobního procesu. V případech, kdy se materiál nahromadí, nemusí mít dostatečnou čistotu pro recyklaci, ale množství tohoto typu materiálu je možné snížit technikami popsanými v Oddíle 4.3. Prach sebraný z toků odpadních plynů Ve většině případů lze prach sebraný z toků odpadních plynů vnitřně recyklovat do výrobního procesu. Recyklovaný prach z filtrů funguje jako náhrada za suroviny obsahující síru ve výrobách, které používají sírany jako čeřidla. Při použití absorbentů kyselých plynů je možné tyto absorbenty vybrat tak, aby byly kompatibilní se surovinami a mohly se recyklovat, i za cenu úpravy složení kmene. Tento problém je dále diskutován v Oddíle 4.4.1. Používání prachu z filtrů ve složení kmene může být zdrojem dlouhodobých problémů způsobených unášením a možnou korozí žáruvzdorných materiálů a krátkodobých problémů souvisejících s hromaděním par síry a NaCl v kouřových plynech. V regenerativních pecích se během kampaně v regenerátorech usazuje značné množství prachu. Během přestavby nebo opravy se tento materiál odstraní a uloží na řádně povoleném místě. Obecně není praktické tento materiál recyklovat. Tavenina nepřeměněná na výrobek Tento tok odpadu vzniká hlavně při přerušení tvarování buď kvůli nesprávnému provozu, nebo při změně výrobku. Nejčastější a nejúčinnější technikou je ochlazení a rozbití taveniny ve vodě a následné přímé použití vzniklých střepů jako suroviny. Je řada případů, kde toto není proveditelné, nebo se neprovádí. Obecně je možné znovu roztavit veškeré zmetky z výroby obalového skla. Největší výjimkou jsou případy, kdy je sklo kontaminováno, např. keramickými nečistotami z cizích střepů. Při výrobě plaveného skla dochází k přerušení výroby většinou za plavicí lázní, a tak je odpadem obvykle pevné sklo, které se také může rozbít a recyklovat jako střepy. Podobně při výrobě nekonečného vlákna dochází k přerušení obvykle po vytvarování vlákna a odpadním materiálem je vlákno. Dalším zdrojem tohoto typu odpadu je sklo vypouštěné drenáží, při které se ze dna feedru odpouští proud skloviny obsahující hutnější neroztavené částice. Když se neodstraní, mohou tyto částice způsobit problémy při rozvlákňování, které mohou vést k poškození nákladných zařízení a dalšímu odpadu. Interní recyklace tohoto materiálu není moc vhodná, protože se tak vrací do pece odloučené nečistoty, které tečou zpět do trysek. To může způsobit postupné přibývání neprotaveného materiálu a eventuálně větší množství odpadu vlivem problémů s rozvlákňováním. V některých případech je možné recyklovat tento materiál v jiných sklářských odvětvích. Ve výrobě vysokoteplotní izolační vaty bylo málo finančně výhodné recyklovat odpadovou taveninu, ale protože náklady na skládkování a ceny surovin rostou, je i zde tendence recyklovat maximální možné množství odpadů.
308
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Ve výrobě kamenné vaty nelze recyklovat jemný materiál do kupolové pece, protože by mohl narušit proudění plynu v materiálovém loži. Problém lze překonat briketováním odpadu a vytvořením kusů velikostí srovnatelných se standardními surovinami. Tato technika se nyní hodně používá a osvědčila se jak ekonomicky, tak technicky, i když ekonomická výhodnost se mění podle rozsahu. Tímto způsobem lze rovněž recyklovat kapky (nerozvlákněné kusy) kamenné vaty (viz Oddíl 3.8.4). Odpadní produkty Tato kategorie zahrnuje materiál nevyhovující požadované specifikaci, odříznuté okraje, odpad z přechodu na jiný výrobek, střepy a kvalitativní vzorky. Kde je to možné, dává se před recyklací přednost opatřením na snížení objemu odpadu, například šířku odříznutých okrajů lze snížit na minimum. Tato opatření přinášejí také ekonomické přínosy. „Tvrdý“ odpad, například odříznuté okraje plochého skla a zmetkové obalové sklo, se po rozbití recykluje jako střepy. U některých zařízení se to nedělá, buď kvůli změně ve složení výrobku, nebo jednoduše proto, že to není považováno za ekonomicky přitažlivé. Teoreticky lze tímto způsobem recyklovat veškeré „tvrdé“ sklo s výjimkou velmi znečištěného skla nebo zmetků se značnými vadami (kamínky, šlíry), které je třeba skládkovat. V odvětví minerální vlny jsou odpady z produktů vláknité, a tak je nelze recyklovat přímo do pece. Řešením je rozemletí nebo rozdrcení materiálu a jeho následná recyklace do vanových pecí ve formě prášku nebo po briketování do kupolových pecí na výrobu kamenné vaty. Přestože je princip této techniky zdánlivě jednoduchý, je velice náročná a teprve nedávno se stala ekonomicky schůdnou vzhledem k tomu, že se zvyšují náklady na skládkování. V době psaní tohoto dokumentu (2010) se tato technika běžně nepoužívá. Dalším problémem při výrobě skleněné vaty je obsah organického materiálu, který se musí v peci oxidovat. To obecně vyžaduje zvýšené používání dusičnanů, které se rozkládají za vzniku NOX, a někdy MnO2, který se rovněž používá jako oxidační činidlo. Kdykoli je to možné, vláknitý materiál se zpracovává a prodává jako foukaná vata. Odpad z odříznutých okrajů se obvykle roztrhá a recykluje přímo zpět do závoje z vláken. Množství odpadu, které lze takto recyklovat, je omezené (pouze odříznuté okraje) a obvykle nelze recyklovat výrobky s vysokými požadavky na pevnost. Vláknitý odpad z odvětví vysokoteplotní izolační vaty má stejné problémy jako odvětví minerální vlny. Toto odvětví recykluje stále více vláknitého odpadu a výzkum v této oblasti neustále pokračuje. Výroba nekonečného vlákna má vysoké kvalitativní požadavky a v době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyly známy příklady přímé recyklace odpadního vlákna v plném rozsahu. Problém zjevně souvisí s organickými složkami vlákna a manipulace s vláknitými materiály. Pevný odpad ze systémů odpadní vody Odpad separovaný z odpadních vod se obecně nerecykluje a ukládá se na skládku. V některých odvětvích, zvláště u užitkového skla (kal z broušení olovnatého křišťálu), je vyvíjena snaha ve směru regenerace a zhodnocení těchto toků odpadů. Ve většině odvětví není finančně schůdné tento odpad regenerovat, protože je ho buď málo, nebo má nepředvídatelné/kontaminované složení. V odvětví obalového skla je odpad ze systémů chladicí vody často interně recyklován (jemné částečky skla smíchané s olejem). Předúprava spotřebitelského sběru (např. z lahvové banky) se v tomto oddíle nediskutuje, protože to není tok odpadu z procesu, a tak je v tomto směru mimo záběr Směrnice. Recyklace střepů však má důležitý vliv na výrobu a mluví se o něm v Oddílech 4.4 a 4.8. Navíc kromě snížení měrné spotřeby energie u tavicího procesu tato praxe snižuje spotřebu surovin, což je podle Směrnice kladné.
Sklářský průmysl
309
Kapitola 4
4.8 Energie Výroba skla je velice energeticky náročný proces a výběr energetického zdroje, techniky otápění a způsobu regenerace tepla jsou ústředním bodem při navrhování pece a hodnocení ekonomické účinnosti procesu. Tato hlediska také patří mezi nejdůležitější faktory, které ovlivňují environmentální profil a energetickou účinnost tavení. Obecně energie nutná k tavení skla může tvořit přes 75 % celkových energetických potřeb odvětví výroby skla s průměrem 65 % celkových vstupů energie při zvážení všech odvětví sklářského průmyslu. Výše uvedené procentní podíly se týkají energie v místě použití a nejsou upraveny na primární energii (viz Oddíl 3.2.3). Souhrn typických hodnot dosažených s použitím dostupných technik/opatření na minimalizaci měrné spotřeby energie je uveden v Tabulce 4.43, kde jsou údaje uváděné pro různá sklářská odvětví odvozovány na základě souhrnných statistických údajů uvedených v Kapitole 3 (např. u obalového skla byl použit nižší 50. percentil ze souhrnných údajů) a hodnot ze vzorových zařízení.
Tabulka 4.43:
Typická měrná spotřeba energie dosažená použitím dostupných technik/opatření k minimalizaci spotřeby energie
Odvětví
Typ pece/kapacita
GJ/t utavené skloviny (1)
GJ/t hotového výrobku (2)
méně než 100 t/den více než 100 t/den Elektrické pece méně než 100 t/den více než 100 t/den
5,5–7 3,3–4,6 2,9–3,6 7–9 4,8–6
Všechny kapacity
5–7
<8
Všechny kapacity
7–14
< 20
Konvenční pece méně než 100 t/den (3) více než 100 t/den Elektrické pece (4)
6,7–9,5 5–6 3,4–4,3
Obalové sklo Lahve a sklenice Flakony
< 7,7 < 16
Ploché sklo Nekonečná skleněná vlákna Užitkové sklo
Speciální sklo Všechny produkty Elektrické pece (4) Sodnovápenaté sklo Konvenční pece Boritokřemičité sklo Minerální vlna Skleněná vata Všechny kapacity Kamenná vata Všechny kapacity Vysokoteplotní izolační vata Všechny kapacity Frity Kyslíko-palivové pece Vzducho-palivové pece a vzducho-palivové pece obohacené kyslíkem (1) (2) (3) (4)
310
méně než 24 u kapacit nepřesahujících 100 t/den (3) méně než 18 u kapacit přes 100 t/den
3,9–4,5 5–10 10–15
< 20
2,7–5,5 4,2–10
< 14 < 12
6,5–16,5
< 20
≤9 < 13
Údaje souvisí se spotřebou energie v peci. Údaje souvisí s celkovou spotřebou energie v celém zařízení. Hodnoty nezahrnují zařízení vybavená pánvovými pecemi nebo denními vanami, jejichž spotřeba energie k tavení se může pohybovat mezi 10 a 30 GJ/t utavené skloviny. Uváděné údaje se týkají energie v místě použití a nejsou upraveny na primární energii.
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hodnoty uváděné v Tabulce 4.43 představují informativní hodnoty pro konkrétní odvětví, ale nemusí pokrývat celý rozsah provozních podmínek tavicích pecí a všech navazujících činností souvisejících s konkrétním skleněným výrobkem. Ve skutečnosti podíl střepů použitých v kmeni, kvalitativní požadavky na sklovinu a poměr „pack-to-melt“ (poměr hmotnosti zboží připraveného k expedici vůči hmotnosti utavené skloviny) se mohou v rámci každého odvětví značně lišit s následným vlivem na měrnou spotřebu energie. Úprava uvedených hodnot na primární energii (tj. u elektrické tavby, elektropříhřevu, kyslíkopalivového otápění) může rovněž mít významný vliv na hodnoty měrné spotřeby energie. Náklady na energii při tavení jsou jednou z největších položek provozních nákladů na sklářské zařízení a jsou významným finančním stimulem pro provozovatele, aby snížili spotřebu energie. Ekonomické úspory byly tradičně hnací silou použití energeticky úsporných technik, ale v poslední době nabývají na důležitosti ekologická hlediska spotřeby energie. U pecí otápěných fosilními palivy využití energie přímo ovlivňuje přímé i nepřímé emise na tunu skla u těch látek, které pochází přímo ze spáleného fosilního paliva, zvláště CO2, SO2 a NOX, ale také částic. Tyto problémy jsou v této kapitole diskutovány jednotlivě v oddílech specifických pro jednotlivé látky. Spotřeba energie a hlavní faktory ovlivňující energetickou účinnost jsou diskutovány v Kapitole 3, kde jsou údaje o měrné spotřebě energie uvedeny pro každý sektor sklářského průmyslu. Tento oddíl diskutuje techniky ke zlepšení účinnosti pece.
4.8.1 Techniky tavení a konstrukce pece [19, CPIV 1998] [6, EEO 1995] [15, ETSU 1992] Výběr tavicí techniky může mít velký vliv na energetickou účinnost. Výběr je ve velké míře určen řadou ekonomických úvah. Hlavním faktorem je požadovaný výkon a související investiční a provozní náklady během životnosti pece. Důležitým aspektem provozních nákladů je spotřeba energie a provozovatel si obecně vybírá co možná energeticky nejúčinnější konstrukci. V konvenčních pecích otápěných fosilními palivy je hlavní rozdíl v konstrukci pece v tom, zda je systém regenerace tepla založen na regenerátorech nebo na rekuperátoru. Rozdíly v konstrukci a provozu jsou diskutovány v Kapitole 2. Jedním z hlavních faktorů výběru je velikost pece, která je diskutována dále v Oddíle 4.2. Regenerativní pece dosahují vyšší teploty předehřevu spalovacího vzduchu, až na 1300–1400 oC ve srovnání s maximálně 750–800 oC dosahovanými v rekuperativních pecích, z čehož vyplývá i lepší tavicí účinnost. Díky obecně větší velikosti jsou regenerativní pece rovněž energeticky účinnější než menší rekuperativní pece. Je to proto, že měrné ztráty konstrukcí jsou nepřímo úměrné velikosti pece, hlavním důvodem je změna poměru plochy pece k jejímu objemu. Moderní regenerativní pec na tavení obalového skla bude mít celkovou tepelnou účinnost kolem 50 %. Ztráty odpadními plyny budou kolem 25-35 % (kolem 14-20 % při předehřívání kmene a střepů), a velká část zbývajících ztrát připadne na ztráty konstrukcí. Tepelná účinnost rekuperativní pece bez další regenerace tepla se bude blížit 20–30 %. Regenerativní pece mohou být U-plamenné nebo příčně otápěné. U-plamenné pece jsou tepelně účinnější (až o 10 %), ale řízení teploty je omezenější a je zde horní mez velikosti pece (v současné době kolem 150 m2 u obalového skla). Celkově hraje provoz pece důležitější roli v energetické účinnosti než typ pece (Uplamenná nebo příčně otápěná). Pece na plavené sklo, stolní sklo a flakony (na parfémy a luxusní kosmetiku) jsou méně účinné než pece na obalové sklo, protože měrný výkon je mnohem nižší kvůli kvalitativním požadavkům a/nebo chemickému složení čeřidel.
Sklářský průmysl
311
Kapitola 4
Energie regenerovaná pomocí regenerátoru se může maximalizovat zvýšením množství použitých žáruvzdorných cihel. V praxi to lze provést zvětšenými regenerátorovými komorami nebo dělenými, ale propojenými strukturami, které se nazývají víceprůchodové regenerátory. Jak se účinnost regenerátoru asymptoticky blíží ke svému maximu, uplatňuje se zákon klesajících výnosů. Základním omezením je cena dodatečných žáruvzdorných cihel a v případě stávající pece prostorové omezení a další náklady na úpravu infrastruktury pece. Tento princip se častěji aplikuje u U-plamenných pecí, protože mají jednodušší geometrii regenerátoru, i když i na příčně otápěných pecích byly provedeny určité aplikace. Modifikace stavby regenerátoru na stávajících pecích (jestliže je to technicky i ekonomicky možné podle uspořádání zařízení) se může provést jen během přestavby pece. Na počátku kampaně se spotřeba energie může snížit až o 15 % ve srovnání s ekvivalentní pecí s typickým jednoprůchodovým regenerátorem, v závislosti na velikosti původního regenerátoru. Na druhé straně s používáním víceprůchodových regenerátorů mohou být spojeny potenciální problémy s kondenzací s následnou potřebou čištění mřížoví a následný pokles účinnosti energie. Moderní pece vybavené jednoprůchodovou regenerací vykazují účinnost regenerace energie téměř 65 %. V těchto případech by použití víceprůchodových regenerátorů nepřineslo významnější zlepšení energetické účinnosti pece. Jediným negativním dopadem je zvýšené množství žáromateriálů, které se musí odstraňovat na konci životnosti pece. Tento negativní dopad je omezený, protože velká část přidaných žáruvzdorných cihel vydrží dvě nebo tři kampaně pece a existují neustále se vyvíjející řešení pro recyklaci tohoto materiálu. Přestože vyšší teplota předehřátí vzduchu v pecích vybavených víceprůchodovými regenerátory je možným původcem zvýšení teploty plamene a tím i vzniku NOX, nemají tyto pece prakticky vyšší úrovně emisí NOX, jestliže se u zdroje provedou vhodná opatření k jejich snížení. Existuje řada materiálů, které jsou vhodné k použití jako tepelně akumulační média, a jako mřížoví regenerátorů. Nejjednodušším řešením je použití žáruvzdorných cihel v otevřeném neboli „roštovém“ vzoru, což obecně umožní účinnost regenerátoru kolem 50 % (teplo regenerované vzduchem ve srovnání s teplem obsaženým v odpadních plynech). Přenos tepla však lze zlepšit používáním speciálně tvarované vyzdívky. Například tavenolité zvlněné kruciformy ve srovnání se standardní vyzdívkou z cihel zvýší účinnost tepelné výměny. Účinek tohoto typu žáruvzdorných cihel na spotřebu energie závisí na počátečním stavu a velikosti regenerátoru – uvádí se úspory paliva okolo 7 %. Navíc jsou tyto materiály velice odolné vůči chemickému vlivu těkavých látek z proudu spalin a během kampaně pece vykazují podstatně nižší opotřebení (v porovnání s běžnými cihlami). Do této doby (2010) bylo používání zvlněných tvarů zastoupeno instalací kruciforem do regenerátorů. Maximální teoretická účinnost regenerátoru je 77 %, protože hmota odpadních plynů z pece převyšuje hmotu vstupujícího spalovacího vzduchu a tepelná kapacita odpadních plynů převyšuje tepelnou kapacitu spalovacího vzduchu. Prakticky bude účinnost omezena náklady a také ztráty konstrukcí budou významnější, když se zvětší velikost regenerátorů. V praxi je obtížné vytvořit cenově výhodný regenerátor s účinností vyšší než 70 %. Geometrie pece neustále prochází úpravami, aby se optimalizovaly proudy a přenos tepla, jak pro zlepšení kvality skla, tak pro úspory energie. Vývoj je často kombinován s vývojem spalovacích systémů, aby se snížily emise a ušetřila energie. Změny geometrie pece jsou možné pouze u nových pecí nebo kompletních přestaveb a i tehdy skutečné možnosti mohou být omezeny konstrukcí a stávající infrastrukturou.
312
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Elektrické tavení, ať částečné nebo stoprocentní, zlepšuje energetickou účinnost, pokud se uvažuje izolovaně ve sklárně, ale když se vezme v úvahu účinnost výroby elektřiny a ztráty v rozvodné síti, není situace tak jasná. Tyto techniky jsou podrobněji popsány v Oddíle 4.2. Kyslíko-palivové tavení může také znamenat nižší spotřebu energie, ale jedná se o komplexní téma, které je podrobněji diskutováno v Oddíle 4.4.2.5. Pokroky ve vývoji žáromateriálů v posledních desetiletích umožnily provozovat pece s delší kampaní a s vyšším množstvím izolace. Maximální teplota, které může být horní stavba pece vystavena, byla v minulosti limitujícím faktorem izolace pece. Dnes musí být izolace pečlivě navržena podle části pece a provozních podmínek (teplota, typ skla atd.). Ne všechny části pece lze izolovat. Hladina skloviny a průtok musí zůstat neizolované, a musí se chladit, aby se prodloužila životnost pece. Žáromateriály ve styku se sklem a v horní stavbě jsou většinou tavenolité materiály nebo materiály ze slinutého oxidu chromitého, které jsou velmi hutné s nízkou porositou a odolávají tekutému sklu a těkavým látkám v horní stavbě. Mají vysokou tepelnou vodivost, a obecně potřebují dobrou izolaci, která by vedla k podstatným úsporám energie. U sodnovápenatého skla je běžná klenba z dinasu se silnou izolací. U kyslíko-palivových pecí se mohou používat jiné materiály (tavenolitý korund nebo AZS), aby vydržely případné působení alkalických par. Použití dinasu omezuje teplotu klenby pece na 1600–1620 °C, zatímco ostatní žáromateriály používané v klenbě, jako např. tavenolitý AZS, mulit nebo tavenolitý korund, mohou vydržet teploty přesahující 1620 °C. Jakékoli zvýšení teploty pece může rovněž negativně ovlivnit emise NOX a veškeré emise související s těkavými složkami v kmeni. Přídavná izolace může být používána v určitých oblastech pece jen s nepatrným rizikem poškození konstrukce. Stříkaná vláknitá izolace může významně snížit tepelné ztráty, pokud se aplikuje na konstrukci regenerátoru. Tato jednoduchá cenově příznivá technika může snížit tepelné ztráty regenerátoru konstrukcí až o 50 % a ušetřit 5 % energie. Další výhodou je to, že materiál účinně utěsní všechny trhliny v regenerátoru, a tím sníží vnikání studeného vzduchu a únik horkého vzduchu.
4.8.2 Řízení spalování a výběr paliva [6, EEO 1995] [15, ETSU 1992] V posledních desetiletích se jako palivo při výrobě skla používá převážně topný olej, přestože neustále roste popularita zemního plynu. V současnosti se oba druhy paliva používají stejnou měrou. Otápění zemním plynem vede k nižším emisím SOX, ale obvykle zvyšuje emise NOX. Je to proto, že plamen zemního plynu je méně sálavý a tepelná jímavost kouřových plynů z otápění zemním plynem (na GJ spáleného tepla) je jiná než u otápění olejem. To má za následek rozdílné tepelné ztráty i při stejné teplotě kouřových plynů a obecně vyšší spotřebu energie, která je přibližně o 7–8 % vyšší u zemního plynu než u topného oleje. Jak však rostou zkušenosti s otápěním zemním plynem, lze dosáhnout výkonnosti progresivně se blížící výkonnostem spojeným s otápěním topným olejem, i když olejem otápěné pece stále vykazují obecně vyšší energetickou účinnost. Zemní plyn má vyšší poměr vodíku k uhlíku a jeho použití snižuje celkově emise CO2 až o 25 % při stejném výkonu pece. Pokroky v technologii hořákových systémů s nízkými emisemi NOX rovněž vedly k úsporám energie. Snížením množství spalovacího vzduchu blíže ke stechiometrické úrovni se ztrácí méně energie odpadními plyny. Pokroky dosažené u spalovacích systémů, systémů přenosu tepla a řízení celého procesu v rámci vývoje zaměřeného na snížení emisí NOX v mnoha případech vedly ke zlepšení provozu a účinnosti pecí.
Sklářský průmysl
313
Kapitola 4
Ke zlepšení energetické účinnosti a výkonnosti pece se již delší dobu běžně používá obohacení spalovacího vzduchu kyslíkem. Nižší objem plynu a vyšší teploty plamene zlepšují energetickou účinnost, ale pokud tato technika není součástí pečlivě řízeného nízkoemisního spalovacího systému, může se podstatně zvýšit množství emisí NOX. Samostatné používání této techniky klesá právě kvůli těmto ekologickým problémům. Obohacování kyslíkem se však často používá v případech, kdy je ze vzduchu separován dusík (pro cínovou lázeň ve výrobě plaveného skla), a je tak k dispozici kyslíkem obohacený vzduch.
4.8.3 Používání střepů [30, Infomil 1998] [15, ETSU 1992] Používání střepů ve sklářské peci může významně snížit energetickou spotřebu a tento postup lze použít na všech typech pecí, tj. otápěných fosilními palivy, kyslíko-palivových a elektrických. Většina sklářských odvětví běžně recykluje všechny vlastní střepy. Výjimkou je odvětví výroby nekonečného skleněného vlákna, kde je toto považováno za nemožné kvůli kvalitativním omezením, a výroba frit (kde se neprodukují střepy jako takové). V odvětví výroby kamenné vaty se kapky a uniklá tavenina recyklují pouze v případě, že se používá briketovací proces (viz Oddíl 3.8.4). Základní podíl vlastních střepů ve kmeni se obyčejně pohybuje v rozmezí 10–25 %. Střepy mají při tavení nižší nároky na energii než základní suroviny, protože endotermní chemické reakce související se vznikem skla již proběhly, a jejich hmota je o 20 % nižší než u odpovídajících surovin v kmeni. Proto zvýšení množství střepů v kmeni může ušetřit energii – zpravidla každých 10 % přidaných střepů sníží energetickou spotřebu pece o 2,5–3,0 %. Obecně přináší použití střepů významné úspory nákladů jako důsledek snížení spotřeby energie i surovin. Ceny střepů však v poslední době značně rostly a zajištění jejich dostupnosti je stále obtížnější. Proto používání střepů není vždy ekonomicky výhodné. Je třeba rozlišovat mezi střepy vlastními (recyklované sklo z výrobní linky) a střepy cizími (recyklované sklo ze spotřebitelského sběru nebo z externích průmyslových zdrojů). Složení cizích střepů není tak zřejmé, a to omezuje jejich použití. Problémy s kvalitou často omezují používání střepů v kmeni kvůli jejich kontaminaci, která se obtížně zjišťuje a odstraňuje. To platí zejména v případě výroby luxusního obalového skla (extra flintové lahve nebo flakony na parfémy a kosmetické výrobky), stolního skla, speciálního skla a plochého skla, kde kvalitativní požadavky na konečný výrobek omezují použití externích střepů. Odvětví obalového skla však může neomezeně využívat výhody používání značného množství cizích střepů z recyklace lahví. Recyklace skleněných střepů se řídí evropskou legislativou, zejména Směrnicí 94/62/ES, která stanovuje cíle pro recyklaci obalových odpadů. V době psaní tohoto dokumentu (2010) se používání významných množství cizích střepů omezuje na odvětví obalového skla a některé oblasti odvětví minerální vlny, zejména výrobu skleněné vaty. Výjimku tvoří případy, kdy jsou zavedeny speciální sběrné programy. Přestože je odvětví obalového skla hlavním spotřebitelem externích střepů, vysoké požadavky na kvalitu některých hotových skleněných výrobků (extra flintové lahve, flakony na parfémy a kosmetické výrobky) požadované zákazníky se vždy neslučují s kvalitou dostupných střepů kvůli jejich obsahu nečistot, který má za následek následné snížení poměru střepů ve složení kmene. Střepy ze spotřebitelského sběru vyžadují nákladné čištění, aby byly vhodné k použití jako surovina pro výrobu skla. Sklářská odvětví s vyššími kvalitativními požadavky nebo s malou dostupností cizích střepů (např. ploché sklo) se mohou pokusit kontaktovat velké spotřebitele a recyklovat jejich odpadní sklo. Použití cizích střepů při výrobě obalového skla kolísá od < 20 % do > 90 %, průměr v EU je kolem 50 %.
314
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Intenzita recyklace je v členských státech velmi rozdílná v závislosti na programech spotřebitelského sběru skla. V odvětví užitkového skla používání cizích střepů ve výrobním procesu brání obecně problémy s kvalitou. Použití vlastních střepů je omezeno vhodností střepů správné kvality a složení. Obecně se průměrné objemy používaných cizích střepů pohybují okolo 25 % u sodnovápenatých skel, i když je možné zaznamenat až 50% podíly v závislosti na typu výrobku. U olovnatého křišťálu se průměrně používá okolo 35 % střepů. Pro výrobu flintového (bezbarvého) skla lze tolerovat jen velice malé množství barevných střepů, protože barevné sklo nelze odbarvit. Proto jsou k maximalizaci recyklace potřeba recyklační programy buď s odděleným sběrem hlavních barev skla, nebo alternativně s tříděním střepů ze smíšeného sběru podle barev. Obecně jsou v EU vydatné zásoby smíšených barevných, zelených a hnědých střepů. Flintové střepy jsou však méně časté, a proto pece tavící barevné sklo pracují s vyššími podíly střepů, zejména při výrobě zeleného skla, kde lze použít směs různých barev. Situace se vzhledem k regionálním rozdílům mezi státy EU značně liší, například je problémem ve Velké Británii, protože základem výroby je flintové sklo, a přitom je zde značný podíl barevných střepů importovaných vinných lahví. V důsledku toho je podíl střepů v britských pecích v průměru nižší. Pokud jde o provoz pece, může velké množství střepů představovat také jiné výhody, jako jsou nižší emise pevných částic. Střepy se předehřívají snadněji než kmen. Výkon pece se tedy může významně zvýšit, ale při používání velkého množství střepů má výrobce řadu nevýhod. Příklady jsou uvedeny níže: •
Kovové nečistoty, jako jsou uzávěry nebo fólie z vinných lahví, mohou způsobit vážné poškození žáromateriálu a zkrátit životnost pece. Kovové části klesají ke dnu, kde dochází k jevu zvanému „vrtání“. Kovy nebo kovové kapky (zejména olovo) hromadící se na žáruvzdorném dně tavicí pece se provrtává skrze materiál tvořící dno kvůli rozpouštění žáromateriálu podporovanému gradienty povrchového napětí, které vznikají v přímé blízkosti kovových kapek. Kontaminace kovy, přítomnost olovnatého křišťálu a redukčních sloučenin ve střepech mohou způsobit vady skla.
•
Keramické vměstky, jako je kamenina, keramika nebo sklokeramika, které nejsou ve sklovině rozpustné, se projevují v konečném výrobku jako „kamínky“, často doprovázené opakní barvou a výrobky se vyřazují.
•
Při velkém množství střepů ve vsázce se regulace složení a tím fyzikální charakteristiky skloviny mohou zhoršit, což může způsobit problémy s kvalitou konečného výrobku. Proměnlivý obsah organických látek (zbytky potravin, papírové etikety, plasty) může způsobovat problémy v oxidačnímredukčním stavu, což vede k problémům při barvení a čeření.
•
Hliníkové uzávěry a fólie působí lokálně jako silné místní redukční činidlo a redukují oxid křemičitý ve skle na kovový křemík (Si). Křemík tvoří ve skleněných výrobcích inkluze (malé kuličky), které značně snižují mechanickou pevnost skla kvůli pnutí způsobenému velkými rozdíly v koeficientu tepelné roztažnosti mezi sklem a křemíkem.
•
Nečistoty ve střepech mohou vést k emisím do ovzduší (olovo, sloučeniny fluoru a boru atd.).
Sklářský průmysl
315
Kapitola 4
Kromě podstatných energetických úspor umožněných použitím střepů je zde řada dalších důležitých ekologických přínosů. Emise CO2, SOX, NOX a prachu se v důsledku menší spotřeby paliva a nižších tavicích teplot podstatně snižují. Díky nižším teplotám také mohou být nižší emise ostatních těkavých látek. Nečistoty ve střepech však mohou také vést k vyšším emisím HCl, HF a kovů a SOX (při výrobě skel s nízkým obsahem síry). To se týká zvláště oblastí s intenzivní recyklací, kde se v recyklovaném materiálu mohou hromadit nečistoty. Mnoho surovin ve sklářství jsou uhličitany a sírany, které při tavení uvolňují CO2 a SOX. Vyšší podíl střepů snižuje emise vznikající z těchto surovin a snižuje spotřebu vlastních surovin.
4.8.4 Spalinové kotle Principem této techniky je průchod odpadních plynů přímo skrz vhodný trubkový kotel a tvorba páry. Páru lze použít k topení (vytápění prostorů a vytápění skladů topného oleje a potrubí) nebo, prostřednictvím vhodného parního motoru nebo turbíny, k pohonu generátorů na výrobu elektřiny nebo vybavení zařízení, např. vzduchových kompresorů nebo ventilátorů na IS strojích. Plyny přicházející z regenerátorů nebo rekuperátorů mají obvykle teplotu v rozmezí od 600 do 300 oC. Teplota na výstupu určuje regenerovatelné teplo, které je kvůli riziku kondenzace v kotli a kvůli zajištění řádného provozu komína omezeno na 200 oC. Na trubkách kotle vystavených odpadním plynům z pece se může usazovat zkondenzovaný materiál (např. síran sodný, podle složení) a v závislosti na teplotě a složení kouřových plynů se mohou tvořit lepkavé a korozivní složky (např. hydrogensíran sodný), které mohou reagovat s kovovou strukturou trubek. Trubky kotle je proto třeba pravidelně čistit, aby se zachovala účinnost regenerace (u kotlů navazujících na zařízení na odstraňování prachu to není tak důležité). Čištění na místě se provádí automaticky parou, mechanicky nebo při pravidelné údržbě. Použitelnost a ekonomická proveditelnost techniky je dána celkovou účinností, které lze docílit (včetně efektivního využití vytvořené páry). V praxi byly spalinové kotle zvažovány pouze k získání zbytkového tepla z regenerátorových nebo rekuperátorových systémů. Jsou známy minimálně dva příklady jejich instalace na kyslíko-palivových pecích (viz Tabulka 4.18). V mnoha případech je množství regenerovatelné energie nízké pro účinnou výrobu energie a na výrobu přehřáté páry k pohonu turbín může být potřeba příhřev. Rekuperativní pece s vyššími teplotami odpadních plynů nebo zařízení, kde je možné svést odpadní plyny z více pecí dohromady, nabízí více možností na výrobu energie. Spalinové kotle se průmyslově využívají v některých sklárnách na výrobu obalového skla, ale většina těchto zařízení pracuje u pecí na výrobu plaveného skla. Spalinovými kotli jsou vybaveny všechny pece na plavené sklo v Německu a rovněž mnoho pecí v ostatních členských státech. Investiční náklady mohou překročit 1 mil. eur s různou dobou návratnosti podle výkonu a cen převažující energie. Pokračující zlepšování účinnosti primární energie snižuje hospodárnost spalinových kotlů. U mnoha zařízení nemusí být doba návratnosti přijatelná, ale toto je různé případ od případu. Použitím procesu 3R se může stát stávající spalinový kotel efektivnějším a pravděpodobně by zlepšil ekonomický provoz každého nového navrhovaného systému. Jestliže je však z jakýchkoli příčin instalace spalinového kotle považována za nevhodnou nebo ekonomicky neatraktivní, nemusí instalace procesu 3R tuto situaci nutně změnit. V Tabulce 4.44 jsou uvedeny údaje týkající se vzorových zařízení, kde se používají spalinové kotle (tepelné výměníky) v rozdílných odvětvích sklářského průmyslu.
316
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.44:
Příklady spalinových kotlů používaných v rozdílných odvětvích sklářského průmyslu
Typ skla Typ pece Palivo Kapacita pece Aktuální výkon Poslední generální oprava Elektropříhřev Typ skla Střepy Typ výměníku tepla Umístění zařízení Nosné médium tepla Použití regenerované energie Odprašování Nakládání s prachem Teplotní rozdíl Množství regenerované energie Regenerované měrné teplo Měrná spotřeba energie
Obalové
Hnědé – zelené 66 % (průměr) Trubkový svazek Před tkaninovým filtrem Voda/pára Elektrická energie, stlačený vzduch On-line
Obalové U-plamenná, regenerativní Zemní plyn/topný olej 300 t/den 297 t/den 1997 Ano Hnědé 72% Trubkový svazek Za ESP Voda/pára Elektrická energie, užitková voda On-line
Ploché Příčně plamenná, regenerativní Topný olej 350 t/den 259 t/den 2000 Ano Bílé, bronzové, žluté 30% Trubkové uspořádání Před ESP Voda/pára Užitková voda, otápění, předehřívání oleje On-line
Přidáván do kmene
Přidáván do kmene
Zvláštní odstraňování
Mezi 1380 až 200 °C
Cca 150 °C
Cca 200 °C
Není k dispozici
Není k dispozici
Není k dispozici
6472 kWh/h
1500 kWh/h (odhadem)
1500 kWh/h
3000 kWh/h
550 kWh/h
1140 kWh/h
0,31 kWh/kg skloviny
0,12 kWh/kg skloviny (odhad)
0,14 kWh/kg skloviny
0,10 kWh/kg skloviny
0,33 kWh/kg skloviny
0,15 kWh/kg skloviny
4,20 GJ/t utavené skloviny (průměr)
4,21 GJ/t utavené skloviny
5,71 GJ/t utavené skloviny
5,20 GJ/t utavené skloviny
12,31 GJ/t utavené skloviny
16,44 GJ/t utavené skloviny
1,67mil. eur (2)
0,5 mil. eur (2)
1,0 mil. eur (2)
10 let 33 500 eur 222 111 eur 255 611 eur
10 let 60 000 eur 65 000 eur 255 611 eur
10 let 70 000 eur 133 000 eur 203 000 eur
2,36 eura/t skloviny
1,34 eura/t skloviny
0,79 eura/t skloviny
Kyslíko-palivové (2 pece) Zemní plyn 650 t/den (celkem) 502 t/den (celkem) 2000–1996
Investiční/obnovovací náklady (1) Doba amortizace Provozní náklady Roční náklady na amortizaci Celkové roční náklady (1) Odhadované náklady na tunu skloviny
Plavené Příčně plamenná, regenerativní Zemní plyn / topný olej 800 t/den 700 t/den 2002 Ano Bílé 35% Trubkové uspořádání Před ESP Voda/pára Užitková voda, elektrická energie, otápění On-line Recyklace nebo zvláštní odstraňování
Speciální Kyslíko-palivová Zemní plyn 40 t/den 40 t/den 2004 Ano Sklokeramika 50% Před tkaninovým filtrem Voda/pára Užitková voda Není k dispozici Není k dispozici
Speciální Příčně plamenná, regenerativní Zemní plyn / topný olej 220 t/den 180 t/den Ano Není k dispozici 25% Trubkové uspořádání Za ESP Voda/pára Voda pro použití v domácnostech Žádné Recyklace nebo zvláštní odstraňování
(1) Údaje o nákladech se vztahují k roku zavedení kontrolního systému na znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. (2) Investiční náklady na výměník tepla zahrnují příslušenství. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
Sklářský průmysl
317
Kapitola 4
4.8.5 Předehřívání kmene a střepů [30, Infomil 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007]
Popis Kmen a střepy se normálně zavádějí do pece studené, ale využitím zbytkového tepla spalin k předehřevu kmene a střepů se může ušetřit významné množství energie. Toto platí pouze u pecí otápěných fosilními palivy. Při výrobě kamenné vaty se používají převážně kupolové pece, jejichž konstrukce umožňuje předehřev surovin vnitřně. Předehřívací teploty by pokud možno neměly být nižší než 270 °C, ale neměly by překročit 500–550 °C. V praxi většina předehřívačů kmene a střepů funguje při předehřívacích teplotách mezi 275 a 325 °C. Předehřívače kmene a střepů vyvinuly a instalovaly firmy Nienburg/Interprojekt (přímý předehřev), Zippe (nepřímý předehřev) a Sorg (přímý předehřev). Přímý předehřívač střepů kombinovaný s elektrostatickým odlučovačem byl vyvinut a nainstalován společností Edmeston, nyní Praxair EGB. V USA se momentálně vyvíjí nový typ pro vysokoteplotní kouřové plyny s teplotou kolem 1300 °C, což by mělo umožnit předehřev kmene a střepů až na teplotu cca 500 °C. Dostupné systémy jsou popsány níže. •
Přímý předehřev – tento typ předehřívání využívá přímého styku mezi odpadními plyny a surovinou (střepy a kmen) v příčném toku. Odpadní plyny jsou do předehřívače dodávány ze spalinového kanálu za regenerátorem. Procházejí dutinami v předehřívači, čímž přicházejí do nepřímého styku se surovinami. Výstupní teplota střepů a kmene je cca 300 oC. Systém obsahuje bypass, který umožňuje pokračující provoz pece, i když je provoz předehřívače nevhodný nebo nemožný. Přímé předehřívače vyvíjí a instaluje společnost Nienburg/Interprojekt a společnost Sorg. Vzorové zařízení používající přímé předehřívání střepů je uveden v Tabulce 4.45.
•
Nepřímý předehřev – nepřímý předehřívač je v podstatě deskový výměník tepla s příčným tokem, v němž se suroviny zahřívají nepřímo. Je navržen jako modulový a je tvořen jednotlivými bloky tepelných výměníků umístěnými nad sebou. Tyto bloky jsou opět rozděleny do horizontálních kanálů na odpadní plyny a vertikálních kanálů na materiál. V kanálech materiál proudí gravitací shora dolů. Podle propustnosti dosahuje materiál rychlosti 1–3 m/hod a normálně se zahřívá z teploty okolí na přibližně 300 oC. Kouřové plyny se vypouštějí u dna předehřívače a proudí do horní části přes speciální kanálové odbočky. Odpadní plyny proudí horizontálně skrze jednotlivé moduly. Obvykle se kouřové plyny ochladí přibližně na 270–300 °C. Nepřímý předehřívač střepů byl vyvinut společností Zippe.
•
Praxair EGB filtr – elektrický filtrační systém s granulovaným ložem od společnosti Edmeston (EGB) je hybridní systém ležící mezi elektrostatickým odlučovačem pro odstranění prachu a přímým předehřívačem střepů. Systém se skládá ze dvou odlišných fází používajících cizí a vlastní střepy. Oba proudy střepů jsou předehřívány, ale jiným způsobem. Pouze část pracující s vlastními střepy a cizími střepy po jejich ošetření pyrolytickou jednotkou (fáze prvního předehřívání) se používá v elektrostatickém poli k zachytávání prachu z kouřových plynů. V době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyl předehřívač střepů Praxair EGB používán v rámci sklářského průmyslu v Evropě. Jeden systém včetně integrované sekce střepového filtračního lože je v provozu v zařízení Leone Glass v USA na kyslíko-plynové peci vyrábějící flintové obalové sklo. Odpadní plyny z kyslíko-palivové pece na obalové sklo používající recyklované střepy (vlastní i cizí) jsou zavedeny do sekce na předehřívání cizích střepů (1. fáze). Organické výpary uvolněné z cizích střepů v 1. předehřívací fázi jsou ošetřeny pyrolýzou a zkombinovány s druhým proudem odpadních plynů z pece. Kombinovaný proud plynů vstupuje do komory ionizátoru, kde jsou částice prachu přítomné v kouřových plynech nabity. Horké kouřové plyny obsahující nabité prachové částice vstupují do předehřívače střepů vybaveného deskovými elektrodami (2. fáze). Do předehřívače jsou neustále zaváděny vlastní (čisté) střepy a cizí střepy z první předehřívací fáze. Elektrostatická pole přenáší nabité prachové částice na povrch střepů, kde se zachytí. Předehřáté střepy (až na 400 °C) a na nich usazené prachové částice jsou vsazovány do pece.
Dosažené ekologické výhody Tyto techniky mají řadu vlivů na životní prostředí, které se případ od případu mohou měnit. Obecně byly zjištěny následující výhody. 318
Sklářský průmysl
Kapitola 4
•
Měrná úspora energie mezi 10 a 20 % s následným snížením emisí CO2.
•
Snížení emisí NOX (díky nižší spotřebě paliv a nižším teplotám pece). Ve většině případů jsou však úspory energie použity na zvýšení výkonu pece.
•
V případě přímého předehřívání bylo zjištěno snížení kyselých složek v kouřových plynech SO2, HF a HCl o 60 %, 50 % a 90 % (rozdíly před střepovým ložem a za ním).
•
Při použití na současných pecích s předehřevem kmene při teplotě 300 °C lze dosáhnout zvýšení výkonnosti o 10–15 %.
•
Snížení nebo odstranění potřeby činidla pro suché čištění.
Mezisložkové vlivy Tato technika může zvýšit kapacitu pece o 10–15 %, aniž by se omezila životnost pece. Jestliže se výkon nezvýší, je možné malé prodloužení životnosti pece. Tím, že zavádí do pece více tepla, může technika také snížit potřebu elektropříhřevu. V některých případech vznikaly problémy se zápachem z předehřívače, které byly způsobeny organickými výpary pocházejícími z předsušení střepů v závislosti na množství organických látek ve střepech. Tyto problémy jsou způsobeny vyhoříváním a odpařováním zbytků potravin a jiných organických látek v cizích střepech. V současnosti se vyvíjí řešení těchto problémů (např. spalování). Používání přímého předehřívače zvyšuje emise pevných částic (až na 2000 mg/Nm3) a je nutné sekundární zařízení na jejich snižování. Sebraný prach lze normálně recyklovat do pece. Předehřívání kmene a střepů vytváří velmi suchý kmen, což může vést k unášení velmi jemných složek během zavádění kmene do tavicí pece, nebo když kouřové plyny proudí vysokou rychlostí nad vrstvou kmene před tím, než dojde k jejímu spečení a tavení. Používání přímého předehřívání vyvolává potřebu údržby a čištění kvůli zvýšeným emisím pevných částic se souvisejícím zvýšením nákladů. V případech, kdy přímé předehřívání surovin vyžaduje použití elektrostatického odlučovače, dochází ke spotřebě elektrické energie. To spotřebovává část ušetřené energie, ale nejedná se o část významnou. Je možné, že přímý ohřev může vést k emisím dioxinu, zvláště když jsou přítomny odpadní plyny obsahující HCl z pokovování za horka. Podle studií a měření nejsou žádné důkazy o vzniku dioxinů ve významnějším množství v kouřových plynech z pecí vybavených předehřívači kmene.
Provozní údaje Aby se tepelné ztráty transportního systému pod tepelným výměníkem udržely pokud možno co nejníže, měl by být předehřívač umístěn co nejblíže zakládacímu otvoru. Ideální umístění by bylo přímo nad zakladačem kmene.
Sklářský průmysl
319
Kapitola 4
Z ekonomických důvodů by teplota odpadních plynů měla být alespoň 400–450 oC. Dále je zapotřebí chlazení proudu kouřových plynů alespoň o 200–250 oC. Aby se zabránilo aglomeraci surovin, měla by maximální vstupní teplota kouřových plynů do většiny současných systémů na předehřívání kmene být vyšší než 600 °C. Probíhá však nový vývoj, který umožní vyšší teploty kouřových plynů (viz Oddíl 6.2).
Použitelnost Systémy na předehřívání střepů nebo kmene lze teoreticky instalovat na každou stávající pec s více než 50 % střepů ve kmeni, i když za specifických podmínek a po omezenou dobu pracovalo jedno zařízení pouze s 30% podílem střepů. Předehřívat pouze kmen se ukázalo problematickým a tato technologie se neosvědčila. Předehřívání směsi střepů a kmene je komplikovanější než pouze předehřívání střepů. Kvůli těmto omezením je používání předehřívání kmene a střepů téměř výhradně provozováno v odvětví obalového skla. Hospodárnost Hospodárnost předehřívačů kmene a střepů silně závisí na kapacitě pece a předehřívače. Jako informativní příklad nákladů a úspor byl proveden odhad pro dva rozdílné případy v odvětví obalového skla pro použití nepřímého předehřívače. Výsledky jsou uvedeny níže. •
U příčně otápěné pece s kapacitou 350 t/den budou dodatečné investiční náklady spojené s používáním předehřívače okolo 2,5 mil. eur včetně některých přizpůsobení zařízení na zakládání kmene. Roční úspory provozních nákladů budou okolo 820 000 eur za rok, za předpokladu, že cena paliva bude 9,4 eur na GJ hrubé energetické hodnoty. Průměrné úspory nákladů během kampaně pece se odhadují na 3 eura za tunu utavené skloviny, vypočítané na základě současných cen energie.
•
Používání předehřívání kmene/střepů u pece s kapacitou 450 t/den umožňuje zvýšení výkonu pece ze 450 na 500 t/den a úsporu energie. Investiční náklady činí 3,4 mil. eur a úspory (na základě kapacity 500 t/den) činí 1,1 mil. eur za rok. V tomto případě činí návratnost tři roky. Celkové úspory nákladů odpovídají částce 5–6 eur na tunu skloviny, částečně díky zvýšené kapacitě pece bez nutnosti jejího rozšíření.
•
Aby bylo možné využít zvýšení kapacity pece, budou třeba investice do vybavení a infrastruktury navazující na pec. Náklady, zejména ty spojené se zvýšenou kapacitou zařízení, mohou být značné.
V době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyla tato technologie intenzivněji využívána kvůli relativně vysokým investičním nákladům a v některých případech kvůli prostorovým omezením. Situace se však mění podle regionů a neustále se přehodnocuje s tím, jak se mění ceny energií a další faktory (např. emisní limity). Příklad zařízení používajícího přímé předehřívání kmene a střepů na peci na obalové sklo vyrábějící flintové sklo je uvedeno v Tabulce 4.45. Hnací síla zavádění techniky Hlavní hnací silou zavádění této techniky by bylo snížení spotřeby energie s následným snížením emisí CO2. Navýšení tavicí kapacity pece (až o 10 % nebo i více) může rovněž představovat hnací sílu.
320
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Tabulka 4.45:
Příklady zařízení používajícího přímé předehřívání kmene a střepů na peci na obalové sklo
Provozní podmínky Typ pece
Příčně otápěná, regenerativní
Palivo
Zemní plyn
Kapacita pece
350 t/d
Aktuální výkon
275 t/d
Poslední generální oprava
Rok 2005
Elektropříhřev
Ano
Typ skla
Flintové
Střepy
60%
Měrná spotřeba energie
3,78 GJ/t skloviny
Typ filtru
ESP se třemi poli
Teplota před filtrem
200 °C
Absorpční činidlo
Žádné
Použití prachu z filtru v kmeni
100 %
Spotřeba energie včetně ventilátoru
194 kWh/h
Typ předehřívače surovin
Přímý kontakt s pecními spalinami 17 000 m3/h
Objem spalin před předehřívačem kmene Vstupní/výstupní teplota spalin
Cca 450/200 Ԩ
Vstupní/výstupní teplota surovin
Cca 20/300 Ԩ
Množství regenerované energie
Cca 900 kWh/h Filtrační systém včetně příslušenství, potrubí a ventilátoru (1)
Předehřívač surovin včetně příslušenství (1)
1,5 mil. eur 10 let 120 000 eur 199 500 eur 319 500 eur 3,18 eura/t skloviny
1,0 mil. eur 12 let 10 000 eur 113 333 eur 123 333 eur 1,23 eura/t skloviny
(mg/Nm3 suchý plyn, 8 % O2) 23,8 909 386 4,8 3,0
kg/t skloviny 0,037 1,42 0,60 0,0075 0,0047
0,003 0,76 1,01
0,005 x 10-3 1,2 x 10-3 1,6 x 10-3
Investiční/obnovovací náklady Doba amortizace Provozní náklady Roční náklady na amortizaci Celkové roční náklady Odhadované náklady na tunu skloviny Úrovně emisí (2) Pevné částice NOX SOX HCl HF Kovy Třída I (Hg, Tl) Třída II (Pb, Co, Ni, Se) Třída III (Sb, Cr, Cu, Mn, V, Sn)
(1) Údaje o nákladech se vztahují k roku zavedení systému zamezujícího znečištění ovzduší a nemusí nutně představovat současné náklady. (2) Údaje o emisích vychází z půlhodinových průměrů. Zdroj: [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
Sklářský průmysl
321
Kapitola 4
Vzorová zařízení Všechna použití předehřívání kmene a střepů jsou v odvětví obalového skla: •
přímé předehřívání:
•
Ardagh Glass, Nienburg, Německo (tři pece)
•
Ardagh Glass, Neuenhagen, Německo
•
Wiegand Glas, Steinbach am Wald, Německo
•
Leone Industries, Bridgeton, New Jersey, USA (Kyslíko-palivově otápěná pec)
•
nepřímé předehřívání:
•
Ardagh Glass, Dongen, Nizozemsko.
Referenční literatura [30, Infomil 1998] [65, GEPVP-Proposals for GLS revision 2007] [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] [75, Germany-HVG Glass Industry report 2007]
4.9 Systémy environmentálního řízení Popis Formální systém k předvedení souladu s ekologickými cíly. Technický popis Směrnice definuje „techniky“ (podle definice „nejlepších dostupných technik“) jako „použitou technologii i způsob, jakým je zařízení navrženo, postaveno, udržováno, provozováno a vyřazeno z provozu“. V tomto ohledu je systém environmentálního řízení (EMS) technikou umožňující provozovatelům zařízení zabývat se ekologickými problémy systematickým a prokazatelným způsobem. EMS jsou nejúčinnější a nejvíc použitelné, když tvoří neodmyslitelnou část celkového řízení a provozu zařízení. EMS soustředí pozornost provozovatele na environmentální profil zařízení, zejména zavedením jasných provozních postupů jak pro běžné, tak pro výjimečné provozní podmínky a stanovením souvisejících linií odpovědnosti. Všechny účinné EMS zahrnují koncepci neustálého zlepšování, což znamená, že environmentální řízení je neustálý proces, ne projekt, který ve finále dospěje do nějakého konce. Existují rozdílné procesní designy, ale většina EMS je založena na PDCA (plan-do-check-act) cyklu , který je široce používán v jiných kontextech řízení podniku. Tento cyklus je opakujícím se dynamickým modelem, kde dokončení jednoho cyklu přechází v začátek dalšího (viz Obrázek 4.9).
322
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Obrázek 4.9:
Neustálé zlepšování v modelu EMS
EMS může mít formu standardizovaného nebo nestandardizovaného systému („upraveného podle zákazníka“). Zavedení a dodržování mezinárodně uznávaného standardizovaného systému, jako je např. EN ISO 14001:2004, může EMS poskytnout vyšší spolehlivost, zejména v případech, kdy je podroben řádně prováděnému externímu ověření. EMAS (systém environmentálního řízení a auditu) poskytuje dodatečnou spolehlivost díky interakci s veřejností prostřednictvím environmentálního tvrzení a mechanismu k zajištění souladu s platnou ekologickou legislativou. Nestandardizované systémy však mohou být v podstatě stejně účinné, za předpokladu, že jsou řádně navrženy a zaváděny. Zatímco jak standardizované (EN ISO 14001:2004 nebo EMAS), tak nestandardizované systémy se v podstatě uplatňují u společností, tento dokument zaujímá užší přístup, který nezahrnuje všechny činnosti společnosti, např. s ohledem na její produkty a služby, kvůli skutečnosti, že Směrnice upravuje pouze zařízení/podniky.
EMS může zahrnovat následující složky: 1. 2. 3. 4.
závazek vedoucích pracovníků včetně nejvyššího vedení; vedením stanovená environmentální politika, jejíž součástí je neustálé zdokonalování zařízení; plánování a zavádění nezbytných postupů a cílů ve spojení s finančním plánováním a investicemi; zavádění postupů se zvláštním zaměřením na: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)
strukturu a odpovědnost školení, informovanost a kompetentnost komunikaci zapojení zaměstnanců dokumentaci efektivní řízení procesů programy údržby připravenost a reakce na mimořádné situace zajištění souladu s právními předpisy v oblasti životního prostředí.
Sklářský průmysl
323
Kapitola 4
5.
Kontrolu výsledků a přijímání nápravných opatření se zvláštním důrazem na: (a) (a) (a) (a)
monitorování a měření (viz také Referenční dokument pro Obecné zásady monitorování) [122, EC 2003]; nápravná a preventivní opatření; vedení záznamů; nezávislý (pokud je to možné) interní nebo externí audit s cílem zjistit, zda systém environmentálního řízení odpovídá naplánovaným opatřením a je řádně realizován a spravován;
6.
přezkum systému environmentálního řízení vedením, pokud jde o jeho vhodnost, dostatečnost a efektivitu;
7.
příprava pravidelného environmentálního tvrzení;
8.
validace certifikačním orgánem nebo externím ověřovatelem EMS;
9.
sledování vývoje ekologičtějších technologií;
10. zohlednění ekologických dopadů konečného vyřazení zařízení z provozu ve fázi návrhu nového zařízení a po celou dobu jeho provozu; 11. pravidelné uplatňování odvětvových referenčních hodnot.
Dosažené ekologické výhody EMS podněcuje a podporuje neustálé zlepšování environmentálního profilu zařízení. Má-li zařízení již dobrý celkový environmentální profil, EMS pomáhá provozovateli zachovat stále vysokou úroveň. Environmentální profil a provozní údaje Všechny významné spotřeby (včetně energie) a emise jsou provozovatelem řízeny koordinovaným způsobem pro krátkou, střední a dlouhou dobu ve spojení s finančním plánováním a investičními cykly. To znamená, že např. převzetí krátkodobých koncových řešení snížení emisí může provozovatele nutit k vyšší spotřebě energie v dlouhodobém horizontu a tím pozdržet investice do možných celkově ekologicky přátelštějších řešení. To vyžaduje určité zvážení mezisložkových vlivů. Poučení o těchto vlivech, nákladech a otázkách výhodných nákladů je uvedeno v Referenčním dokumentu pro ekonomické a mezisložkové vlivy [156, EC 2006] a v dokumentu BREF pro energetickou účinnost [124, EC 2008]. Mezisložkové vlivy Žádné nejsou hlášeny. Systematická analýza počátečních dopadů na životní prostředí a prostoru pro zlepšení v kontextu EMS stanovuje základ pro hodnocení nejlepších řešení pro všechny environmentální složky. Technické úvahy související s použitelností Výše uvedené složky lze obvykle použít na všechna zařízení v rámci tohoto dokumentu. Rozsah (např. míra podrobností) a povaha systému environmentálního řízení (např. standardizované nebo nestandardizované) budou dány povahou, strukturou, rozsahem a složitostí zařízení a rozsahem jeho dopadů na životní prostředí. Zavádění systému environmentálního řízení podle pravidel ISO 14001 na množství zařízení ve sklářském průmyslu se ukázalo být dobrým nástrojem na stanovení směrnic společnosti pro: • • • •
324
stanovení směru, kterým mají všichni zaměstnanci zaměřit svou práci; vybudování organizace, kde budou jasně určeny úkoly a odpovědnost na každé pozici; popis výrobních procesů, aby každý podle něj mohl jednat; přijetí kontrolního systému na detekci chyb a odchylek a na jejich spolehlivé odstranění, zavedení systému pro vylepšení výkonu podniku stanovením a realizací konkrétních cílů.
Sklářský průmysl
Kapitola 4
Hospodárnost Je obtížné přesně určit náklady a ekonomické přínosy zavedení a udržování dobrého systému environmentálního řízení. Jsou zde rovněž ekonomické přínosy, které jsou výsledkem používání EMS, a ty se v jednotlivých odvětvích značně liší. Externí náklady související s ověřováním systému lze odhadnout z pokynů vydaných Mezinárodním akreditačním fórem [182, IAF 2010]. Hnací síla zavádění techniky Hnacími silami zavádění EMS jsou: •
vylepšený environmentální profil
•
lepší pochopení ekologických aspektů společnosti, což lze využít ke splnění ekologických požadavků zákazníků, regulačních orgánů, bank, pojišťoven nebo jiných stakeholderů (např. osob žijících nebo pracujících v blízkosti zařízení)
•
lepší základna pro rozhodování
•
zvýšená motivace zaměstnanců (např. vedení si může být jisté, že jsou ekologické dopady řízeny a zaměstnanci mohou mít pocit, že pracují pro ekologicky odpovědnou společnost)
•
další příležitost ke snížení provozních nákladů a zvýšení kvality výrobků
•
lepší image společnosti
•
snížená odpovědnost a náklady na pojištění a nedodržení požadavků.
Vzorová zařízení Systém environmentálního řízení se používá v řadě provozů v celé EU. Všechna zařízení na výrobu plaveného skla patřící společnostem AGC Flat Glass Europe, Pilkington/NSG a Saint-Gobain jsou například certifikována na ISO 14001. Tyto společnosti jsou součástí velkých mezinárodních skupin s celosvětovými aktivitami, a proto daly přednost mezinárodnímu standardu ISO 14001 před specificky evropským programem EMAS. Ostatní evropská zařízení na výrobu obalového skla, nekonečných skleněných vláken, minerální vlny, skleněných frit atd. jsou certifikována na ISO 14001 nebo jsou registrována v rámci EMAS (např. Rockwool Denmark, OCV, Saint-Gobain ISOVER, Saint-Gobain Mondego atd.). Referenční literatura EMAS Regulation (EC) No 1221/2009 [181, Reg. 1221/ 2009], DG Environment EMAS website [180, DG Environment 2010], EN ISO 14001: 2004 [179, ISO 2004].
Sklářský průmysl
325
Kapitola 5
5 ZÁVĚRY O BAT PRO VÝROBU SKLA ROZSAH PŮSOBNOSTI Tyto závěry o nejlepších dostupných technikách (BAT) se týkají průmyslové činnosti uvedené v příloze I ke Směrnici 2010/75/EU, konkrétně: • 3.3. výroby skla, včetně skleněných vláken, o kapacitě tavení větší než 20 t za den; • 3.4. tavení nerostných materiálů, včetně výroby nerostných vláken, o kapacitě tavení větší než 20 t za den. Tyto závěry o BAT se netýkají následujících činností: • výroba vodního skla, kterou řeší referenční dokument Velkoobjemové anorganické látky – pevné látky a jiné (LVIC-S) • výroba polykrystalické vlny • výroba zrcadel, kterou řeší referenční dokument Povrchová úprava za použití organických rozpouštědel (STS). Pro činnosti upravené těmito závěry o BAT mají dále význam tyto referenční dokumenty: Referenční dokumenty
Činnost
Emise ze skladování (EFS)
Skladování surovin a nakládání s nimi
Energetická účinnost (ENE)
Celková energetická účinnost
Ekonomické a mezisložkové vlivy (ECM) Ekonomické a mezisložkové vlivy technik Obecné principy monitorování (MON)
Monitorování emisí a spotřeby
Techniky uvedené a popsané v těchto závěrech o BAT nejsou normativní ani vyčerpávající. Mohou být použity i jiné techniky, které zajistí přinejmenším stejnou úroveň ochrany životního prostředí.
DEFINICE Pro účely těchto závěrů o BAT se použijí tyto definice: Užitý termín Nové zařízení Stávající zařízení Nová pec
Běžná přestavba pece
Celková přestavba pece
326
Definice Zařízení zřízené v daném místě po vydání těchto závěrů o BAT nebo úplné nahrazení zařízení na stávajících základech v daném místě po vydání těchto závěrů o BAT. Zařízení, které není zařízením novým. Pec zřízená v místě zařízení po vydání těchto závěrů o BAT nebo úplná přestavba pece po vydání těchto závěrů o BAT. Přestavba mezi kampaněmi bez výrazné změny požadavků na pec nebo technologie, při níž se zásadním způsobem neupravuje rám pece a její rozměry zůstávají v zásadě beze změny. Provádí se oprava žáruvzdorného materiálu pece, případně regenerátorů úplnou nebo částečnou výměnou materiálu. Přestavba zahrnující zásadní změny požadavků na pec nebo technologie a zásadní úpravu nebo výměnu pece a souvisejícího zařízení.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
OBECNÉ ÚVAHY Doby pro zprůměrování a referenční podmínky pro emise do ovzduší Pokud není uvedeno jinak, úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami (BAT-AEL) platí v případě emisí do ovzduší uvedených v těchto závěrech o BAT za referenčních podmínek uvedených v tabulce 1: suchý plyn, teplota 273,15 K, tlak 101,3 kPa. Úřední věstník Evropské unie
Jednorázová měření
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami představují průměrnou hodnotu ze tří místních měření, z nichž každé trvá alespoň 30 minut; u regenerativních pecí by měření mělo trvat alespoň po dobu dvou reverzací mezi komorami regenerátoru.
Kontinuální měření
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami představují průměrné denní hodnoty.
Tabulka 5.1
Referenční podmínky pro úrovně emisí do ovzduší spojené s nejlepšími dostupnými technikami Činnosti
Jednotka
Referenční podmínky
Konvenční tavicí pec s nepřetržitým provozem
mg/Nm3
8 % objemových kyslíku
Konvenční tavicí pec s přerušovaným provozem
mg/Nm3
13 % objemových kyslíku
Kyslíko-palivové pece
Elektrické pece
Vyjádření úrovně emisí kg/t v mg/Nm3 vzhledem utavené skloviny k referenčnímu obsahu kyslíku není relevantní. 3 mg/Nm Vyjádření úrovně emisí v mg/Nm3 vzhledem k nebo kg/t utavené referenčnímu obsahu kyslíku není relevantní. skloviny
Tavicí činnosti
Netavicí činnosti zahrnující navazující činnosti
Sklářský průmysl
Koncentrace se vztahují k 15 % objemovým kyslíku. Pokud je k vytápění užívána směs plynu a vzduchu, použijí se úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami vyjádřené jako koncentrace emisí (mg/Nm3). Pokud je užíván pouze kyslíko-palivový otop, použijí se úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami vyjádřené jako měrné hmotnostní emise (kg/t roztavené frity). Pokud je k vytápění užívána směs paliva a vzduchu obohacená kyslíkem, použijí se úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami vyjádřené buď jako koncentrace emisí (mg/Nm3), nebo měrné hmotnostní emise (kg/t roztavené frity).
Pece na tavení frity
mg/Nm3 nebo kg/t roztavené frity
Všechny typy pecí
kg/t utavené skloviny
Všechny procesy
mg/Nm3
Bez úprav zohledňujících kyslík
Všechny procesy
kg/t skla
Měrné hmotnostní emise se vztahují na jednu tunu vyrobeného skla.
Měrné hmotnostní emise se vztahují na jednu tunu utavené skloviny.
327
Kapitola 5
Přepočet na referenční obsah kyslíku Níže je uveden vzorec pro výpočet koncentrace emisí při referenčním množství kyslíku (viz Tabulka 5.1).
kde: ER (mg/Nm3): OR (obj. %): EM (mg/Nm3): OM (obj. %):
koncentrace emisí upravená na referenční množství kyslíku OR referenční množství kyslíku koncentrace emisí ve vztahu k měřenému množství kyslíku OM měřené množství kyslíku.
Přepočet z koncentrace na měrné hmotnostní emise Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami uvedené v oddílech 1.2 až 1.9 jako měrné hmotnostní emise (kg/t utavené skloviny) vycházejí z níže uvedených výpočtů s výjimkou kyslíkopalivových pecí a omezeného počtu případů tavení v elektrických pecích, kde byly úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami uvedené v kg/t utavené skloviny odvozeny z konkrétních hlášených údajů. Níže je uveden postup pro přepočet z koncentrace na měrné hmotnostní emise. Měrné hmotnostní emise (kg/t utavené skloviny) = přepočítací koeficient × koncentrace emisí (mg/Nm3), kde: a
přepočítací koeficient = (Q/P) × 10–6 Q = objem odpadního plynu v Nm3/h P = výkon v tunách utavené skloviny/h.
Objem odpadního plynu (Q) je dán měrnou spotřebou energie, druhem paliva a oxidačním činidlem (vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo kyslík, jehož čistota závisí na výrobním procesu). Spotřeba energie je komplexní funkcí (převážně) druhu pece, druhu skla a procentního podílu skleněných střepů. Vztah mezi koncentrací a měrným hmotnostním tokem však může ovlivnit řada činitelů, například: • • • • • • • • •
druh pece (teplota předehřívání vzduchu, tavicí technologie) druh vyráběného skla (energetické nároky na tavení) skladba zdrojů energie (fosilní paliva / elektrický příhřev) druh fosilního paliva (topný olej, plyn) druh oxidačního činidla (kyslík, vzduch, vzduch obohacený kyslíkem) procentní podíl skleněných střepů složení kmene stáří pece rozměry pece.
Při přepočtu úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami na měrné hmotnostní emise byly použity přepočítací koeficienty uvedené v Tabulce 5.2. Přepočítací koeficienty byly stanoveny podle energeticky účinných pecí a vztahují se pouze na plně vzducho-palivové pece.
328
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.2
Přehled koeficientů pro přepočet mg/Nm3 na kg/t utavené skloviny podle energeticky účinných vzducho-palivových pecí Odvětví
2,5 × 10¯3
Ploché sklo Obecný případ Obalové sklo
Zvláštní případy (1)
Nekonečná skleněná vlákna
Zvláštní případy (2) Skleněná vata
Minerální vlna
Speciální sklo
1,5 × 10¯3 Studie pro jednotlivé případy (často 3,0 × 10¯3) 4,5 × 10¯3
Sodnovápenaté Užitkové sklo
Koeficienty pro přepočet mg/Nm3 na kg/t utavené skloviny
Kamenná vata– kupolové pece Obrazovkové sklo (stínítkové) Obrazovkové sklo (kónické) Borokřemičité (trubkové) Sklokeramika Osvětlovací sklo (sodnovápenaté)
Frity
2,5 × 10¯3 Studie pro jednotlivé případy (mezi 2,5 a > 10 × 10¯3; často 3,0 × 10¯3) 2 × 10¯3 2,5 × 10¯3 3 × 10¯3 2,5 × 10¯3 4 × 10¯3 6,5 × 10¯3 2,5 × 10¯3 Studie pro jednotlivé případy (mezi 5–7,5 × 10¯3)
(1) Zvláštní případy jsou případy méně příznivé (tj. speciální malé pece vyrábějící většinou méně než 100 tun denně s procentním podílem skleněných střepů nižším než 30 %). Do této kategorie spadá pouze 1 až 2 % výroby obalového skla. (2) Zvláštní případy jsou případy méně příznivé nebo případy výroby jiného než sodnovápenatého skla: borokřemičitého skla, sklokeramiky, křišťálového skla a méně často také olovnatého křišťálového skla.
DEFINICE NĚKTERÝCH LÁTEK ZNEČIŠŤUJÍCÍCH OVZDUŠÍ Pro účely těchto závěrů o BAT a úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami, které jsou uvedeny v oddílech 5.2 až 5.9, se použijí tyto definice: NOX vyjádřené jako NO2
Celkové množství oxidu dusnatého (NO) a oxidu dusičitého (NO2) vyjádřené jako NO2
SOX vyjádřené jako SO2
Celkové množství oxidu siřičitého (SO2) a oxidu sírového (SO3) vyjádřené jako SO2
Chlorovodík vyjádřený jako HCl
Všechny plynné chloridy vyjádřené jako HCl
Fluorovodík vyjádřený jako HF
Všechny plynné fluoridy vyjádřené jako HF
DOBY PRO ZPRŮMĚROVÁNÍ U VYPOUŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Pokud není uvedeno jinak, úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami vycházejí v případě emisí odpadních vod uvedených v těchto závěrech o BAT z průměrné hodnoty složeného vzorku odebíraného po dobu 2 nebo 24 hodin.
Sklářský průmysl
329
Kapitola 5
5.1 Všeobecné závěry o BAT pro výrobu skla Není-li řečeno jinak, závěry o BAT uvedené v tomto oddíle lze použít pro všechna zařízení. Kromě všeobecných BAT uvedených v tomto oddíle se rovněž používají BAT specifické pro jednotlivé výrobní procesy uvedené v oddílech 5.2–5.9.
5.1.1 Systémy environmentálního řízení 1.
Nejlepší dostupnou technikou je postupovat podle systému environmentálního řízení, který obsahuje všechny tyto prvky:
i. ii.
zapojení vedoucích pracovníků včetně nejvyššího vedení; vedením stanovená politika v oblasti životního prostředí, jejíž součástí je neustálé zdokonalování zařízení; plánování a zavádění nezbytných postupů a cílů ve spojení s finančním plánováním a investicemi; zavádění postupů se zvláštním zaměřením na:
iii. iv. a) b) c) d) e) f) g) h) i) v.
kontrolu výsledků a přijímání nápravných opatření se zvláštním důrazem na: a) b) c) d)
vi. vii. viii. ix.
strukturu a odpovědnost školení, informovanost a kompetentnost komunikaci zapojení zaměstnanců dokumentaci efektivní řízení procesů programy údržby připravenost a reakce na mimořádné situace zajištění souladu s právními předpisy v oblasti životního prostředí;
monitorování a měření (viz také referenční dokument Obecné zásady monitorování) nápravná a preventivní opatření vedení záznamů nezávislý (pokud je to možné) interní nebo externí audit s cílem zjistit, zda systém environmentálního řízení odpovídá naplánovaným opatřením a je řádně realizován a spravován; přezkum systému environmentálního řízení vedením, pokud jde o jeho vhodnost, dostatečnost a efektivitu; sledování vývoje ekologičtějších technologií; zohlednění dopadů konečného vyřazení zařízení z provozu ve fázi návrhu nového zařízení a po celou dobu jeho provozu; pravidelné uplatňování odvětvových referenčních hodnot.
Použití Rozsah (např. míra podrobností) a povaha systému environmentálního řízení jsou obecně dány povahou, strukturou, rozsahem a složitostí zařízení a rozsahem jeho dopadů na životní prostředí.
330
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.1.2. Energetická účinnost 2.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování měrné spotřeby energie pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika
Použití
i. Optimalizace procesů prostřednictvím řízení provozních parametrů Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. ii. Pravidelná údržba tavicí pece Použitelné u nových zařízení iii. Optimalizace konstrukce pece a výběr tavicí U stávajících zařízení je k realizaci zapotřebí metody celková přestavba pece. iv. Použití metod řízeného spalování
Použitelné u vzducho-palivových a kyslíkopalivových pecí
v. Používání stále vyššího množství skleněných Nelze použít u nekonečných skleněných vláken, střepů, pokud jsou k dispozici vysokoteplotní izolační vlny a frit. a je to ekonomicky a technicky realizovatelné Použitelné u vzducho-palivových a kyslíkopalivových pecí vi. Používání spalinového kotle k rekuperaci Použitelnost a ekonomická realizovatelnost této tepla, pokud je to technicky a ekonomicky techniky je dána celkovou účinností, které lze realizovatelné dosáhnout, včetně efektivního využívání vytvořené páry. Použitelné u vzducho-palivových a kyslíkovii. Předehřívání kmene a skleněných střepů, palivových pecí pokud je to technicky a ekonomicky Použitelnost se obvykle omezuje na složení realizovatelné kmene s více než 50 % podílem skleněných střepů.
5.1.3. Skladování materiálu a manipulace s ním 3.
Nejlepší dostupnou technikou je zabránit emisím, nebo pokud to není možné, alespoň snížit emise prachu ze skladování pevných materiálů a manipulace s nimi používáním jedné nebo několika z následujících technik: I.
Skladování surovin i. ii. iii. iv.
Skladování volně ložených práškových materiálů v uzavřených silech vybavených systémem na zachycování prachu (např. tkaninový filtr) Skladování jemných materiálů v uzavřených kontejnerech nebo utěsněných pytlích Zakrývání hrubých prašných materiálů při skladování na hromadách Používání čisticích vozů a kropení.
Sklářský průmysl
331
Kapitola 5
II. Manipulace se surovinami Technika
Použití
i.
U materiálů, které se přepravují nad zemí, používání uzavřených dopravníků, aby nedocházelo k úniku materiálu. ii. Pokud se používají pneumatické dopravníky, Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. používání utěsněného systému s filtrem, který před vyložením vyčistí vzduch v přepravním prostoru. Používání této techniky je omezeno nepříznivými účinky na energetickou účinnost iii. Vlhčení kmene pecí. Pro některá složení kmene, především na výrobu borokřemičitého skla, mohou platit omezení. Použitelné jen tehdy, pokud podtlak vzniká jako nedílná součást provozu (např. u tavicích iv. Používání mírného podtlaku v peci pecí na výrobu frit), vzhledem k nepříznivému vlivu na energetickou účinnost. v. Používání surovin, které nezpůsobují dekrepitaci (především dolomit a vápenec). Použitelné v rámci omezení vyplývajících z Tento jev spočívá v pukání hornin dostupnosti surovin působením tepla, což může mít za následek vyšší emise prachu. vi. Používání odsávání napojeného na filtrační systém u procesů, kde je pravděpodobný vznik prachu (např. otevírání pytlů, míchání kmene na výrobu frit, likvidace prachu z Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. tkaninových filtrů, tavicí pece se studenou horní stavbou). vii. Používání uzavřených šroubových podavačů viii. Uzavření kapes podavačů
Všeobecně použitelné. Aby se zařízení nepoškodilo, může být zapotřebí chlazení.
4.
Nejlepší dostupnou technikou je zabránit emisím, nebo pokud to není možné, alespoň snížit emise plynů ze skladování těkavých surovin a manipulace s nimi používáním jedné nebo několika z následujících technik: i.
Používání nátěru s nízkou pohltivostí slunečního záření na nádrže ke skladování volně ložených surovin, u nichž dochází ke změnám teploty působením slunečního záření ii. Regulace teploty při skladování těkavých surovin iii. Izolace nádrží určených ke skladování těkavých surovin iv. Řízení zásob v. Používání nádrží s plovoucí střechou ke skladování velkého množství těkavých ropných produktů vi. Používání přepravních systémů s vracením výparů k přepravě těkavých tekutin (např. z cisteren do skladovacích nádrží) vii. Používání nádrží s pryžovým vakem ke skladování kapalných surovin viii. Používání tlakových/vakuových ventilů konstruovaných na kolísání tlaku ix. Úprava uvolňovaných látek (např. adsorpce, absorpce, kondenzace) při skladování nebezpečných materiálů x. Používání plnění pod hladinu při skladování pěnivých kapalin.
332
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.1.4. Obecné primární techniky 5.
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat spotřebu energie a emise do ovzduší kontinuálním monitorováním provozních parametrů a plánovanou údržbou tavicí pece.
Technika
Použití
Technika sestává z řady monitorovacích a údržbových úkonů, které lze provádět jednotlivě nebo je kombinovat podle druhu pece, aby se minimalizovaly účinky stárnutí pece, a mezi něž patří např. utěsňování pece a hořákových tvarovek, maximální izolace, regulace podmínek pro stabilizovaný plamen, regulace poměru palivo/vzduch apod.
Použitelné u regenerativních, rekuperačních a kyslíko-palivových pecí. U jiných druhů pecí je použitelnost pro konkrétní zařízení třeba posoudit individuálně.
6.
Nejlepší dostupnou technikou je pečlivý výběr a řízení všech látek a surovin, které se do tavicí pece dostávají, v zájmu snížení emisí do ovzduší nebo jejich předcházení, a to používáním jedné nebo několika z následujících technik. Technika
i. ii.
Používání surovin a externích skleněných střepů s nízkým obsahem nečistot (např. kovů, chloridů, fluoridů) Používání náhradních surovin (např. méně těkavých)
iii.
Používání paliv s nízkým obsahem kovových nečistot
7.
Použití Použitelné v rámci omezení daných druhem skla vyráběného v zařízení a dostupností surovin a paliv
Nejlepší dostupnou technikou je provádět pravidelně monitorování emisí a/nebo jiných relevantních provozních parametrů, např.: Technika
Použití
i.
Kontinuální monitorování kritických provozních parametrů zajišťujících stabilitu procesů, např. teploty, přívodu paliva a proudění vzduchu
ii.
Pravidelné monitorování provozních parametrů bránících/snižujících znečištění, např. obsahu O2 ve spalinách Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. za účelem regulace poměru palivo/vzduch
iii. Kontinuální monitorování emisí prachu, NOX a SO2 nebo jednorázové měření alespoň dvakrát ročně spojené s kontrolou náhradních parametrů, která zajistí správné fungování čisticího systému mezi měřeními iv. Kontinuální monitorování nebo pravidelné měření emisí NH3, pokud jsou užívány techniky selektivní katalytické redukce nebo selektivní nekatalytické redukce v.
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. Kontinuální nebo pravidelné měření emisí CO, pokud se ke snižování emisí NOX používají primární techniky nebo techniky chemické redukce s použitím paliva, případně pokud může docházet k neúplnému spalování
vi. Pravidelné měření emisí HCl, HF, CO a kovů, zvláště pokud jsou používány suroviny obsahující tyto látky nebo pokud může docházet k neúplnému spalování vii. Kontinuální monitorování náhradních parametrů zajišťující správné fungování systému čištění odpadních plynů a udržování úrovně emisí mezi dvěma jednorázovými měřeními. Monitorování náhradních parametrů zahrnuje: přívod činidla, teplotu, přívod vody, napětí, odstraňování prachu, rychlost ventilátoru apod.
Sklářský průmysl
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
333
Kapitola 5
8.
Nejlepší dostupnou technikou ke snižování emisí nebo jejich předcházení je, aby systémy na čištění odpadních plynů pracovaly za běžných provozních podmínek při optimální kapacitě a dostupnosti.
Použití Pro zvláštní provozní podmínky lze určit zvláštní postupy, a to především: i. při spouštění a odstavování/ukončování provozu ii. při jiných zvláštních úkonech, které by mohly ovlivnit správné fungování systémů (např. pravidelná a mimořádná údržba a čištění pece a/nebo systému na čištění odpadních plynů nebo zásadní změna výroby) iii. v případě nedostatečného proudění odpadních plynů nebo teploty, které brání využití celé kapacity systému. 9.
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise oxidu uhelnatého (CO) z tavicí pece při používání primárních technik nebo chemické redukce s použitím paliva ke snižování emisí NOX. Technika
Použití
Primární techniky ke snižování emisí NOX jsou založeny na úpravách spalování (např. snížení poměru palivo/vzduch, hořáky pro postupné spalování s nízkými emisemi NOX apod.). Chemická redukce s použitím paliva spočívá v přidávání Použitelné u konvenčních vzduchouhlovodíkového paliva k odpadním plynům za účelem snížení palivových pecí. emisí NOX vzniklých v peci. Zvyšování emisí CO v důsledku použití těchto technik lze snížit důsledným řízením provozních parametrů. Tabulka 5.3 Parametr
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise oxidu uhelnatého z tavicích pecí Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Oxid uhelnatý vyjádřený jako CO 10.
< 100 mg/Nm3
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise amoniaku (NH3) při používání technik selektivní katalytické redukce (SCR) nebo selektivní nekatalytické redukce (SNCR) k účinnému snižování emisí NOX.
Technika
Použití
Technika spočívá v navozování a udržování vhodných provozních Použitelné u tavicích pecí vybavených podmínek pro systémy čištění odpadních plynů selektivní selektivní katalytickou nebo katalytickou nebo nekatalytickou redukcí za účelem snižování nekatalytickou redukcí. emisí nezreagovaného amoniaku. Tabulka 5.4
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise amoniaku při použití technik selektivní katalytické nebo nekatalytické redukce
Parametr
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami (1)
Amoniak, vyjádřený jako NH3
< 5–30 mg/Nm3
(1) Vyšší úrovně souvisejí s vyšší koncentrací NOX na vstupu, vyšší mírou redukce a stárnutím katalyzátoru.
334
Sklářský průmysl
Kapitola 5
11.
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise boru z tavicí pece, pokud jsou do kmene přidávány sloučeniny boru, a to pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i. . Provoz filtračního systému při vhodné teplotě, aby se podpořilo odlučování sloučenin boru v pevném skupenství, přičemž je třeba zohlednit skutečnost, že některé druhy kyseliny borité mohou být v kouřovém plynu přítomny jako plynné sloučeniny při teplotách nižších než 200 °C nebo až 60 °C.
Použitelnost pro stávající zařízení může být limitována technickým omezením vyplývajícím z umístění a vlastností stávajícího filtračního systému.
Použitelnost může být omezena nižší účinností odstraňování jiných plynných ii. Používání suchého nebo polosuchého čištění v kombinaci s znečišťujících látek (SOX, HCl, HF) filtračním systémem způsobenou ukládáním sloučenin boru na povrchu suchého zásaditého činidla. Použitelnost u stávajících zařízení může iii. Používání mokrého čištění být omezena potřebou zvláštního čištění odpadních vod. (1) Popis technik je uveden v oddílech 5.10.1, 5.10.4 a 5.10.6. Monitorování Monitorování emisí boru by mělo být prováděno podle zvláštní metodiky umožňující měření pevných i plynných forem a zjištění účinnosti odstraňování těchto druhů z kouřových plynů.
5.1.5. 12.
Emise do vod ze sklářských výrobních procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižování spotřeby vody pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika
i.
Minimalizace úniků a netěsností
Použití Tato technika je všeobecně použitelná.
ii. Opětovné využívání vody použité k chlazení a čištění poté, co je vyčištěna
Tato technika je všeobecně použitelná. Recirkulaci vody používané k praní plynů lze použít u většiny pracích systémů; může však být zapotřebí pravidelného vypouštění a výměny pracího média.
iii. Používání polouzavřeného vodního systému, pokud je to technicky a ekonomicky proveditelné
Použitelnost této techniky může být omezená vzhledem k požadavkům souvisejícím s řízením bezpečnosti výrobního procesu. Konkrétně: • pokud to bezpečnost vyžaduje, může se používat otevřený chladicí systém (např. při incidentech, kdy je třeba chladit velké množství skla) • vodu používanou při některých zvláštních procesech (např. navazující činnost v odvětví nekonečných skleněných vláken, chemické leštění v odvětví užitkového a speciálního skla apod.) může být nutné úplně nebo zčásti vypouštět do systému čištění odpadních vod.
Sklářský průmysl
335
Kapitola 5
13.
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat zatížení vypouštěných odpadních vod emisemi používáním jednoho nebo několika z následujících systémů čištění odpadních vod: Technika Použití i. Standardní techniky omezování znečištění, např. usazování, prosévání, stírání, neutralizace, filtrace, aerace, srážení, koagulace a flokulace apod. Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. Standardní osvědčené postupy pro snižování emisí při skladování kapalných surovin a meziproduktů, např. ochranné obaly, inspekce nádrží, ochrana před přeplněním apod. Použitelnost se omezuje na odvětví, kde se ve ii. Biologické čištění, např. aktivovaný kal nebo výrobním procesu využívají organické látky biofiltrace k odstranění/rozložení organických (např. odvětví nekonečných skleněných vláken sloučenin a minerální vlny). iii. Vypouštění do obecních čistíren odpadních vod
Použitelné u zařízení, kde je nutné další snižování množství znečišťujících látek.
iv. Externí opětovné využívání odpadních vod
Použitelnost se většinou omezuje na odvětví frit (možné opětovné využití při výrobě keramiky).
Tabulka 5.5
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro vypouštění odpadních vod z výroby skla do povrchových vod Parametr (1)
Jednotka
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (2) (směsný vzorek)
pH Celkové množství rozpuštěných pevných látek Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) Sírany, vyjádřené jako SO4 2– Fluoridy, vyjádřené jako F– Celkové uhlovodíky Olovo, vyjádřené jako Pb Antimon, vyjádřený jako Sb Arzen, vyjádřený jako As Barium, vyjádřené jako Ba Zinek, vyjádřený jako Zn Měď, vyjádřená jako Cu Chrom, vyjádřený jako Cr Kadmium, vyjádřené jako Cd Cín, vyjádřený jako Sn Nikl, vyjádřený jako Ni Amoniak, vyjádřený jako NH4 Bor, vyjádřený jako B Fenol
— mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
6,5–9 < 30 < 5–130 (3) < 1 000 < 6 (4) < 15 (5) < 0,05–0,3 (6) < 0,5 < 0,3 < 3,0 < 0,5 < 0,3 < 0,3 < 0,05 < 0,5 < 0,5 < 10 < 1–3 <1
(1) Význam znečišťujících látek uvedených v tabulce závisí na odvětví sklářského průmyslu a na různých činnostech prováděných v zařízení. (2) Úrovně se vztahují ke směsnému vzorku odebíranému po dobu 2 nebo 24 hodin. (3) Pro nekonečná skleněná vlákna je úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami < 200 mg/l. (4) Úroveň se vztahuje k vyčištěné vodě pocházející z činností zahrnujících leštění kyselinou. (5) Celkové uhlovodíky se obecně skládají z minerálních olejů. (6) Vyšší úroveň z daného rozmezí se vztahuje k navazujícím procesům při výrobě olovnatého křišťálového skla.
336
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.1.6. Odpad ze sklářských výrobních procesů 14.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování produkce pevného odpadu určeného k odstranění pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika
i.
Recyklace odpadního kmene, pokud to umožňují nároky na kvalitu
Použití Použitelnost může být omezená vzhledem k nárokům na kvalitu výsledného skleněného výrobku.
ii. Minimalizace úniku materiálu při skladování Tato technika je všeobecně použitelná. surovin a nakládání s nimi iii. Recyklace vlastních skleněných střepů ze zmetkových výrobků
Většinou nelze použít u nekonečných skleněných vláken, vysokoteplotní izolační vlny a frit.
iv. Recyklace prachu přidáváním do kmene, pokud to umožňují nároky na kvalitu
Použitelnost mohou omezovat různé faktory: • nároky na kvalitu výsledného skleněného výrobku • procentní podíl skleněných střepů v kmeni • možné unášení a koroze žáruvzdorných materiálů • omezení vyplývající z bilance síry.
Všeobecně použitelné v odvětví výroby užitkového skla (kal z broušení olovnatého křišťálového skla) a v. Zhodnocování pevného odpadu a/nebo kalu obalového skla (jemné skleněné částice smíšené s vhodným využíváním v zařízení (např. kal z olejem). čištění odpadních vod) nebo v jiných Omezená použitelnost v jiných odvětvích sklářské průmyslových odvětvích výroby z důvodu nepředvídatelného složení, kontaminace, malého objemu a ekonomické proveditelnosti. vi. Zhodnocování žáruvzdorných materiálů po ukončení životnosti možným použitím v jiných průmyslových odvětvích
Použitelnost je limitovaná vzhledem k omezením ze strany výrobců žáruvzdorných materiálů a potenciálních uživatelů.
vii. Používání briket z odpadu určeného k recyklaci s cementovým pojivem v horkovětrných kupolových pecích, pokud to umožňují požadavky na kvalitu
Použitelnost briket z odpadu s cementovým pojivem se omezuje na odvětví výroby kamenné vlny. Měl by se hledat kompromis mezi emisemi do ovzduší a vznikem pevného odpadu.
5.1.7. Hluk ze sklářských výrobních procesů 15. i. ii. iii. iv. v.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí hluku pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Vypracování posouzení hluku v životním prostředí a vytvoření plánu snižování hluku vhodného pro místní prostředí Uzavření hlučného vybavení/provozu do samostatné konstrukce/jednotky Používání valů na odstínění zdroje hluku Provádění hlučných venkovních činností přes den Používání protihlukových stěn nebo přírodních zábran (stromy, keře) mezi zařízením a chráněnou oblastí v závislosti na místních podmínkách.
Sklářský průmysl
337
Kapitola 5
5.2. Závěry o BAT pro výrobu obalového skla Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu obalového skla.
5.2.1. 16.
Emise prachu z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise prachu z odpadních plynů z tavicí pece používáním systému na čištění kouřových plynů, např. elektrostatického odlučovače nebo tkaninového filtru.
Technika (1)
Použití
Systémy na čištění kouřových plynů využívají koncové techniky založené na filtraci všech materiálů, které jsou v místě měření v pevném skupenství.
Tato technika je všeobecně použitelná.
(1) Popis filtračních systémů (tj. elektrostatický odlučovač, tkaninový filtr) je uveden v oddíle 5.10.1. Tabulka 5.6
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví obalového skla
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Prach
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
< 0,015–0,06
1
( ) K určení nižší a vyšší hodnoty v rámci rozmezí byly použity přepočítací koeficienty 1,5 × 103 a 3 × 103.
5.2.2.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí
17.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
I.
Primární techniky, např.: Technika (1)
i.
Použití
Úprava spalování
a) Snížení poměru palivo/vzduch
Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
b) Snížení teploty spalovacího vzduchu
Použitelné pouze za konkrétních podmínek v konkrétních zařízeních vzhledem k nižší účinnosti pece a vyšší spotřebě paliva (tj. používání rekuperačních pecí místo regenerativních).
c) Postupné spalování: • Postupné zavádění vzduchu • Postupné zavádění paliva
Postupné zavádění paliva lze použít u většiny konvenčních vzducho-palivových pecí. Postupné zavádění vzduchu má velice omezené použití vzhledem k jeho technické složitosti.
d) Recirkulace kouřových plynů
Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s automatickou recirkulací odpadních plynů.
338
Sklářský průmysl
Kapitola 5
e) Hořáky s nízkými emisemi NOX
f) Výběr paliva
ii. Speciální konstrukce pece
Tato technika je všeobecně použitelná. Dosažené přínosy pro životní prostředí jsou většinou menší při použití u plynových pecí s příčnými plameny z důvodu technických omezení a menší flexibility pece. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu. Použitelnost se omezuje na složení kmene s vysokým podílem externích skleněných střepů (> 70 %). Použití vyžaduje celkovou přestavbu tavicí pece. Zvláštní omezení může způsobovat tvar pece (úzká a dlouhá).
iii. Elektrické tavení
Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece.
iv. Kyslíko-palivové tavení
Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2. II.
i.
Sekundární techniky, např.: Technika (1)
Použití
Selektivní katalytická redukce (SCR)
K použití může být nutná modernizace systému na zachycování prachu, aby se zaručila koncentrace prachu nižší než 10–15 mg/Nm3, a instalace odsiřovacího systému na odstraňování emisí SOX. S ohledem na optimální interval provozních teplot se použitelnost omezuje na využívání elektrostatických odlučovačů. S tkaninovými filtry se technika většinou nepoužívá, protože by vzhledem k nízké provozní teplotě v rozmezí 180–200 °C bylo nutné ohřívání odpadních plynů. K zavedení této techniky může být nutné mít k dispozici velký prostor.
ii. Selektivní nekatalytická redukce (SNCR)
Tuto techniku lze využít u rekuperačních pecí. Velmi omezená použitelnost u konvenčních regenerativních pecí, u nichž je těžké dostat se do správného teplotního intervalu nebo není možné řádně promísit kouřové plyny s činidlem. Lze ji použít u nových regenerativních pecí vybavených dělenými regenerátory, teplotní interval se však obtížně udržuje kvůli reverzaci mezi komorami, která způsobuje cyklické změny teploty.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2.
Sklářský průmysl
339
Kapitola 5
Tabulka 5.7
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví obalového skla Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami Parametr Nejlepší dostupná technika kg/t utavené 3 mg/Nm skloviny (1) 2 3 Úpravy spalování, speciální konstrukce pecí ( ) ( ) 500–800 0,75–1,2 Elektrické tavení < 100 < 0,3 NOX vyjádřené jako NO2 Kyslíko-palivové tavení (4) Nelze použít. < 0,5–0,8 Sekundární techniky < 500 < 0,75 (1 ) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 pro obecné případy (1,5 × 10-3 ), s výjimkou elektrického tavení (zvláštní případy: 3 × 10-3). 2 ( ) Nižší hodnota se vztahuje k používání speciálních konstrukcí pece tam, kde je to možné. (3) Tyto hodnoty by měly být revidovány v případě běžné nebo celkové přestavby tavicí pece. (4) Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku).
18.
Pokud se do kmene přidávají dusičnany a/nebo je z důvodu zajištění kvality výsledného výrobku nutné vytvořit v peci zvláštní spalovací podmínky, je nejlepší dostupnou technikou snižovat emise NOX minimalizací používání těchto surovin v kombinaci s primárními nebo sekundárními technikami.
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami jsou uvedeny v Tabulce 5.7. Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro případy, kdy se do kmene přidávají dusičnany u pecí s krátkými kampaněmi nebo s kapacitou < 100 t denně, je uvedena v Tabulce 5.8. Technika (1)
Použití
Primární techniky • Minimalizace dusičnanů přidávaných do kmene. Dusičnany se používají u vysoce kvalitních výrobků (tj. lékovek, flakonů a nádobek na kosmetické přípravky). K efektivním náhradním materiálům patří sírany, oxidy arzenu nebo oxid ceričitý. Alternativou k používání dusičnanů jsou také úpravy procesů (např. zvláštní podmínky oxidačního spalování).
Nahrazování dusičnanů přidávaných do kmene může být omezeno vysokými náklady a/nebo větším dopadem náhradních látek na životní prostředí.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2.
Tabulka 5.8
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicí pece v odvětví obalového skla, pokud se do kmene přidávají dusičnany a/nebo pokud se používají zvláštní podmínky oxidačního spalování u pecí s krátkými kampaněmi nebo s kapacitou < 100 t denně Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami Nejlepší dostupná Parametr technika kg/t utavené skloviny mg/Nm3 ( 1) NOX vyjádřené jako Primární techniky < 1000 <3 NO2
(1) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 pro zvláštní případy (3 × 10-3).
340
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.2.3. Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí 19.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Použití
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná.
Minimalizace obsahu síry ve složení kmene je většinou použitelná v rámci omezení daných nároky na kvalitu výsledného výrobku. Optimalizace bilance síry vyžaduje kompromis mezi ii. Minimalizace obsahu síry ve složení kmene a odstraňováním emisí SOX a snižováním množství optimalizace bilance síry pevných odpadů (prach z filtrů). Efektivní snižování emisí SOX závisí na zadržování sloučenin síry ve skle, které se může výrazně lišit podle druhu skla. iii. Používání paliv s nízkým obsahem síry
Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.3. Tabulka 5.9
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví obalového skla Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými Palivo technikami (1) (2)
Parametr
mg/Nm3 SOX vyjádřené jako SO2
( 1)
( 2) ( 3) ( 4)
Zemní plyn
< 200–500
< 0,3–0,75
Topný olej (4)
< 500–1200
< 0,75–1,8
U zvláštních druhů barevného skla (např. zelené sklo vyráběné redukčním procesem) může být z důvodu nejistoty ohledně dosažitelné úrovně emisí nutné zjišťovat bilanci síry. Hodnot uvedených v tabulce může být obtížné dosáhnout v kombinaci s recyklací prachu z filtrů a mírou recyklace externích skleněných střepů. Nižší hodnoty se vztahují k podmínkám, kdy má snižování emisí SOX větší prioritu než snížení produkce pevného odpadu tvořeného prachem z filtrů bohatým na sírany. Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 pro obecné případy (1,5 × 10–3). Související úrovně emisí se vztahují k používání topného oleje s 1 % obsahem síry v kombinaci se sekundárními technikami.
5.2.4. 20.
Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise HCl a HF z tavicí pece (případně v kombinaci s kouřovými plyny z povrchových úprav na horkém konci) používáním jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
kg/t utavené skloviny (3)
Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene
ii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Použití Použitelnost může být omezena druhem vyráběného v zařízení a dostupností surovin.
skla
Tato technika je všeobecně použitelná.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.4.
Sklářský průmysl
341
Kapitola 5
Tabulka 5.10
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví obalového skla Parametr Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Chlorovodík, vyjádřený jako HCl (2)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
< 0,02–0,03
Fluorovodík vyjádřený jako HF < 1–5 < 0,001–0,008 (1) Byl použit přepočítací koeficient pro obecné případy uvedený v Tabulce 5.2 (1,5 × 10-3). (2) Vyšší úrovně jsou spojeny se současným čištěním kouřových plynů z povrchových úprav na horkém konci.
5.2.5.
Emise kovů z tavicích pecí
21.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Použití i. Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene Použitelnost může být omezena druhem skla ii. Minimalizace sloučenin kovů přidávaných vyráběného v zařízení a dostupností surovin do kmene, pokud je nutné barvení nebo odbarvování skla v rámci požadavků na kvalitu spotřebního skla iii. Používání filtračního systému (tkaninový filtr nebo elektrostatický odlučovač) Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. iv. Používání suchého nebo polosuchého čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem (1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
Tabulka 5.11
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví obalového skla
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) (2) (3) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (4)
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI)
< 0,2–1 (5)
< 0,3–1,5 × 10 3
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
< 1–5
< 1,5–7,5 × 10-3
(1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Nižší hodnoty představují úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami v případech, kdy sloučeniny kovů nejsou záměrně přidávány do kmene. (3) Vyšší hodnoty jsou spojeny s používáním kovů k barvení nebo odbarvování skla či v případech, kdy se společně s emisemi z tavicích pecí čistí kouřové plyny z povrchových úprav na horkém konci. (4) Byl použit přepočítací koeficient pro obecné případy uvedený v Tabulce 5.2 (1,5 × 10–3). (5) Ve zvláštních případech, kdy se vyrábí vysoce kvalitní olovnaté sklo vyžadující vyšší množství selenu k odbarvování (v závislosti na surovině), jsou uvedeny vyšší hodnoty až 3 mg/Nm3.
342
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.2.6. 22.
Emise z navazujících procesů Pokud se k povrchových úpravám na horkém konci používají cínové, organocínové nebo titanové sloučeniny, je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí používáním jedné nebo několika z následujících technik:
Technika i. Minimalizace úniku materiálu používaného k povrchovým úpravám dobrým těsněním aplikačního systému a používáním účinných odsávacích digestoří. Kvalitní konstrukce a těsnění aplikačního systému je zásadní pro minimalizaci úniku nezreagovaného materiálu do ovzduší. ii. Kombinace kouřového plynu z povrchových úprav s odpadním plynem z tavicích pecí nebo se spalovacím vzduchem z pece, pokud je používán systém sekundární úpravy (filtr a zařízení na suché nebo polosuché čištění). Podle chemické kompatibility je možné před úpravou mísit odpadní plyny z povrchových úprav s jinými kouřovými plyny. Lze použít tyto dvě možnosti: • kombinace s kouřovými plyny z tavicí pece před systémem sekundární úpravy (suché nebo polosuché čištění a filtrační systém) • kombinace se spalovacím vzduchem před vstupem do regenerátoru s následným sekundárním čištěním odpadních plynů vzniklých při tavení (suché nebo polosuché čištění + filtrační systém). iii. Používání sekundární techniky, např. mokrého čištění nebo suchého čištění v kombinaci s filtrací (1). 1 ( ) Popis technik je uveden v oddílech 5.10.4 a 5.10.7.
Tabulka 5.12
Použití
Tato technika je všeobecně použitelná.
Kombinace s kouřovými plyny z tavicí pece je všeobecně použitelná. Kombinování se spalovacím vzduchem může podléhat technickým omezením vzhledem k možnému vlivu na chemii skla a na materiály použité v regenerátoru.
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z povrchových úprav na horkém konci v odvětví obalového skla, pokud se kouřové plyny z navazujících procesů upravují odděleně
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
Prach
< 10
Sloučeniny titanu vyjádřené jako Ti
<5
Sloučeniny cínu včetně organocínových, vyjádřené jako Sn
<5
Chlorovodík vyjádřený jako HCl
< 30
Sklářský průmysl
343
Kapitola 5
23.
Pokud se k povrchovým úpravám používá SO3, je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí SOX pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Technika (1) i.
ii.
Použití
Minimalizace úniku materiálu zajištěním dobrého utěsnění aplikačního systému. Kvalitní konstrukce a údržba aplikačního systému je zásadní pro minimalizaci úniku nezreagovaného materiálu do ovzduší.
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
Používání sekundární techniky, např. mokrého čištění.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.6.
Tabulka 5.13
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z navazujících procesů využívajících SO3 k povrchovým úpravám v odvětví obalového skla, pokud se emise upravují samostatně
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
SOx vyjádřené jako SO2
< 100–200
344
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.3. Závěry o BAT pro výrobu plochého skla Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu plochého skla.
5.3.1. 24.
Emise prachu z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise prachu z odpadních plynů z tavicí pece používáním elektrostatického odlučovače nebo systému tkaninových filtrů.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.1. Tabulka 5.14
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví plochého skla Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Parametr
mg/Nm3
Prach
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
1
< 0,025–0,05 -3
( ) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (2,5 × 10 ).
5.3.2.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí
25.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
I.
Primární techniky, např.: Technika (1)
i.
Použití
Úprava spalování
a)
Snížení poměru palivo/vzduch
b)
Snížení teploty spalovacího vzduchu
c)
Postupné spalování: • Postupné zavádění vzduchu • Postupné zavádění paliva
Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Použitelnost se omezuje na nízkokapacitní pece pro výrobu speciálního plochého skla a na specifické podmínky pro dané zařízení vzhledem k nižší účinnosti pece a vyšší spotřebě paliva (tj. používání rekuperačních pecí místo regenerativních). Postupné zavádění paliva lze použít u většiny konvenčních vzducho-palivových pecí. Postupné zavádění vzduchu má velice omezené použití vzhledem k jeho technické složitosti.
Recirkulace kouřových plynů
Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s automatickou recirkulací odpadních plynů.
e)
Hořáky s nízkými emisemi NOX
Tato technika je všeobecně použitelná. Dosažené přínosy pro životní prostředí jsou většinou menší při použití u plynových pecí s příčnými plameny z důvodu technických omezení a menší flexibility pece. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
f)
Výběr paliva
Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
d)
Sklářský průmysl
345
Kapitola 5
Technika (1)
Použití
ii.
Souhrn opatření FENIX Založen na kombinaci různých primárních technik optimalizace spalování v regenerativních pecích na plavené sklo s příčnými plameny. Hlavní rysy: • snížení přebytku vzduchu • otlačení tepelných uzlů a homogenizace teploty plamene • regulované mísení paliva a spalovacího vzduchu-.
Použitelnost se omezuje na regenerativní pece s příčnými plameny. Použitelné u nových pecí. U stávajících pecí je tuto techniku nutné přímo začlenit do návrhu stavby pece při její celkové přestavbě.
iii. Kyslíko-palivové tavení
Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2. II.
i.
Sekundární techniky, např.: Technika (1)
Použití
Chemická redukce s použitím paliva
Použitelné u regenerativních pecí. Použitelnost je omezena zvýšenou spotřebou paliva a následným ekonomickým dopadem a dopadem na životní prostředí. K použití může být nutná modernizace systému na zachycování prachu, aby se zaručila koncentrace prachu nižší než 10–15 mg/ Nm3, a instalace odsiřovacího systému na odstraňování emisí SOX.
ii.
Selektivní katalytická redukce (SCR)
S ohledem na optimální interval provozních teplot se použitelnost omezuje na využívání elektrostatických odlučovačů. S tkaninovými filtry se technika většinou nepoužívá, protože by vzhledem k nízké provozní teplotě v rozmezí 180–200 °C bylo nutné ohřívání odpadních plynů.
K zavedení této techniky může být nutné mít k dispozici velký prostor. 1 ( ) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2. Tabulka 5.15
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví plochého skla Nejlepší dostupná Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými Parametr technika technikami (1)
Úprava spalování 3 NOX vyjádřené jako Souhrn opatření FENIX ( ) NO2 Kyslíko-palivové tavení (4) Sekundární techniky (5)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
700–800
1,75–2,0
Nelze použít.
< 1,25–2,0
400–700
1,0–1,75
1
( ) Vyšší úrovně emisí se očekávají v případě, že se příležitostně k výrobě speciálního skla použijí dusičnany. (2) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (2,5 × 10-3). (3) Nižší hodnoty v uvedeném rozmezí se vztahují k používání opatření FENIX. (4) Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku). (5) Vyšší hodnoty v uvedeném rozmezí se vztahují ke stávajícím zařízením před běžnou nebo úplnou přestavbou tavicí pece. Nižší hodnoty se vztahují k novějším/modernizovaným zařízením.
346
Sklářský průmysl
Kapitola 5
26.
Pokud se do kmene přidávají dusičnany, nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX minimalizací používání těchto surovin v kombinaci s primárními nebo sekundárními technikami. Pokud se uplatňují sekundární techniky, platí úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami uvedené v Tabulce 5.15.
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro případy, kdy se při výrobě speciálního skla v omezeném počtu krátkých kampaní do kmene přidávají dusičnany, jsou uvedeny v Tabulce 5.16. Technika (1)
Použití
Primární techniky Minimalizace obsahu dusičnanů ve složení kmene. Dusičnany se používají na speciální výrobky (např. barevné sklo). K efektivním náhradním materiálům patří sírany, oxidy arzenu nebo oxid ceričitý.
Nahrazování dusičnanů přidávaných do kmene může být omezeno vysokými náklady a/nebo větším dopadem náhradních látek na životní prostředí.
(1) Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.2. Tabulka 5.16
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví plochého skla, pokud se k výrobě speciálního skla v omezeném počtu krátkých kampaní používají dusičnany Nejlepší dostupná Parametr Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami technika
NOX vyjádřené jako NO2
Primární techniky
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 1200
<3
(1) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 pro zvláštní případy (2,5 × 10-3).
5.3.3. 27.
i.
ii.
Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Použití
Suché nebo polosuché čištění plynů v Tato technika je všeobecně použitelná. kombinaci s filtračním systémem
Minimalizace obsahu síry ve složení kmene a optimalizace bilance síry
iii. Používání paliv s nízkým obsahem síry
Minimalizace obsahu síry ve složení kmene je většinou použitelná v rámci omezení daných nároky na kvalitu výsledného výrobku. Optimalizace bilance síry vyžaduje kompromis mezi odstraňováním emisí SOX a snižováním množství pevných odpadů (prach z filtrů). Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.3.
Sklářský průmysl
347
Kapitola 5
Tabulka 5.17
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví plochého skla Úroveň emisí spojená s Parametr Palivo nejlepšími dostupnými technikami (1)
SOx vyjádřené jako SO2 Zemní plyn 3
4
Topný olej ( ) ( ) 1
() (2) (3) (4)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
< 300–500
< 0,75–1,25
500–1300
1,25–3,25
Nižší hodnoty se vztahují k podmínkám, kdy má snižování emisí SOX vyšší prioritu než snižování produkce pevného odpadu tvořeného prachem z filtrů bohatým na sírany. Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (2,5 × 10-3). Související úrovně emisí se vztahují k používání topného oleje s 1 % obsahem síry v kombinaci se sekundárními technikami. U velkých pecí na ploché sklo může být z důvodu nejistoty ohledně dosažitelné úrovně emisí nutné zjišťovat bilanci síry. Hodnot uvedených v tabulce může být obtížné dosáhnout v kombinaci s recyklací prachu z filtrů.
5.3.4.
Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí
28. Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí HCl a HF z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i. Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene
Použitelnost může být omezena druhem skla vyráběného v zařízení a dostupností surovin.
ii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.4. Tabulka 5.18
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví plochého skla Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Chlorovodík, vyjádřený jako HCl (2) Fluorovodík vyjádřený jako HF (1) (2)
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–25
< 0,025–0,0625
< 1–4
< 0,0025–0,010
Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (2,5 × 10–3 ). Vyšší hodnoty v rozmezí se vztahují k recyklaci prachu z filtrů přidáváním do kmene.
5.3.5. 29.
mg/Nm3
Emise kovů z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene
ii.
Používání filtračního systému
Použití Použitelnost může být omezena druhem skla vyráběného v zařízení a dostupností surovin.
iii. Používání suchého nebo polosuchého čištění Tato technika je všeobecně použitelná. plynů v kombinaci s filtračním systémem (1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
348
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.19
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicí pece v odvětví plochého skla, s výjimkou skla barveného selenem Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1)
Parametr Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI) Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
< 0,2–1
< 0,5–2,5 × 10-3
< 1–5
< 2,5–12,5 × 10-3
(1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (2,5 × 10-3). 30.
Pokud se k barvení skla používají sloučeniny selenu, je nejlepší dostupnou technikou snižovat emise selenu z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Použití
Minimalizace odpařování selenu z kmene Použitelnost může být omezena druhem skla výběrem surovin s vyšší účinností zadržování vyráběného v zařízení a dostupností surovin. ve skle a nižší těkavostí
ii. Používání filtračního systému iii. Používání suchého nebo polosuchého čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem ( 1)
Tato technika je všeobecně použitelná.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
Tabulka 5.20
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise selenu z tavicí pece při výrobě barevného skla v odvětví plochého skla
Parametr Sloučeniny selenu, vyjádřené jako Se
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) (2) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (3)
1–3
< 2,5–7,5 × 10-3
(1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Nižší hodnota odpovídá podmínkám, kdy má snižování emisí Se vyšší prioritu než snižování produkce pevného odpadu tvořeného prachem z filtrů. V tomto případě se uplatňuje vysoký stechiometrický poměr (činidlo/znečišťující látka) a vzniká značné množství pevného odpadu. (3) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (2,5 × 10-3).
Sklářský průmysl
349
Kapitola 5
5.3.6. 31.
Emise z navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí do ovzduší z navazujících procesů pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Použití
i.
Minimalizace úniku materiálu používaného k povrchovým úpravám plochého skla zajištěním kvalitního těsnění aplikačního systému
ii.
Minimalizace úniků SO2 z tunelové chladicí pece pomocí optimálního provozu řídicího systému
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
iii. Kombinace emisí SO2 z chladicí pece s odpadními plyny z tavicí pece, pokud je to technicky proveditelné a pokud je používán systém sekundární úpravy (filtr a zařízení na suché nebo polosuché čištění) iv. Používání sekundární techniky, např. mokrého čištění nebo suchého čištění a filtrace (1)
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. Výběr techniky a její účinnost závisí na složení odpadních plynů v místě vstupu.
Popis systémů sekundární úpravy je uveden v oddílech 5.10.3 a 5.10.6.
Tabulka 5.21
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících procesů v odvětví plochého skla, pokud se emise upravují odděleně Úroveň emisí spojená s nejlepšími Parametr dostupnými technikami mg/Nm3
Prach
< 15–20
Chlorovodík vyjádřený jako HCl
< 10
Fluorovodík vyjádřený jako HF
< 1–5
SOX vyjádřené jako SO2
< 200
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI)
<1
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
<5
350
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.4.
Závěry o BAT pro výrobu nekonečných skleněných vláken
Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu nekonečných skleněných vláken.
5.4.1.
Emise prachu z tavicích pecí
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami uvedené v tomto oddíle se vztahují ke všem materiálům, které jsou v místě měření v pevném skupenství, včetně pevných sloučenin boru. Sloučeniny boru, které jsou v bodě měření plynné, zahrnuty nejsou. 32.
i.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí prachu z odpadních plynů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Snižování obsahu těkavých složek úpravou surovin Primární technikou ke snížení emisí prachu, které vznikají především v důsledku těkavosti, je příprava takového složení kmene, které neobsahuje sloučeniny boru nebo jich obsahuje malé množství. Bor je hlavní složkou částic unikajících z tavicí pece.
Použití
Použití techniky je omezeno otázkami práv duševního vlastnictví, protože složení kmene bez boru nebo s nízkým obsahem boru jsou chráněna patentem.
ii. Filtrační systém: elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr
Tato technika je všeobecně použitelná. Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití u nových zařízení, kde při výběru umístění a vlastností filtru neexistují žádná omezení.
iii. Systém mokrého čištění
Použití u stávajících zařízení může být omezeno technickými aspekty, např. potřebou zvláštní čistírny odpadních vod.
( 1)
Popis systémů sekundární úpravy je uveden v oddílech 5.10.1 a 5.10.7.
Tabulka 5.22
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken
Parametr
Prach
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
< 10–20
< 0,045–0,09
(1 ) Při použití primárních technik byly u kmene bez obsahu boru hlášeny hodnoty < 30 mg/Nm3 (< 0,14 kg/t utavené skloviny). (2) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (4,5 × 10-3).
Sklářský průmysl
351
Kapitola 5
5.4.2. 33.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i.
Úprava spalování
a)
Snížení poměru palivo/vzduch
Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
b)
Snížení teploty spalovacího vzduchu
Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí v rámci omezení daných energetickou účinností pece a vyšší spotřebou paliva. Většina pecí je již rekuperačního typu.
c)
Postupné spalování: • Postupné zavádění vzduchu • Postupné zavádění paliva
Postupné zavádění paliva lze použít u většiny vzduchopalivových a kyslíko-palivových pecí. Postupné zavádění vzduchu má velmi omezené použití vzhledem k jeho technické složitosti.
d)
Recirkulace kouřových plynů
Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s automatickou recirkulací odpadních plynů.
e)
Hořáky s nízkými emisemi NOX
Tato technika je všeobecně použitelná. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
f)
Výběr paliva
Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
ii.
Kyslíko-palivové tavení
Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2. Tabulka 5.23
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví nekonečných skleněných vláken Nejlepší dostupná Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými Parametr technika technikami 3 mg/Nm kg/t utavené skloviny
NOX vyjádřené jako NO2 (1) (2)
352
Úprava spalování
< 600–1000
< 2,7–4,5 (1)
Kyslíko-palivové tavení (2)
Nelze použít.
< 0,5–1,5
Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (4,5 × 10-3). Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku).
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.4.3.
Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí
34. Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných požadavky na kvalitu výsledného skleněného výrobku. i. Minimalizace obsahu síry ve složení kmene Optimalizace bilance síry vyžaduje kompromis mezi a optimalizace bilance síry odstraňováním emisí SOX a snižováním množství pevných odpadů (prach z filtrů), které je třeba zlikvidovat. Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s ii. Používání paliv s nízkým obsahem síry dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu. iii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná. Vysoká koncentrace sloučenin boru v kouřových plynech může snižovat účinnost činidla užívaného v systémech na suché nebo polosuché čištění ke snižování emisí.
iv. Používání mokrého čištění
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci technických omezení, např. potřeby zvláštní čistírny odpadních vod.
(1) Popis technik je uveden v oddílech 5.10.3 a 5.10.6. Tabulka 5.24 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken Palivo Parametr
SOx vyjádřené jako SO2
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
Zemní plyn (3)
< 200–800
< 0,9–3,6
Topný olej (4) (5)
< 500–1000
< 2,25–4,5
(1) Vyšší hodnoty v rozmezí se vztahují k přidávání síranů do kmene k čeření skla. (2) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (4,5 × 10-3). (3) U kyslíko-palivových pecí se při mokrém čištění uvádí úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami < 0,1 kg/t utavené skloviny pro emise SOX, vyjádřených jako SO2. (4) Související úrovně emisí se vztahují k používání topného oleje s 1 % obsahem síry v kombinaci se sekundárními technikami. (5) Nižší hodnoty se vztahují k podmínkám, kdy má snižování emisí SOX vyšší prioritu než snižování produkce pevného odpadu tvořeného prachem z filtrů bohatým na sírany. Nižší hodnoty se v tomto případě vztahují k používání tkaninového filtru.
Sklářský průmysl
353
Kapitola 5
5.4.4. 35.
i. ii.
Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí HCl a HF z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Použití Tato technika je všeobecně použitelná v rámci Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a omezení daných složením směsi a dostupností fluoru do složení kmene surovin. Minimalizace obsahu fluoru ve složení kmene Minimalizace emisí fluoru z tavicího procesu lze dosáhnout takto: • Minimalizací/snížením množství sloučenin fluoru (např. fluoritu) přidávaných do kmene na minimum úměrně kvalitě výsledného výrobku. Sloučeniny fluoru se využívají k optimalizaci tavicího procesu, usnadňují tvorbu vláken a minimalizují lámání vláken. • Nahrazování sloučenin fluoru jinými materiály (např. sírany).
Nahrazování sloučenin fluoru jinými materiály je omezeno požadavky na kvalitu výrobku.
iii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná.
iv. Mokré čištění
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci technických omezení, např. potřeby zvláštní čistírny odpadních vod.
(1)
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.4 a 5.10.6.
Tabulka 5.25
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví nekonečných skleněných vláken Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Chlorovodík vyjádřený jako HCl Fluorovodík vyjádřený jako HF (2)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10
< 0,05
< 5–15
1
< 0,02–0,07 -3
( ) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (4,5 × 10 ). (2) Vyšší hodnoty v rozmezí se vztahují k přidávání sloučenin fluoru do kmene.
5.4.5. 36.
Emise kovů z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných dostupností surovin.
ii.
Používání suchého nebo polosuchého čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná.
iii. Mokré čištění (1)
354
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci technických omezení, např. potřeby zvláštní čistírny odpadních vod.
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.5 a 5.10.6.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.26
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicí pece v odvětví nekonečných skleněných vláken Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1)
Parametr Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI) Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
< 0,2–1
< 0,9–4,5 × 10-3
< 1–3
< 4,5–13,5 × 10-3
(1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 (4,5 × 10–3).
5.4.6.
Emise z navazujících procesů
37.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí z navazujících procesů pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Použití
i. Systémy mokrého čištění
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné k úpravě odpadních plynů z tvářecích procesů (povrchové úpravy vláken) nebo sekundárních procesů, při nichž se používá pojivo, které se musí vytvrzovat nebo ii. Mokrý elektrostatický odlučovač vysoušet. iii. Filtrační systém (tkaninový filtr) Tato technika je všeobecně použitelná k úpravě odpadních plynů vznikajících při řezání a frézování výrobků. (1) Popis technik je uveden v oddílech 5.10.7 a 5.10.8. Tabulka 5.27
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících procesů v odvětví nekonečných skleněných vláken, pokud se emise upravují odděleně
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
Emise z tváření a povrchových úprav Prach
< 5–20
Formaldehyd
< 10
Amoniak
< 30
Celkové těkavé organické sloučeniny vyjádřené jako C
< 20
Emise z řezání a frézování Prach
Sklářský průmysl
< 5–20
355
Kapitola 5
5.5. Závěry o BAT pro výrobu užitkového skla Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu užitkového skla.
5.5.1. 38.
Emise prachu z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí prachu z odpadních plynů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
ii.
Použití
Snižování obsahu těkavých složek úpravou surovin Složení kmene může obsahovat silně těkavé složky (např. bor, fluoridy), což výrazně přispívá ke tvoření emisí prachu z tavicí pece.
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných druhem vyráběného skla a dostupností náhradních surovin.
Elektrické tavení
Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece.
iii. Kyslíko-palivové tavení
Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
iv. Filtrační systém: elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
v.
Systém mokrého čištění
Použití se omezuje na konkrétní případy, především u elektrických tavicích pecí, kde je objem kouřových plynů a emisí prachu většinou malý a souvisí s unášením částic kmene.
(1)
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.5 a 5.10.7.
Tabulka 5.28 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví užitkového skla Parametr
Prach 1
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20 (2)
< 0,03–0,06
< 1–10 (3)
< 0,003–0,03
-3
( ) Byl použit přepočítací koeficient 3 × 10 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby. (2) U pecí na výrobu sodnovápenatého skla s kapacitou < 80 t denně jsou hlášeny úvahy, zda je dosažení úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami ekonomicky únosné. (3) Tato úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami se vztahuje na složení kmene s obsahem složek splňujících kritéria pro klasifikaci jako nebezpečné látky podle nařízení (ES) 1272/2008.
356
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.5.2. Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí 39.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: I. Primární techniky jsou, např.: Technika (1)
Použití
i. Úprava spalování a) Snížení poměru palivo/vzduch
b) Snížení teploty spalovacího vzduchu c) Postupné spalování: • Postupné zavádění vzduchu • Postupné zavádění paliva d) Recirkulace kouřových plynů
e) Hořáky s nízkými emisemi NOX
f) Výběr paliva
ii. Speciální konstrukce pece
iii. Elektrické tavení iv. Kyslíko-palivové tavení
Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Použitelné pouze za konkrétních podmínek v konkrétních zařízeních vzhledem k nižší účinnosti pece a vyšší spotřebě paliva (tj. používání rekuperačních pecí místo regenerativních). Postupné zavádění paliva lze použít u většiny konvenčních vzducho-palivových pecí. Postupné zavádění vzduchu má velmi omezené použití vzhledem k jeho technické složitosti. Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s automatickou recirkulací odpadních plynů. Tato technika je všeobecně použitelná. Dosažené přínosy pro životní prostředí jsou většinou menší při použití u plynových pecí s příčnými plameny z důvodu technických omezení a menší flexibility pece. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu. Použitelnost se omezuje na složení kmene s vysokým podílem externích skleněných střepů (> 70 %). Použití vyžaduje celkovou přestavbu tavicí pece. Zvláštní omezení může způsobovat tvar pece (úzká a dlouhá). Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece. Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2. Tabulka 5.29 Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví užitkového skla Úroveň emisí spojená s nejlepšími Parametr Nejlepší dostupná technika dostupnými technikami
NOx vyjádřené jako NO2
Úprava spalování Speciální konstrukce pece Elektrické tavení 2
Kyslíko-palivové tavení ( )
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 500–1000
< 1,25–2,5
< 100
< 0,3
Nelze použít.
< 0,5–1,5
(1) Byl použit přepočítací koeficient 2,5 × 10-3 pro úpravy spalování a zvláštní konstrukce pece a přepočítací koeficient 3 × 10-3 pro elektrické tavení (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby. (2) Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku).
Sklářský průmysl
357
Kapitola 5
40.
Pokud se do kmene přidávají dusičnany, nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX minimalizací používání těchto surovin v kombinaci s primárními nebo sekundárními technikami.
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami jsou uvedeny v Tabulce 5.29. Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro případy, kdy se při výrobě speciálních druhů sodnovápenatého skla (čiré / ultra čiré sklo nebo barevné sklo s použitím selenu) a jiného speciálního skla (např. borokřemičitého, sklokeramiky, opálového, křišťálového nebo olovnatého křišťálového) v omezeném počtu krátkých kampaní nebo v pecích o kapacitě < 100 t denně do kmene přidávají dusičnany, jsou uvedeny v Tabulce 5.30. Technika (1)
Použití
Primární techniky • Minimalizace dusičnanů přidávaných do kmene
Nahrazování dusičnanů přidávaných do kmene může být omezeno vysokými náklady Dusičnany se používají u vysoce kvalitních a/nebo větším dopadem náhradních látek na výrobků, kdy se vyrábí vysoce čiré nebo speciální životní prostředí. sklo. K efektivním náhradním materiálům patří sírany, oxidy arzenu nebo oxid ceričitý.
(1) Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.2. Tabulka 5.30
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicí pece v odvětví užitkového skla v případech, kdy se při výrobě speciálních druhů sodnovápenatého skla (čiré / ultra čiré sklo nebo barevné sklo s použitím selenu) a jiného speciálního skla (např. borokřemičitého, sklokeramiky, opálového, křišťálového nebo olovnatého křišťálového) v omezeném počtu krátkých kampaní nebo v pecích o kapacitě < 100 t denně do kmene přidávají dusičnany
Parametr NOX vyjádřené jako NO2 1
Konvenční vzducho-palivové pece Elektrické tavení
5.5.3.
Minimalizace obsahu síry ve složení kmene a optimalizace bilance síry
iii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
358
< 300–500
< 8–10
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
ii. Používání paliv s nízkým obsahem síry
(1)
< 1,25–3,75 (1)
Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí
Technika (1)
i.
< 500–1500
Byl použit přepočítací koeficient uvedený v Tabulce 5.2 pro sodnovápenaté sklo (2,5 × 10-3 ).
()
41.
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3 kg/t utavené skloviny
Typ pece
Použití Minimalizace obsahu síry ve složení kmene je většinou použitelná v rámci omezení daných nároky na kvalitu výsledného výrobku. Optimalizace bilance síry vyžaduje kompromis mezi odstraňováním emisí SOX a snižováním množství pevných odpadů (prach z filtrů). Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu. Tato technika je všeobecně použitelná.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.3.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.31
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví užitkového skla Palivo / tavicí technika
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami 3 mg/Nm kg/t utavené skloviny (1)
Zemní plyn SOx vyjádřené jako SO2
Topný olej (2) Elektrické tavení
1
< 200–300
< 0,5–0,75
< 1000
< 2,5
< 100
< 0,25
-3
( ) Byl použit přepočítací koeficient 2,5 × 10 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby. (2) Úrovně emisí se vztahují k používání topného oleje s 1 % obsahem síry v kombinaci se sekundárními technikami.
5.5.4.
Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí
42. Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí HCl a HF z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) i.
Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene
ii.
Minimalizace obsahu fluoru ve složení kmene a optimalizace látkové bilance fluoru
Použití Použitelnost může být omezena složením kmene pro druh skla vyráběný v zařízení a dostupností surovin.
Minimalizace emisí fluoru z tavicího procesu lze dosáhnout Tato technika je všeobecně použitelná v rámci minimalizací/snížením množství sloučenin omezení daných požadavky na kvalitu výsledného fluorů (např. fluoritu) přidávaných do výrobku. kmene na minimum úměrně kvalitě výsledného výrobku. Sloučeniny fluoru se do kmene přidávají pro dosažení neprůhledného nebo zakaleného vzhledu skla. iii.
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná. Tato technika je všeobecně použitelná v rámci technických omezení, např. potřeby zvláštní čistírny odpadních vod.
iv.
Mokré čištění
( 1)
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.4 a 5.10.6.
Sklářský průmysl
Použitelnost této techniky mohou omezovat vysoké náklady a aspekty spojené s čištěním odpadních vod včetně omezení souvisejících s recyklací kalu nebo pevných usazenin z čištění vod.
359
Kapitola 5
Tabulka 5.32
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví užitkového skla Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Parametr
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
Chlorovodík vyjádřený jako HCl (2) (3)
< 10–20
< 0,03–0,06
Fluorovodík vyjádřený jako HF (4)
< 1–5
< 0,003–0,015
(1 ) Byl použit přepočítací koeficient 3 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby. (2) Nižší hodnoty se vztahují k použití elektrického tavení. (3) V případech, kdy se jako čeřidla používají KCl nebo NaCl, je úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami < 30 mg/Nm3 nebo < 0,09 kg/t utavené skloviny. 4 ( ) Nižší hodnoty se vztahují k použití elektrického tavení. Vyšší hodnoty se vztahují k výrobě opálového skla, recyklaci prachu z filtrů nebo k případům, kdy je do kmene přidáván velký podíl externích skleněných střepů.
5.5.5.
Emise kovů z tavicích pecí
43. Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene
Použitelnost může být omezena druhem skla vyráběného v zařízení a dostupností surovin.
ii.
Minimalizace obsahu kovových sloučenin přidávaných do kmene vhodným výběrem surovin, pokud je nutné barvení nebo odbarvování skla nebo pokud je třeba dosáhnout u skla zvláštních vlastností
U výroby křišťálového a olovnatého křišťálového skla je minimalizace obsahu kovových sloučenin omezena na hodnoty uvedené ve Směrnici 69/493/EHS, která obsahuje klasifikaci chemického složení výsledných skleněných výrobků.
iii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem (1)
Tato technika je všeobecně použitelná.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
Tabulka 5.33
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicí pece v odvětví užitkového skla, s výjimkou skla odbarvovaného selenem Parametr
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI) Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
< 0,2–1
< 0,6–3 × 10-3
< 1–5
< 3–15 × 10-3
(1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. 2 ( ) Byl použit přepočítací koeficient 3 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby.
360
Sklářský průmysl
Kapitola 5
44. Pokud se k odbarvování skla používají sloučeniny selenu, je nejlepší dostupnou technikou snižovat emise selenu z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Použití i.
Minimalizace obsahu selenu přidávaného do Použitelnost může být omezena druhem skla kmene vhodným výběrem surovin vyráběného v zařízení a dostupností surovin.
ii.
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
( 1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
Tabulka 5.34
Tato technika je všeobecně použitelná.
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise selenu z tavicí pece v odvětví užitkového skla v případě, že se při odbarvování skla používají sloučeniny selenu
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
Sloučeniny selenu vyjádřené <1 < 3 × 10-3 jako Se (1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Byl použit přepočítací koeficient 3 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby. 45.
Pokud se k výrobě olovnatého křišťálového skla používají sloučeniny olova, je nejlepší dostupnou technikou snižovat emise olova z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Elektrické tavení
ii.
Tkaninový filtr
Použití Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece.
iii. Elektrostatický odlučovač
Tato technika je všeobecně použitelná. iv. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem 1 ( ) Popis techniky je uveden v oddílech 5.10.1 a 5.10.5.
Tabulka 5.35
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise olova z tavicí pece v odvětví užitkového skla v případě, že se při výrobě olovnatého křišťálového skla používají sloučeniny olova
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
Sloučeniny olova vyjádřené jako < 0,5–1 < 1–3 × 10 3 Pb (1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Byl použit přepočítací koeficient 3 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient pro konkrétní druh výroby.
Sklářský průmysl
361
Kapitola 5
5.5.6. 46.
Emise z navazujících procesů U prašných navazujících procesů je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí prachu a kovů pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i.
Provádění prašných úkonů (např. řezání, broušení, leštění) pod kapalinou Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. ii. Používání systému tkaninových filtrů (1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.8.
Tabulka 5.36
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z prašných navazujících procesů v odvětví užitkového skla, pokud se emise upravují odděleně Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami Parametr mg/Nm3
Prach
< 1–10
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI) (1) Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn) (1) Sloučeniny olova vyjádřené jako Pb (2) (1) (2) 47.
ii. (1)
< 1–1,5
U leštění kyselinou je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí HF pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Minimalizace úniku lešticího materiálu zajištěním dobrého utěsnění aplikačního systému Používání sekundární techniky, např. mokrého čištění
Použití
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.6.
Tabulka 5.37
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HF z leštění kyselinou v odvětví užitkového skla, pokud se emise upravují odděleně
Parametr Fluorovodík vyjádřený jako HF
362
< 1–5
Hodnoty se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v odpadních plynech. Hodnoty se vztahují k navazujícím úkonům při zpracování olovnatého křišťálového skla.
Technika (1) i.
<1
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3 <5
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.6. Závěry o BAT pro výrobu speciálního skla Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu speciálního skla.
5.6.1.
Emise prachu z tavicích pecí
48.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí prachu z odpadních plynů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i. Snižování obsahu těkavých složek úpravou surovin Složení kmene může obsahovat silně těkavé složky (např. bor, fluoridy), které jsou hlavní složkou prachu z tavicí pece.
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných požadavky na kvalitu vyráběného skla.
ii. Elektrické tavení
Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece.
iii. Filtrační systém: elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr
Tato technika je všeobecně použitelná.
(1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.1.
Tabulka 5.38
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví speciálního skla
Parametr
Prach ( 1)
( 2)
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
< 0,03–0,13
< 1–10 (2) < 0,003–0,065 K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 2,5 × 10-3 a 6,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2), přičemž některé hodnoty byly stanoveny aproximací. V jednotlivých případech je však nutné použít zvláštní koeficient podle druhu vyráběného skla (viz Tabulka 5.2). Tyto úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami se vztahují na složení kmene s obsahem složek splňujících kritéria pro klasifikaci jako nebezpečné látky podle nařízení (ES) 1272/2008.
Sklářský průmysl
363
Kapitola 5
5.6.2. 49. I.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Primární techniky, např.: Technika (1)
Použití
i.
Úprava spalování
a)
Snížení poměru palivo/vzduch
Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
b)
Snížení teploty spalovacího vzduchu
Použitelné pouze za konkrétních podmínek v konkrétních zařízeních vzhledem k nižší účinnosti pece a vyšší spotřebě paliva (tj. používání rekuperačních pecí místo regenerativních).
c)
Postupné spalování: • Postupné zavádění vzduchu • Postupné zavádění paliva
Postupné zavádění paliva lze použít u většiny konvenčních vzduchopalivových pecí. Postupné zavádění vzduchu má velmi omezené použití vzhledem k jeho technické složitosti. Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s d) Recirkulace kouřových plynů automatickou recirkulací odpadních plynů. Tato technika je všeobecně použitelná. Dosažené přínosy pro životní prostředí jsou většinou menší při použití e) Hořáky s nízkými emisemi u plynových pecí s příčnými plameny z důvodu technických omezení a NOX menší flexibility pece. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů f) Výběr paliva paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu. Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). ii. Elektrické tavení Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece. Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při iii. Kyslíko-palivové tavení celkové přestavbě pece. (1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2.
II. Sekundární techniky, např.: Technika (1)
i.
Selektivní katalytická redukce (SCR)
ii.
Selektivní nekatalytická redukce (SNCR)
(1)
364
Použití K použití může být nutná modernizace systému na zachycování prachu, aby se zaručila koncentrace prachu nižší než 10–15 mg/Nm3, a instalace odsiřovacího systému na odstraňování emisí SOX. S ohledem na optimální interval provozních teplot se použitelnost omezuje na využívání elektrostatických odlučovačů. S tkaninovými filtry se technika většinou nepoužívá, protože by vzhledem k nízké provozní teplotě v rozmezí 180–200 °C bylo nutné ohřívání odpadních plynů. K zavedení této techniky může být nutné mít k dispozici velký prostor. Velmi omezená použitelnost u konvenčních regenerativních pecí, u nichž je těžké dostat se do správného teplotního intervalu nebo není možné řádně promísit kouřové plyny s činidlem. Lze ji použít u nových regenerativních pecí vybavených dělenými regenerátory, teplotní interval se však obtížně udržuje kvůli reverzaci mezi komorami, která způsobuje cyklické změny teploty.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.39
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví speciálního skla Nejlepší dostupná technika
Parametr
NOX vyjádřené jako NO2
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami kg/t utavené skloviny 3 mg/Nm ( 1)
Úprava spalování
600–800
1,5–3,2
Elektrické tavení
< 100
< 0,25–0,4
Nelze použít.
< 1–3
< 500
< 1–3
Kyslíko-palivové tavení (2) (3) Sekundární techniky
1
()
( 2) ( 3) 50.
K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 2.5 × 10-3 a 4 × 10-3 (viz Tabulka 5.2), přičemž některé hodnoty byly stanoveny aproximací. V jednotlivých případech je však nutné použít zvláštní koeficient podle druhu výroby (viz Tabulka 5.2). Vyšší hodnoty se vztahují ke speciální výrobě trubiček z borokřemičitého skla pro farmaceutické účely. Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku). Pokud se do kmene přidávají dusičnany, nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX minimalizací používání těchto surovin v kombinaci buď s primárními, nebo se sekundárními technikami. Technika (1)
Použití
Primární techniky • Minimalizace obsahu dusičnanů ve složení kmene
( 1)
Nahrazování dusičnanů přidávaných do kmene může Dusičnany se používají u vysoce kvalitních být omezeno vysokými náklady a/nebo větším výrobků, kde je třeba dosáhnout zvláštních dopadem náhradních látek na životní prostředí. vlastností skla. K efektivním náhradním materiálům patří sírany, oxidy arzenu nebo oxid ceričitý. Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.2.
Tabulka 5.40
Parametr
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví speciálního skla, pokud se do kmene přidávají dusičnany Nejlepší dostupná technika
Minimalizace obsahu dusičnanů NOX vyjádřené jako přidávaných do kmene v kombinaci NO2 s primárními nebo sekundárními technikami ( 1) ( 2)
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) kg/t utavené skloviny mg/Nm3 ( 2) < 500–1000
< 1–6
Nižší hodnoty se vztahují k použití elektrického tavení. K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 2,5 × 10-3 a 6,5 × 10-3, přičemž hodnoty byly stanoveny aproximací. V jednotlivých případech může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu výroby (viz Tab. 5.2)
Sklářský průmysl
365
Kapitola 5
5.6.3. 51.
Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Použití
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci Minimalizace obsahu síry ve složení kmene omezení daných požadavky na kvalitu výsledného a optimalizace bilance síry skleněného výrobku.
ii.
Používání paliv s nízkým obsahem síry
Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
iii.
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Tato technika je všeobecně použitelná.
(1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.3.
Tabulka 5.41
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví speciálního skla Palivo/tavicí technika
Parametr
SOX vyjádřené jako SO2
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3 kg/t utavené skloviny (2)
Zemní plyn, elektrické tavení (3)
< 30–200
< 0,08–0,5
Topný olej (4)
500–800
1,25–2
(1) V rozmezích jsou zohledněny proměnlivé bilance síry spojené s druhem vyráběného skla. (2) Byl použit přepočítací koeficient 2,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu výroby. (3) Nižší hodnoty se vztahují k použití elektrického tavení a složení kmene bez obsahu síranů. (4) Související úrovně emisí se vztahují k používání topného oleje s 1 % obsahem síry v kombinaci se sekundárními technikami.
5.6.4. 52.
Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí HCl a HF z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene
Minimalizace obsahu fluoru a/nebo chloru v kmeni a optimalizace látkové bilance fluoru a/nebo chloru. Sloučeniny fluoru se používají k dosažení konkrétních vlastností u speciálního skla (tj. neprůhledné osvětlovací sklo, optické sklo). Sloučeniny chloru se mohou požívat jako čeřidla při výrobě borokřemičitého skla. iii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem (1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.4.
Použití Použitelnost může být omezena složením kmene pro druh skla vyráběný v zařízení a dostupností surovin.
ii.
366
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných požadavky na kvalitu výsledného výrobku.
Tato technika je všeobecně použitelná.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.42
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví speciálního skla Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Chlorovodík vyjádřený jako HCl (2) Fluorovodík vyjádřený jako HF (1) (2) (3)
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
< 0,03–0,05
< 1–5
< 0,003–0,04 (3)
Byl použit přepočítací koeficient 2,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2), přičemž některé hodnoty jsou stanoveny aproximací. V jednotlivých případech může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu výroby. Vyšší hodnoty se vztahují k používání kmene s obsahem chloru. Horní hodnota rozmezí byla odvozena z konkrétních vykazovaných údajů.
5.6.5.
Emise kovů z tavicích pecí
53.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování několika z následujících technik: Technika (1) i. Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene ii. Minimalizace obsahu kovových sloučenin přidávaných do kmene vhodným výběrem surovin, pokud je nutné barvení nebo odbarvování skla nebo pokud je třeba dosáhnout u skla zvláštních vlastností iii. Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo Použití Použitelnost může být omezena druhem skla vyráběného v zařízení a dostupností surovin.
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
(1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5. Tabulka 5.43
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví speciálního skla Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) (2) Parametr mg/Nm3 kg/t utavené skloviny (3)
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI) < 0,1–1 < 0,3–3 × 10-3 Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, < 1–5 < 3–15 × 10-3 Mn, V, Sn) (1) Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. (2) Nižší hodnoty představují úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami v případech, kdy sloučeniny kovů nejsou záměrně přidávány do kmene. (3) Byl použit přepočítací koeficient 2,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2); některé hodnoty uvedené v tabulce jsou přibližné. V jednotlivých případech může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu výroby.
5.6.6. 54.
Emise z navazujících procesů U prašných navazujících procesů je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí prachu a kovů pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Použití
ii.
Provádění prašných úkonů (např. řezání, broušení, leštění) pod kapalinou Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. Používání systému tkaninových filtrů
( 1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.8.
Sklářský průmysl
367
Kapitola 5
Tabulka 5.44
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu a kovů z navazujících procesů v odvětví speciálního skla, pokud se emise upravují odděleně Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými Parametr technikami mg/Nm3
Prach
1–10 VI
S (As, Co, Ni, Cd, Se, Cr ) (1) S (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn) (1) (1) 55.
< 1–5
Hodnoty se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v odpadních plynech. U leštění kyselinou je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí HF pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Technika (1) i. Minimalizace úniku lešticího materiálu zajištěním dobrého utěsnění aplikačního systému ii. Používání sekundární techniky, např. mokrého čištění (1)
<1
Popis
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.6.
Tabulka 5.45
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HF z leštění kyselinou v odvětví speciálního skla, pokud se emise upravují odděleně Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými Parametr technikami mg/Nm3
Fluorovodík vyjádřený jako HF
368
<5
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.7. Závěry o BAT pro výrobu minerální vlny Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu minerální vlny.
5.7.1. Emise prachu z tavicích pecí 56.
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise prachu z odpadních plynů z tavicí pece používáním elektrostatického odlučovače nebo systému tkaninových filtrů. Technika (1)
Použití
Tato technika je všeobecně použitelná. Filtrační systém: elektrostatický odlučovač nebo Elektrostatické odlučovače nelze použít u kupolových pecí na tkaninový filtr výrobu kamenné vaty vzhledem k riziku výbuchu způsobeného vznícením oxidu uhelnatého, který v peci vzniká. (1) Popis technik je uveden v oddíle 5.10.1.
Tabulka 5.46
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví minerální vlny
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Prach
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
< 0,02–0,050
(1) K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 2,5 × 10-3 a 6,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2), které pokrývají výrobu skleněné i kamenné vaty.
5.7.2. 57.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
i.
Technika (1) Úprava spalování
a)
Snížení poměru palivo/vzduch
b)
Snížení teploty spalovacího vzduchu
c)
Postupné spalování: • Postupné zavádění vzduchu • Postupné zavádění paliva
d)
Recirkulace kouřových plynů
Použití Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Použitelné pouze za konkrétních podmínek v konkrétních zařízeních vzhledem k nižší účinnosti pece a vyšší spotřebě paliva (tj. používání rekuperačních pecí místo regenerativních). Postupné zavádění paliva lze použít u většiny konvenčních vzduchopalivových pecí. Postupné zavádění vzduchu má velice omezené použití vzhledem k jeho technické složitosti. Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s automatickou recirkulací odpadních plynů.
e)
Hořáky s nízkými emisemi NOX
Tato technika je všeobecně použitelná. Dosažené přínosy pro životní prostředí jsou většinou menší při použití u plynových pecí s příčnými plameny z důvodu technických omezení a menší flexibility pece. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
f)
Výběr paliva
Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
ii.
Elektrické tavení
Nelze použít u velkoobjemové výroby skla (> 300 t denně). Nelze použít při výrobě vyžadující velkou variabilitu tavicího výkonu. K zavedení je nutná celková přestavba pece.
iii.
Kyslíko-palivové tavení
Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
(1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2.
Sklářský průmysl
369
Kapitola 5
Tabulka 5.47
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví minerální vlny
Parametr
Produkt
Skleněná vata NOX vyjádřené jako NO2
Tavicí technika
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
Vzducho-palivové a elektrické pece
< 200–500
< 0,4–1,0
Kyslíko-palivové tavení (2)
Nelze použít.
< 0,5
< 400–500
< 1,0–1,25
Kamenná vata Všechny typy pecí
(1) Byly použity přepočítací koeficienty 2 × 10-3 pro skelnou vatu a 2,5 × 10-3 pro kamennou vatu (viz Tabulka 5.2). (2) Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku). 58.
i.
Pokud se při výrobě skleněné vaty do kmene přidávají dusičnany, nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Minimalizace dusičnanů přidávaných do kmene
Použití
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci Pokud kmen obsahuje vyšší podíl externích omezení daných požadavky na kvalitu výsledného skleněných střepů, přidávají se do něj výrobku. dusičnany jako oxidační činidlo ke kompenzaci přítomnosti organických látek ve střepech. ii.
Elektrické tavení
Tato technika je všeobecně použitelná. K zavedení elektrického tavení je nutná celková přestavba pece.
iii.
Kyslíko-palivové tavení
Tato technika je všeobecně použitelná. Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
(1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.2.
Tabulka 5.48
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí při výrobě skleněné vaty, pokud se do kmene přidávají dusičnany
Parametr
NOX vyjádřené jako NO2 (1) (2)
370
Nejlepší dostupná technika Minimalizace obsahu dusičnanů přidávaných do kmene v kombinaci s primárními technikami
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3 kg/t utavené skloviny (1) < 500–700
< 1,0–1,4 (2)
Byl použit přepočítací koeficient 2 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). Nižší hodnoty v uvedeném rozmezí se vztahují k používání kyslíko-palivové tavení.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.7.3. 59.
Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Minimalizace obsahu síry ve složení kmene a optimalizace bilance síry
Použití Při výrobě skleněné vaty je tato technika všeobecně použitelná v rámci omezení daných dostupností surovin s nízkým obsahem síry, především externích skleněných střepů. Vysoký podíl externích skleněných střepů v kmeni omezuje možnost optimalizovat bilanci síry vzhledem k proměnlivému obsahu síry. Při výrobě kamenné vaty může být při optimalizaci bilance síry nutný kompromis mezi odstraňováním emisí SOX z kouřových plynů a snižováním množství pevných odpadů vznikajících při úpravě kouřových plynů (prach z filtrů) a/nebo při zvlákňování, které mohou být recyklovány přidáváním do kmene (cementové brikety), nebo je může být nutné likvidovat. Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
ii.
Používání paliv s nízkým obsahem síry
iii.
Suché nebo polosuché U kupolových pecí na výrobu kamenné vaty nelze použít čištění plynů v kombinaci s elektrostatické odlučovače (viz nejlepší dostupná technika č. 56). filtračním systémem
iv.
Používání mokrého čištění
( 1)
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.3 a 5.10.6.
Tabulka 5.49
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci technických omezení, např. potřeby zvláštní čistírny odpadních vod.
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví minerální vlny
Parametr
Produkt/podmínky
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 50–150
< 0,1–0,3
< 350
< 0,9
< 400
< 1,0
< 1400
< 3,5
Skelná vata Plynové a elektrické pece (2) Kamenná vlna Plynové a elektrické SOX vyjádřené jako SO2 pece Kupolové pece bez briket nebo recyklace kalu (3) Kupolové pece s použitím briket nebo recyklace kalu (4)
(1) Byly použity přepočítací koeficienty 2 × 10-3 pro skelnou vatu a 2,5 × 10-3 pro kamennou vatu (viz Tabulka 5.2). (2) Nižší hodnoty rozmezí se vztahují k použití elektrického tavení. Vyšší hodnoty se vztahují k vyšší míře recyklace skleněných střepů. (3) Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami se vztahuje k podmínkám, kdy má snižování emisí SOX větší prioritu než snížení tvorby pevného odpadu. (4) Pokud má snižování objemu odpadu vyšší prioritu než snižování emisí SOX, lze očekávat vyšší emise. Úroveň, jíž lze dosáhnout, by měla vycházet z bilance síry. Sklářský průmysl
371
Kapitola 5
5.7.4. Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí 60.
Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí HCl a HF z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Popis
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných složením směsi a dostupností surovin.
ii.
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
U kupolových pecí na výrobu kamenné vlny nelze použít elektrostatické odlučovače (viz nejlepší dostupná technika č. 56).
(1)
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.4.
Tabulka 5.50
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví minerální vlny
Parametr
Chlorovodík vyjádřený jako HCl
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3 kg/t utavené skloviny (1)
Produkt
skleněná vata
< 5–10
< 0,01–0,02
Kamenná vata
< 10–30
< 0,025–0,075
Fluorovodík vyjádřený jako Všechny produkty < 1-5 < 0,002- 0,013 (2) HF (1) Byly použity přepočítací koeficienty 2 × 10-3 pro skelnou vatu a 2,5 × 10-3 pro kamennou vatu (viz Tabulka 5.2). (2) K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 2 × 10-3 a 2,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2).
5.7.5. 61.
Emise sirovodíku (H2S) z tavicích pecí na výrobu kamenné vaty Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí H2S z tavicí pece pomocí spalovacího zařízení na odpadních plyny, kde dochází k oxidaci sirovodíku na SO2. Technika (1)
Použití Tato technika je všeobecně použitelná u kupolových pecí na výrobu kamenné vaty.
Spalovací zařízení na odpadní plyny (1)
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.9.
Tabulka 5.51
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise H2S z tavicí pece při výrobě kamenné vaty Parametr Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
Sirovodík vyjádřený jako H2S
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
<2
< 0,005
(1 ) Byl použit přepočítací koeficient pro výrobu kamenné vaty 2,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2).
372
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.7.6. 62.
Emise kovů z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
ii. ( 1)
Použití
Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných dostupností surovin. Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do Přidávání manganu jako oxidačního činidla do kmene složení kmene při výrobě skelné vaty závisí na množství a kvalitě externích skleněných střepů obsažených v kmeni a v závislosti na tom ho lze minimalizovat. U kupolových pecí na výrobu kamenné vaty nelze použít elektrostatické odlučovače (viz nejlepší dostupná technika č. 56).
Používání filtračního systému Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
Tabulka 5.52
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví minerální vlny
Parametr
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami (1)
S (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI) S (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn) ( 1) ( 2) ( 3)
i.
kg/t utavené skloviny (2)
< 0,2–1 (3)
< 0,4–2,5 × 10 3
< 1–2 (3)
< 2–5 × 10–3
Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 2 × 10-3 a 2,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). Vyšší hodnoty se vztahují k používání kupolových pecí na výrobu kamenná vaty.
5.7.7. 63.
mg/Nm3
Emise z navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí z navazujících procesů pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Technika (1) Proudové odlučovače a cyklony Tato technika je založena na odstraňování částic a kapek z odpadních plynů narážením částic a odstraňování plynných látek částečnou absorpcí vodou. V proudových odlučovačích se většinou využívá užitková voda. Recyklovaná užitková voda se před opětovným použitím filtruje.
ii.
Pračky plynů
Sklářský průmysl
Použití
Tato technika je v odvětví minerální vlny všeobecně použitelná, zvláště při výrobě skelné vaty k čištění emisí z tváření (povrchové úpravy vláken). Omezená použitelnost při výrobě kamenné vaty vzhledem k možnému nepříznivému vlivu na jiné používané techniky snižování emisí. Tato technika je všeobecně použitelná k čištění odpadních plynů z tvářecích procesů (povrchové úpravy vláken) nebo u kombinovaných odpadních plynů (tváření a tvrzení).
373
Kapitola 5
iii.
Mokré elektrostatické odlučovače
iv.
Filtry z kamenné vaty
Tato technika je všeobecně použitelná k čištění odpadních plynů z tvářecích procesů (povrchové úpravy vláken) a z vytvrzovacích pecí nebo u kombinovaných odpadních plynů (tváření a tvrzení).
Filtr sestává z ocelové nebo betonové konstrukce, na niž se upevňují pláty kamenné vaty, které slouží jako filtrační médium. Filtrační médium je třeba pravidelně čistit nebo měnit. Tento filtr je vhodný pro odpadní plyny s vysokým obsahem vlhkosti a přilnavých částic.
Použitelnost se omezuje především na odpadní plyny z tváření a/nebo z vytvrzovacích pecí při výrobě kamenné vaty.
Tato technika je všeobecně použitelná k úpravě odpadních plynů z vytvrzovacích pecí, především při výrobě kamenné vaty. Její používání u kombinovaných odpadních plynů (z tváření a tvrzení) není ekonomicky únosné vzhledem k velkému objemu, nízké koncentraci a nízké teplotě odpadních plynů.
v.
Spalování odpadních plynů
(1)
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.7 a 5.10.9.
Tabulka 5.53
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise do ovzduší z navazujících procesů v odvětví minerální vlny, pokud se emise upravují odděleně
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami 3 mg/Nm kg/t hotový výrobek
Tváření – kombinované emise z tváření a tvrzení – kombinované emise z tváření, tvrzení a chlazení Celkové částice Fenol Formaldehyd Amoniak Aminy Celkové těkavé organické sloučeniny Emise z vytvrzovacích pecí (1) (2)
< 20–50 < 5–10 < 2–5 30–60 <3 10–30
— — — — — —
Celkové částice Fenol Formaldehyd Amoniak Aminy Celkové těkavé organické sloučeniny NOX vyjádřené jako NO2
< 5–30 < 2–5 < 2–5 < 20–60 <2 < 10 < 100–200
< 0,2 < 0,03 < 0,03 < 0,4 < 0,01 < 0,065 <1
(1) Na úrovně emisí vyjádřené v kg/t hotového výrobku nemá vliv tloušťka vyráběného koberce minerální vlny ani extrémní koncentrace nebo rozředění kouřových plynů. Byl použit přepočítací koeficient 6,5 × 10-3. 2 ( ) Pokud se vyrábí minerální vlna o vysoké hustotě nebo vysokém obsahu pojiva, mohou být úrovně emisí spojené s technikami uvedenými jako nejlepší dostupné výrazně vyšší, než úrovně zde uvedené. Pokud tyto druhy výrobků představují většinu objemu výroby v daném zařízení, měly by být zváženy jiné techniky.
374
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.8. Závěry o BAT pro výrobu vysokoteplotní izolační vaty Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu vysokoteplotní izolační vaty.
5.8.1. 64.
Emise prachu z tavení a navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise prachu z odpadních plynů z tavicí pece pomocí filtračního systému. Technika (1)
Filtrační systém je většinou tvořen tkaninovým filtrem. ( 1)
Použití Tato technika je všeobecně použitelná.
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.1.
Tabulka 5.54
Parametr
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví vysokoteplotní izolační vaty Nejlepší dostupná technika
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
Čištění kouřových plynů pomocí filtračních systémů
Prach (1) 65.
i.
ii.
iii.
< 5-20 (1)
Hodnoty se vztahují k používání systému tkaninových filtrů. U prašných navazujících procesů je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1) Minimalizace úniku produktu kvalitním utěsněním výrobní linky, pokud je to technicky možné. K potenciálním zdrojům emisí prachu patří: • tvorba vláken a ukládání • tvorba koberce (zpevňování) • spalování maziva • řezání, ořezávání a balení hotového výrobku. Kvalitní konstrukce, těsnění a údržba systémů navazujícího zpracovávání je zásadní pro minimalizaci úniku materiálu do ovzduší. Řezání, ořezávání a balení ve vakuu s použitím účinného odsávacího systému ve spojení s tkaninovým filtrem.
Použití
Tyto techniky jsou všeobecně použitelné.
Vyvíjení podtlaku v pracovním místě (např. řezací stroj nebo kartonová krabice na balení) za účelem odsávání uvolněných částic a vláken a jejich odvádění ke tkaninovému filtru. Používání systému tkaninových filtrů (1) Odpadní plyny z navazujících procesů (např. tvorba vláken, tvorba koberce, vypalování maziva) se odvádějí do čisticího systému sestávajícího z tkaninového filtru.
( 1)
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.1.
Sklářský průmysl
375
Kapitola 5
Tabulka 5.55
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro prašné navazující procesy v odvětví vysokoteplotní izolační vaty, pokud se emise upravují odděleně Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými Parametr technikami mg/Nm3
Prach (1) 1–5 (1) Nižší hodnota v rozmezí se vztahuje k emisím z hlinitokřemičitanové skleněné vaty / žáruvzdorných keramických vláken.
5.8.2. 66.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavení a navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise NOX z pece na vypalování maziva regulací a/nebo úpravami spalování. Technika
Použití
Regulace a/nebo úprava spalování Techniky snižující vznik tepelných emisí NOX zahrnují regulaci hlavních parametrů spalování: • poměr palivo/vzduch (obsah kyslíku v reakční zóně) • teplota plamene • čas pobytu ve vysokoteplotní zóně.
Tato technika je všeobecně použitelná.
Vhodná regulace spalování spočívá v navození podmínek, které jsou nejméně příznivé pro vznik NOX. Tabulka 5.56
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z pecí na vypalování maziva v odvětví vysokoteplotní izolační vaty
Parametr NOX vyjádřené jako NO2
5.8.3. 67.
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3 Regulace a/nebo úprava spalování 100–200 Nejlepší dostupná technika
Emise oxidů síry (SOX) z tavení a navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicích pecí a navazujících procesů pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem síry do složení kmene
ii.
Používání paliv s nízkým obsahem síry
Použití Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných dostupností surovin. Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
(1) Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.3. Tabulka 5.57
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí a z navazujících procesů v odvětví vysokoteplotní izolační vaty Úroveň emisí spojená s nejlepšími Nejlepší dostupná technika dostupnými technikami Parametr mg/Nm3 SOx vyjádřené jako SO2 Primární techniky < 50
376
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.8.4. Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí 68.
Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise HCl a HF z tavicí pece výběrem surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene.
Technika (1)
Použití
Výběr surovin s nízkým obsahem chlóru a fluoru Tato technika je všeobecně použitelná. do složení kmene ( 1)
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.4.
Tabulka 5.58
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví vysokoteplotní izolační vaty Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami Parametr mg/Nm3
Chlorovodík vyjádřený jako HCl
< 10
Fluorovodík vyjádřený jako HF
<5
5.8.5. 69.
Emise kovů z tavicích pecí a navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece a/nebo z navazujících procesů pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. složení kmene
ii.
Používání filtračního systému
( 1)
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.5.
Tabulka 5.59
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí a/nebo z navazujících procesů v odvětví vysokoteplotní izolační vaty
Parametry
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) mg/Nm3
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI)
<1
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
<5
( 1)
Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství.
Sklářský průmysl
377
Kapitola 5
5.8.6. 70.
i.
Emise těkavých organických sloučenin z navazujících procesů Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí těkavých organických sloučenin z pecí na vypalování maziva pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Technika (1) Regulace spalování včetně monitorování souvisejících emisí CO
Použití
Tato technika spočívá v regulaci parametrů spalování (např. obsah kyslíku v reakční zóně, teplota plamene), aby se zajistilo Tato technika je všeobecně použitelná. úplné spalování organických složek (tj. polyethylenglykolu) v odpadních plynech. Monitorování emisí oxidu uhelnatého umožňuje kontrolu přítomnosti nespálených organických látek. ii.
Spalování odpadních plynů
iii.
Pračky plynů
(1)
Použitelnost těchto technik může omezovat jejich ekonomická únosnost vzhledem k malému objemu odpadních plynů a nízké koncentraci těkavých organických sloučenin.
Popis technik je uveden v oddílech 5.10.6 a 5.10.9.
Tabulka 5.60
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise těkavých organických sloučenin z pecí na vypalování maziva v odvětví vysokoteplotní izolační vaty, pokud jsou emise upravovány odděleně Nejlepší dostupná technika
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
Těkavé organické sloučeniny
378
Primární a/nebo sekundární techniky
10–20
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.9. Závěry o BAT pro výrobu frit Pokud není uvedeno jinak, lze závěry o BAT popsané v tomto oddíle uplatnit na všechna zařízení na výrobu frit.
5.9.1. 71.
Emise prachu z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižovat emise prachu z odpadních plynů z tavicí pece používáním elektrostatického odlučovače nebo systému tkaninových filtrů. Technika (1)
Použití
Filtrační systém: elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr ( 1)
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.1.
Tabulka 5.61
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise prachu z tavicích pecí v odvětví frit
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
< 10–20
< 0,05–0,15
Prach 1
()
K určení dolní a horní hodnoty rozmezí úrovní emisí spojených s nejlepšími dostupnými technikami byly použity přepočítací koeficienty 5 × 10-3 a 7,5 × 10-3 (viz Tabulka 5.2). V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu spalování.
5.9.2. 72.
i.
ii.
iii. a) b) c)
Tato technika je všeobecně použitelná.
Emise oxidů dusíku (NOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí NOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Technika (1) Minimalizace dusičnanů přidávaných do kmene Při výrobě frit se dusičnany do kmene přidávají u mnoha výrobků k zajištění požadovaných vlastností. Snížení přístupu nežádoucího vzduchu do pece
Použití Nahrazování dusičnanů přidávaných do kmene může být omezeno vysokými náklady, větším dopadem náhradních látek na životní prostředí a/nebo požadavky na kvalitu výsledného výrobku.
Tato technika spočívá v bránění vstupu Tato technika je všeobecně použitelná. vzduchu do pece utěsněním hořákových tvarovek, podavače kmene a dalších otvorů tavicí pece. Úprava spalování Použitelné u konvenčních vzducho-palivových pecí. Snížení poměru palivo/vzduch Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece. Snížení teploty spalovacího vzduchu Použitelné pouze za specifických podmínek v konkrétním zařízení vzhledem k nižší účinnosti pece a vyšší spotřebě paliva. Postupné spalování: Postupné zavádění paliva lze použít u většiny konvenčních vzducho-palivových pecí. • Postupné zavádění vzduchu Postupné zavádění vzduchu má velmi omezené • Postupné zavádění paliva použití vzhledem k jeho technické složitosti.
Sklářský průmysl
379
Kapitola 5
Recirkulace kouřových plynů
Použitelnost této techniky se omezuje na speciální hořáky s automatickou recirkulací odpadních plynů.
e)
Hořáky s nízkými emisemi NOX
Tato technika je všeobecně použitelná. Plného účinku se dosáhne při běžné nebo celkové přestavbě pece v kombinaci s optimální konstrukcí a geometrií pece.
f)
Výběr paliva
Použitelnost limitují omezení spojená s dostupností různých druhů paliva, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
iv.
Kyslíko-palivové tavení
Maximálního přínosu pro životní prostředí se dosáhne při použití při celkové přestavbě pece.
d)
(1)
Popis techniky je uveden v oddíle 5.10.2.
Tabulka 5.62
Parametr
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise NOX z tavicích pecí v odvětví frit Nejlepší dostupná technika
Primární NOX vyjádřené jako techniky NO2
Provozní podmínky
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1) kg/t utavené mg/Nm3 skloviny (2)
Kyslíko-palivové tavení bez Nelze použít. dusičnanů (3) Kyslíko-palivové tavení s použitím Nelze použít. dusičnanů Vzducho-palivové spalování a vzducho-palivové spalování 500–1000 obohacené kyslíkem bez dusičnanů Vzducho-palivové spalování a vzducho-palivové spalování < 1600 obohacené kyslíkem s použitím dusičnanů
< 2,5–5 5–10 2,5–7,5
< 12
(1) V rozmezích je zohledněna kombinace kouřových plynů z pecí využívajících různé techniky tavení a vyrábějících různé druhy frit, s obsahem dusičnanů v kmeni nebo bez něj, které lze odvádět do jednoho komína, což znemožňuje charakterizaci jednotlivých použitých tavicích technik a různých výrobků. (2) K určení nižší a vyšší hodnoty v rámci rozmezí byly použity přepočítací koeficienty 5 × 10-3 a 7,5 × 10-3. V jednotlivých případech však může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu spalování (viz Tabulka 5.2). (3) Úroveň, jaké lze dosáhnout, závisí na kvalitě dostupného zemního plynu a kyslíku (obsah dusíku).
5.9.3. 73.
Emise oxidů síry (SOX) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí SOX z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
i. ii.
iii. (1)
380
Výběr surovin s nízkým obsahem síry do složení kmene Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem Používání paliv s nízkým obsahem síry
Použití Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných dostupností surovin. Tato technika je všeobecně použitelná. Použitelnost mohou limitovat omezení spojená s dostupností paliv s nízkým obsahem síry, která může být ovlivněna energetickou politikou daného členského státu.
Popis technik je uveden v oddíle 5.10.3.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Tabulka 5.63
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise SOX z tavicích pecí v odvětví frit
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami
mg/Nm3 kg/t utavené skloviny (1) SOX vyjádřené jako SO2 < 50–200 < 0,25–1,5 (1 ) K určení nižší a vyšší hodnoty v rámci rozmezí byly použity přepočítací koeficienty 5 × 10-3 a 7,5 × 10-3 , hodnoty uvedené v tabulce však mohou být přibližné. V jednotlivých případech může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu spalování (viz Tabulka 5.2).
5.9.4. 74.
Emise chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí HCl a HF z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných složením směsi a dostupností surovin.
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem chloru a fluoru do složení kmene.
ii.
Minimalizace obsahu sloučenin fluoru ve složení kmene, pokud se používá k zajištění kvality výsledného výrobku. Minimalizace obsahu sloučenin fluoru nebo jejich nahrazování jinými materiály je omezeno Sloučeniny fluoru se používají k dosažení požadavky na kvalitu výrobku. konkrétních vlastností u frit (např. odolnost vůči teplotě a chemickým látkám). Suché nebo polosuché čištění plynů v Tato technika je všeobecně použitelná. kombinaci s filtračním systémem. Popis technik je uveden v oddíle 5.10.4.
iii. ( 1)
Tabulka 5.64
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise HCl a HF z tavicích pecí v odvětví frit
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (1)
Chlorovodík vyjádřený jako HCl
< 10
< 0,05
Fluorovodík vyjádřený jako HF
<5
< 0,03
1
()
K určení nižší a vyšší hodnoty v rámci rozmezí byl použit přepočítací koeficient 5 × 10-3, přičemž některé hodnoty jsou stanoveny aproximací. V jednotlivých případech může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu spalování (viz Tabulka 5.2).
5.9.5. 75.
Emise kovů z tavicích pecí Nejlepší dostupnou technikou je snižování emisí kovů z tavicí pece pomocí jedné nebo několika z následujících technik: Technika (1)
Použití Tato technika je všeobecně použitelná v rámci omezení daných druhem frit vyráběných v zařízení a dostupností surovin.
i.
Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene
ii.
Minimalizace přidávání kovových sloučenin do kmene, pokud je nutné fritu Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. barvit nebo jí dodávat specifické vlastnosti Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem Popis technik je uveden v oddíle 5.10.5.
iii. ( 1)
Sklářský průmysl
381
Kapitola 5
Tabulka 5.65
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise kovů z tavicích pecí v odvětví frit Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami (1)
Parametr
mg/Nm3
kg/t utavené skloviny (2)
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI)
<1
< 7,5 × 10-3
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
<5
< 37 × 10-3
(1) (2)
5.9.6. 76.
Úrovně se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v kouřových plynech v pevném i plynném skupenství. Byl použit přepočítací koeficient 7,5 × 10-3. V jednotlivých případech může být nutné použít zvláštní koeficient podle druhu spalování (viz Tabulka 5.2).
Emise z navazujících procesů U prašných navazujících procesů je nejlepší dostupnou technikou snižování emisí pomocí jedné nebo několika z následujících technik:
Technika (1) i.
Použití
Používání technik mletí za mokra Technika spočívá v drcení frity na požadovanou velikost částic s dostatečným množstvím tekutiny, Tyto techniky jsou všeobecně použitelné. aby vznikla suspenze. Tento proces většinou probíhá v mlecím zařízení s korundovými koulemi a vodou. Mletí a balení produktů za sucha s použitím účinného odsávacího systému ve spojení s tkaninovým filtrem
ii.
U mlecího zařízení nebo pracovního místa, kde probíhá balení, se využívá podtlak, který emise prachu odvádí ke tkaninovému filtru. iii. (1)
Používání filtračního systému Popis technik je uveden v oddíle 5.10.1.
Tabulka 5.66
Úrovně emisí spojené s nejlepšími dostupnými technikami pro emise o ovzduší z navazujících procesů v odvětví frit, pokud se emise upravují odděleně
Parametr
Úroveň emisí spojená s nejlepšími dostupnými technikami mg/Nm3
Prach
5–10
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI)
< 1 (1)
Σ (As, Co, Ni, Cd, Se, CrVI, Sb, Pb, CrIII, Cu, Mn, V, Sn)
< 5 (1)
(1)
382
Hodnoty se vztahují k celkovému množství kovů přítomných v odpadních plynech.
Sklářský průmysl
Kapitola 5
Slovníček pojmů: 5.10.
Popis technik
5.10.1.
Emise prachu Technika
Elektrostatický odlučovač
Tkaninový filtr
Snižování obsahu těkavých složek úpravou surovin
Elektrické tavení
5.10.2.
Popis Elektrostatické odlučovače fungují tak, že částice působením elektrického pole získávají náboj a odlučují se. Elektrostatické odlučovače jsou schopné provozu v nejrůznějších podmínkách. Tkaninové filtry se vyrábějí z propustného tkaného nebo netkaného textilního materiálu, který při průchodu plynů zachycuje částice. Používání tkaninového filtru vyžaduje vhodný výběr textilního materiálu pro dané vlastnosti odpadních plynů a maximální provozní teplotu. Složení kmene může obsahovat vysoce těkavé složky (např. sloučeniny boru), jejichž obsah lze v zájmu snížení emisí prachu způsobených převážně těkáním minimalizovat nebo je lze nahradit. Technika spočívá v používání pece, kde energie vzniká odporovým ohřevem. V pecích se studenou horní stavbou (kde jsou elektrody většinou umístěny ve spodní části pece) pokrývá povrch skloviny vrstva kmene, což výrazně snižuje těkání složek kmene (např. sloučenin olova).
Emise NO Technika
Popis
Úprava spalování
i.
ii.
Snížení poměru palivo/vzduch
Tato technika vychází hlavně z následujících prvků: • minimalizace vnikání vzduchu do pece • pečlivá regulace vzduchu používaného ke spalování • úprava konstrukce spalovací komory pece
Snížení teploty spalovacího vzduchu •
iii.
iv.
Používání rekuperačních pecí namísto regenerativních vede k předehřívání vzduchu na nižší teplotu a tak i k nižší teplotě plamene. To je však spojeno s nižší účinností pece (nižší měrný výkon), nižší účinností paliva a vyšší spotřebou paliva, což může vést k vyšším emisím (kg/t skla). Postupné zavádění vzduchu – zahrnuje podstechiometrické (nedokonalé) spalování a dodávání zbývajícího vzduchu nebo kyslíku do pece, aby spalování bylo úplné. Postupné zavádění paliva – v hrdle hořáku vzniká plamen o slabých impulsech (10 % celkové energie), kořen primárního plamene pokrývá sekundární plamen a snižuje teplotu jeho jádra.
Postupné spalování
•
Recirkulace kouřových plynů
Spočívá v opětovném vhánění odpadních plynů z pece do plamene, aby se snížil obsah kyslíku a tím i teplota plamene. Využívání speciálních hořáků je založeno na vnitřní recirkulaci spalin, které ochlazují kořen plamene a snižují obsah kyslíku v nejteplejší části plamene.
Sklářský průmysl
383
Kapitola 5
v.
Hořáky s nízkými emisemi NOX
Tato technika je založena na principu snížení maximální teploty plamene, čímž se spalování zpomalí, ale je úplné a zvýší se přenos tepla (vyšší emisivita plamene). Může být spojena s úpravou konstrukce spalovací komory pece.
vi.
Výběr paliva
Pece na topný olej většinou vykazují nižší emise NOX než pece plynové, protože mají lepší emisivitu tepla a nižší teplotu plamene.
Speciální konstrukce pece
Elektrické tavení
Kyslíko-palivové tavení
Chemická redukce s použitím paliva
Selektivní katalytická redukce (SCR)
Pec rekuperačního typu, v níž se spojují různé funkce umožňující nižší tepotu plamene. Hlavní rysy: • zvláštní typ hořáků (počet a umístění) • upravená geometrie pece (výška a velikost) • dvoufázové předehřívání surovin, kdy odpadní plyny procházejí přes suroviny na vstupu do pece a za rekuperátorem, který předehřívá spalovací vzduch, je umístěno zařízení na předehřívání externích skleněných střepů Technika spočívá v používání pece, kde energie vzniká odporovým ohřevem. Hlavní rysy: • elektrody jsou většinou umístěny ve spodní části pece (studená horní stavba) • do kmene pro pece se studenou horní stavbou se často musí přidávat dusičnany, aby se vytvořily potřebné oxidační podmínky pro stabilní, bezpečný a účinný výrobní proces Tato technika spočívá v nahrazení spalovacího vzduchu kyslíkem (> 90 % čistota), čímž se eliminuje/sníží tvorba termických NOX z dusíku vstupujícího do pece. Obsah zbytkového dusíku v peci závisí na čistotě dodávaného kyslíku, na kvalitě paliva (% N2 v zemním plynu) a na případném přívodu vzduchu. Tato technika spočívá ve vstřikování fosilního paliva do odpadního plynu, čímž řadou reakcí dochází k redukci NOX na N2. Při procesu 3R se palivo (zemní plyn nebo olej) vstřikuje ke stupu do regenerátoru. Tato technologie je určena pro regenerativní pece. Tato technika je založena na redukci NOX na dusík v katalytickém loži reakcí s amoniakem (většinou vodným roztokem) při optimální provozní teplotě přibližně 300–450 °C. Lze použít jednu nebo dvě vrstvy katalyzátoru. Větší redukce NOX se dosáhne při použití většího množství katalyzátoru (dvě vrstvy).
Tato technika je založena na redukci NOX na dusík reakcí s Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) amoniakem nebo močovinou při vysoké teplotě. Provozní teplotu je nutné udržovat v rozmezí 900 až 1 050 °C. Minimalizací obsahu dusičnanů se snižují emise NOX vznikající při rozpadu těchto surovin, pokud se používají jako oxidační činidlo při výrobě vysoce kvalitních výrobků, kdy je nutné, aby sklo bylo vysoce čiré, nebo pokud je u dalších druhů skla třeba dosáhnout požadovaných vlastností. Lze použít tyto možnosti: Minimalizace dusičnanů přidávaných do • snížit obsah dusičnanů ve složení směsi na minimum úměrně danému výrobku a požadavkům na tavení; kmene • nahradit dusičnany jiným materiálem. K efektivním náhradním materiálům patří sírany, oxidy arzenu nebo oxid ceričitý; • pravit proces (např. zvláštní podmínky oxidačního spalování)
384
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.10.3.
Emise SO Technika
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Minimalizace obsahu síry ve složení kmene a optimalizace bilance síry
Používání paliv s nízkým obsahem síry
5.10.4.
Popis Do toku odpadních plynů se zavede a rozptýlí zásadité činidlo v prášku nebo suspenzi/roztoku. Z této látky reakcí s plynnými druhy síry vznikne pevná látka, kterou je třeba odstranit filtrací (tkaninový filtr nebo elektrostatický odlučovač). Účinnost odstraňování emisí čisticím systémem se většinou zvyšuje při použití reakční věže. Minimalizací obsahu síry ve složení kmene se snižují emise SOX vznikající při rozpadu surovin obsahujících síru (obecně síranů) používaných jako čeřidla. Efektivní snižování emisí SOX závisí na zadržování sloučenin síry ve skle, které se může výrazně lišit podle druhu skla a optimalizace bilance síry. Používáním zemního plynu nebo topného oleje s nízkým obsahem síry se snižují emise SOX vznikající oxidací síry obsažené v palivu při spalování.
Emise HCl a HF Technika
Popis
Tato technika spočívá v pečlivém výběru surovin, které mohou obsahovat chloridy a fluoridy jako nečistoty (např. syntetická Výběr surovin s nízkým obsahem chloru soda, dolomit, externí skleněné střepy. recyklovaný prach z a fluoru do složení kmene filtrů), aby se již u zdroje snížily emise vznikající při rozpadu těchto surovin během tavení. Minimalizace emisí fluoru a/nebo chloru z tavicího procesu lze dosáhnout minimalizací/snížením množství těchto látek Minimalizace obsahu fluoru a/nebo přidávaných do kmene na minimum úměrně kvalitě výsledného chloru v kmeni a optimalizace látkové výrobku. Sloučeniny fluoru (např. fluorit, kryolit, bilance fluoru a/nebo chloru fluorokřemičitan) se používají k dosažení konkrétních vlastností u speciálního skla (např. neprů-hledné sklo, optické sklo). Sloučeniny chloru lze používat jako čeřidla. Do toku odpadních plynů se zavede a rozptýlí zásadité činidlo v prášku nebo suspenzi/roztoku. Z této látky reakcí s plynnými Suché nebo polosuché čištění plynů v chloridy a fluoridy vznikne pevná látka, kterou je třeba kombinaci s filtračním systémem odstranit filtrací (elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr).
5.10.5.
Emise kovů Technika
Výběr surovin s nízkým obsahem kovů do složení kmene
Minimalizace sloučenin kovů přidávaných do kmene, pokud je nutné barvení nebo odbarvování skla v rámci požadavků na kvalitu spotřebního skla
Sklářský průmysl
Popis Tato technika spočívá v pečlivém výběru materiálů do kmene, přičemž tyto materiály mohou obsahovat kovy jako nečistoty (např. externí střepy); tím se již u zdroje sníží emise kovů vznikající rozpadem těchto materiálů. Minimalizace emisí kovů z tavicího procesu lze dosáhnout takto: • minimalizací obsahu kovových sloučenin ve složení kmene (např. železa, chromu, kobaltu, mědi, sloučenin manganu) při výrobě barevného skla; • minimalizací množství sloučenin selenu a oxidu ceričitého používaných jako odbarvovací činidla při výrobě čirého skla
385
Kapitola 5
Minimalizace obsahu selenu přidávaného do kmene vhodným výběrem surovin
Minimalizace emisí selenu z tavicího procesu lze dosáhnout takto: • minimalizací/snížením množství selenu ve složení kmene na minimum úměrně nárokům na výrobek; • výběrem surovin s obsahem selenu s nízkou těkavostí, aby se snížilo těkání během tavení
Používání filtračního systému
Odprašovací systémy (tkaninový filtr a elektrostatický odlučovač) mohou snížit emise prachu i kovů, protože emise kovů do ovzduší vznikající při tavení skla mají většinou podobu částic. U některých kovů, které tvoří vysoce těkavé sloučeniny (např. selen) se však účinnost odstraňování může značně lišit podle teploty, za níž filtrace probíhá.
Suché nebo polosuché čištění plynů v kombinaci s filtračním systémem
Emise plynných kovů lze výrazně snížit používáním techniky suchého nebo polosuchého čištění se zásaditým činidlem. Z činidla reakcí s plynnými druhy vznikne pevná látka, kterou je třeba odstranit filtrací (tkaninový filtr nebo elektrostatický odlučovač).
5.10.6.
Kombinované plynné emise (např. SOX, HCl, HF, sloučeniny boru) Technika
Při praní plynů se plynné sloučeniny rozpouštějí ve vhodné kapalině (vodě nebo zásaditém roztoku). Po průchodu pračkou se kouřové plyny nasycují vodou a před jejich vypuštěním je nutné oddělení kapiček. Výslednou kapalinu je třeba vyčistit v čističce odpadních vod a nerozpustné látky se zachycují usazováním nebo filtrací.
Praní plynů
5.10.7.
Kombinované emise (pevné + plynné) Technika
Praní plynů
Mokrý elektrostatický odlučovač
386
Popis
Popis Při praní plynů (pomocí vhodné kapaliny – vody nebo zásaditého roztoku) lze zároveň odstraňovat pevné a plynné sloučeniny. Konstrukční kritéria pro odstraňování částic a plynu se liší, konstrukce zařízení je tedy často kompromisem mezi těmito dvěma možnostmi. Výslednou kapalinu je třeba vyčistit v čističce odpadních vod a nerozpustné látky (pevné emise a produkty chemických reakcí) se zachycují usazováním nebo filtrací. V odvětví minerální vlny a nekonečných skleněných vláken se nejčastěji používají tyto systémy: • pračky s pevným ložem s předřazenými proudovými odlučovači • Venturiho pračky Tato technika spočívá v používání elektrostatického odlučovače, z nějž se materiál zachycený na deskových elektrodách odstraňuje oplachem vhodnou kapalinou, většinou vodou. Obvykle je součástí odlučovače i mechanismus na odstraňování kapek vody před vypuš-těním odpadního plynu (odlučovač kapek nebo suchý poslední úsek)
Sklářský průmysl
Kapitola 5
5.10.8.
Emise z řezání, broušení a leštění Technika
Provádění prašných úkonů (např. řezání, broušení, leštění) pod kapalinou Používání systému tkaninových filtrů
Minimalizace úniku lešticího materiálu zajištěním dobrého utěsnění aplikačního systému Používání sekundární techniky, např. praní plynů
5.10.9.
Popis K řezání, broušení a leštění a k předcházení emisím prachu se jako chladicí kapalina většinou používá voda. Může být nutné používat odsávací systém vybavený odlučovačem kapek. Používání tkaninových filtrů je vhodné ke snižování emisí prachu i kovů, protože emise kovů z navazujících procesů se převážně vyskytují v podobě částic. Leštění kyselinou se provádí ponoření skleněného výrobku do lešticí lázně tvořené kyselinou fluorovodíkovou a kyselinou sírovou. Uvolňování výparů lze minimalizovat vhodnou konstrukcí a údržbou aplikačního systému, aby se zbránilo úniku. K čištění odpadních plynů se používá praní vodou vzhledem ke kyselé povaze emisí a vysoké rozpustnosti odstraňovaných plynných znečišťujících látek.
Emise H2S a těkavých organických sloučenin Technika
Spalování odpadních plynů
Popis Tato technika spočívá v používání hořáku pro dodatečné spalování, který zajišťuje oxidaci sirovodíku (vznikajícího v silně redukčních podmínkách tavicí pece) na oxid siřičitý a oxidu uhelnatého na oxid uhličitý. Těkavé organické sloučeniny se spalují, čímž dochází k jejich oxidaci na oxid uhličitý, vodu a další spaliny (např. NOX, SOX).
„Závěry o BAT 5.10.10–5.10.18 jsou shodné se Závěry 5.10.1–5.10.9 – chyba v anglickém originále“.
Sklářský průmysl
387
Kapitola 6
6 NOVĚ VZNIKAJÍCÍ TECHNIKY Obecně se nově vznikající techniky pro sklářský průmysl soustředí na snižování vysokých investičních nákladů na tavicí pece (tj. nové tavicí techniky), na úspory energie (např. předehřívače kmene a střepů, nové designy pecí, nové typy hořáků) a na vylepšení environmentálního profilu (např. nové složení produktu, regenerace odpadu, snížení emisí a vylepšenou účinnost odstraňování hlavních znečišťujících látek). Některé z nově vznikajících technik uváděných v původním dokumentu GLS BREF nebyly úspěšné, zatímco ostatní byly zcela vyvinuty a zavedeny v různých sklářských odvětvích. Techniky vylepšeného spalování patří k hlavním cílům s úmyslem snížit spotřebu energie a současně minimalizovat emise NOX pomocí primárních opatření. Jsou neustále zkoumány systémy řízeného spalování, různé typy hořáků a nové designy pecí a je dosahováno významných inovací a pokroků, i když nejsou uváděny přímo v této kapitole jako nově vznikající techniky. Zejména se neustále vyvíjejí systémy řízeného spalování v kombinaci s hořáky s nízkými emisemi NOX, aby se optimalizoval jejich výkon ve smyslu energetické účinnosti a snižování emisí.
6.1 Systém Glas Flox® pro vysokoteplotní spalování Popis Hořáky Glas Flox® představují vyspělou techniku tavení skla. Fungují na principu vnitřní cirkulace spalin, které jsou nasávány do plamenů nízkým tlakem v hořákovém vletu (kvůli vysokým rychlostem vstřikování plynu skrz hořáky). Cirkulující plyn ochladí kořen plamene a sníží obsah kyslíku v nejteplejší části plamene. V porovnání se standardními plynovými hořáky pracují hořáky Glas Flox® při vyšších rychlostech spalování a vedou ke zlepšenému pokrytí taveniny díky reakční intenzitě a rozsáhlejší oblasti spalování. Tyto vlastnosti vedou k lepšímu přenosu energie do skloviny ve sklářské vaně. Úplné spalování probíhá v infračerveném spektru a probíhá stejnoměrně bez významnějšího kolísání teploty a přenosu tepla. Hořáky Glas Flox® jsou provozovány s nižšími teplotami plamene poblíž trysek/výstupů hořáků, které vedou ke snížené tvorbě NOX ze spalin. Celkové parametry přenosu tepla u hořáků Glas Flox® a spalovací technologie Flox na sklářských pecích v porovnání s konvenčními (zejména rekuperativními) pecemi by vyžadovaly další výzkum pomocí měření a matematických modelů. Dosažené přínosy pro životní prostředí Udávané přínosy jsou snížení emisí NOX o cca 50 % a nižší měrná spotřeba energie s následným snížením emisí CO2. Nejlepší uváděný výkon vykazuje úroveň koncentrace emisí NOX 484 mg/Nm3, která byla dosažena z počáteční úrovně 1183 mg/Nm3 dosahované s konvenčním systémem spalování. Použitelnost Tyto hořáky lze použít pouze na rekuperativních pecích. Hnací síla zavádění techniky Snížení emisí NOX společně s nižší spotřebou energie v porovnání se standardními hořáky jsou hlavní hnací silou pro používání hořáků Glas Flox®.
Sklářský průmysl
393
Kapitola 6
Vzorová zařízení Systém Glas Flox® pro vysokoteplotní spalování je v současnosti (2010) provozován v Německu při výrobě skla pro výrobu žárovek. Referenční literatura [117, GWI, VDI-Berichte Nr. 1988 2007]
6.2 Zdokonalené předehřívače střepů a kmene Hlavní příklady předehřívačů kmene a střepů používaných ve sklářství jsou popsány v Oddíle 4.8.5, a proto nejsou považovány za nově vznikající techniku. Probíhá však rozsáhlý rozvoj, zejména v oblasti používání předehřívačů střepů a kmene na kyslíko-palivových pecích. Obecně přeměna tradičních pecí na kyslíkopalivové otápění vede k vyšší výkonnosti pece a kvalitě skla, nižším emisím NOX a pevných částic, nižší spotřebě energie a nižším nákladům na přestavbu. Dodatečné náklady na výrobu kyslíku však stále představují významnou ekonomickou překážku pro používání kyslíko-palivového otápění na mnoha sklářských pecích. Hospodárnost přeměny na kyslíko-palivové otápění by byla mnohem atraktivnější, kdyby se energie obsažená v kouřových plynech (které dosahují velmi vysokých teplot až 1400 °C) dala regenerovat. Současné předehřívače střepů a kmene pracují v rozsahu 500–600 °C, a proto se kouřové plyny musí chladit ředěním vzduchem, čímž se zvyšuje jejich objem. Zdokonalené předehřívače střepů a kmene jsou navrženy tak, aby pracovaly s kouřovými plyny, které se nemusí chladit, nebo které se chladí jen nepatrně. Zejména ve zdokonaleném systému na předehřívání střepů a kmene vyvinutém společností Praxair (BCP systém) vstupují kouřové plyny do předehřívače při teplotách v rozmezí 1200–1400 °C. V době psaní tohoto dokumentu (2010) jsou zde dva projekty, které jsou současně vyvíjeny dvěma rozdílnými týmy: •
•
Projekt PRECIOUS, který je vyvíjen společností Zippe Industrieanlagen GmbH ve spolupráci s technickou univerzitou RWTH v Aachenu v rámci podpůrného programu Německé spolkové nadace pro životní prostředí (Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)); Systém PRAXAIR BCP, který je vyvíjen v technologickém centru Praxair Technology Center.
6.2.1 Projekt PRECIOUS Cílem projektu PRECIOUS je snížit emise CO2 a NOX předehříváním střepů a/nebo kmene odpadním teplem z kyslíko-palivové pece. Technologie předehřívání by teoreticky mohla být nainstalována na jakékoli peci s podílem střepů vyšším než 50 %. Testy tohoto předehřívače střepů a kmene jsou prováděny na kyslíko-palivové peci na výrobu skleněných žárovek. Očekává se zvýšení energetické účinnosti o cca 20 %. Stále probíhá dokončování pilotního projektu a převod technologie na rozsáhlejší projekt [153, Germany Precious 2007].
6.2.2 Projekt PRAXAIR-BCP Popis Systém zkoumaný v projektu PRAXAIR-BCP je vhodný na předehřívání kmene a střepů a je určen k využívání kouřových plynů z kyslíko-palivových pecí. Hlavní vlastnosti zdokonaleného předehřívače jsou následující:
394
Sklářský průmysl
Kapitola 6
• • • • • • • • •
nepřímý přenos tepla z kouřových plynů do kmene a střepů v předehřívači; kmen a střepy (vlastní i cizí) se předehřejí na teplotu 480–600 °C; kouřové plyny z kyslíko-plynových nebo kyslíko-olejových pecí nejsou téměř vůbec ředěny studeným vzduchem; v první fázi (části pro nepřímý přenos tepla sáláním) vstupují kouřové plyny do této části neředěné, obvykle při teplotě 1200–1400 °C; organické složky přítomné v cizích střepech jsou zcela odstraněny (výpary jsou spáleny); jednotka je modulárním systémem a lze ji tak přizpůsobit na požadovanou velikost; kmen a kouřové plyny lze v případě údržby odvést stranou; zvláštní péče je věnována prevenci unášení kmene v peci úpravou zakladače kmene; při výrobě ambrového skla s použitím speciální konstrukce předehřívače nedochází k žádným ztrátám uhlíku z kmene.
Na Obrázku 6.1 je uveden schematický diagram zdokonaleného předehřívače kmene a střepů, kde jsou znázorněna umístění části pro nepřímý přenos tepla sáláním (RHRS) a doplňkové části pro regeneraci konvektivního tepla (CHRS).
Obrázek 6.1:
Schematický diagram vylepšeného předehřívače kmene a střepů
Dosažené přínosy pro životní prostředí Uváděné (očekávané) přínosy jsou snížení emisí o cca 15–30 % (CO2, NOX a pevných částic) v porovnání s kyslíko-palivovými pecemi bez předehřívačů. Snížení spotřeby energie se odhaduje na ± 1 GJ na tunu utavené skloviny v porovnání s kyslíko-palivovou pecí bez předehřívače. Použitelnost V podstatě lze zdokonalené předehřívače střepů a kmene použít pro téměř všechny běžné poměry střepů/kmene.
Sklářský průmysl
395
Kapitola 6
Hospodárnost Očekává se, že používání techniky předehřívání střepů a kmene povede k potenciálním energetickým úsporám (15–25 %), snížené spotřebě kyslíku při spalování a potenciálnímu zvýšení obejmu výroby (10–20 %). Doba návratnosti investic do zařízení se odhaduje na 1 až 3 roky. Hnací síla zavádění techniky Regenerace energie z kouřových plynů a následné snížení spotřeby energie používané při výrobě představují hlavní hnací síly používání zdokonalených předehřívačů střepů a kmene. Významné snížení přímých a nepřímých emisí by bylo další hnací silou zavádění techniky. Vzorová zařízení Systém pilotního rozsahu (15 tun kmene za den) byl testován společností Praxair v roce 2007, v americkém zařízení Tonawanda v New Yorku, s teplotami předehřevu 480–535 °C. Dalším krokem v tomto projektu je navržení většího systému k použití na komerčních sklářských pecích. Referenční literatura [147, Kobayashi et al. 2007] [148, Beerkens 2008]
6.3 Nová složení výrobků V souvislosti se složením kmene a výrobků se objevilo množství zajímavých zdokonalení, která jsou shrnuta níže. Nové složení skla pro výrobu nekonečného skleněného vlákna Jeden výrobce vyvinul nové složení skla pro výrobu nekonečného skleněného vlákna. Toto složení skla řeší dvě hlavní složky emisí do ovzduší typické pro tavení E- skla, tj. pevné částice a fluoridy. Kmen neobsahuje bor ani přidaný fluor. Vyloučení boru a přidaného fluoridu způsobuje horší tavitelnost skla (vyšší teplota tavení) a rozvlákňování, a to může vést k určitému zvýšení požadavků na energii. Nové složení se používá v průmyslových zařízeních a informativní údaje o emisích jsou k dispozici v Oddíle 3.5 a v Oddíle 4.4.1.1. Složení bylo vyvinuto jednou společností, je chráněno patenty, a jako takové tedy není v tomto odvětví obecně dostupné. Tento typ nekonečného skleněného vlákna je v současnosti (2010) vyráběn dvěma společnostmi v Evropě a pravděpodobně představuje jednu čtvrtinu nebo jednu třetinu evropské produkce. Nelze jej proto považovat za nově vznikající techniku. Tuto techniku však nelze považovat za „dostupnou“ kvůli patentům chránícím výrobní proces a kvůli skutečnosti, že je v současnosti k dispozici jen velmi málo informací. Nové složení pojiva pro výrobky z minerální vlny Výrobci minerální vlny neustále vylepšují vlastnosti svých produktů, aby snížili jejich ekologický dopad a zlepšili environmentální profil. Někteří výrobci provedli rozsáhlý výzkum a vývoj, aby nalezli nová pojiva, která by plně nebo částečně nahradila fenol-formaldehydová pojiva, která jsou již řadu let používána v tomto odvětví. Bylo podáno a/nebo vydáno několik patentů. Nová složení jsou založena buď na: • •
396
fenol-formaldehydových pryskyřicích se značně nižším obsahem formaldehydu, nebo na jiných typech rostlinných nebo akrylátových pryskyřic, které neobsahují žádný fenol-formaldehyd.
Sklářský průmysl
Kapitola 6
Některá z těchto pojiv již byla uvedena na trh a jsou obecně dostupná. V ostatních případech je třeba plně posoudit dopad nových složení, aby se potvrdila jejich vhodnost z pohledu výroby, vlastností produktu a ekologického dopadu. Referenční literatura [174, EURIMA position 2010] [150, Knauf 2008]
6.4 Injektáž odpadů do procesu výroby kamenné vaty Popis Množství odpadů vytvořené při výrobě kamenné vaty v EU se odhaduje na 160 000 až 480 000 tun za rok. Odpad pochází zejména z rozvlákňovacího procesu, kde u 10–20 % taveniny nedojde k řádnému rozvláknění, a je proto vyřazena. Linka na výrobu kamenné vaty s ročním objemem výroby 20 000 t/rok vytváří mezi 2000 a 4000 t odpadu z rozvlákňování za rok. V době psaní tohoto dokumentu (2010) bylo jediným systémem pro znovupoužití odpadu v tavicím procesu briketování. Tento systém vyžaduje rozemletí odpadu a jeho smíchání s cementem. Používání briket s sebou přináší zvýšené emise do ovzduší, zejména emise oxidů síry způsobené obsahem síry v cementu (viz Oddíl 3.8.2.1). Technika injektáže odpadu sestává ze zavádění jemně nadrceného materiálu přímo do tavicí zóny v kupolové peci na výrobu kamenné vaty. Zaváděným materiálem je suchý odpad z výroby. Odpad (kapky) z rozvlákňovacího procesu s velikostí 0–6 mm jsou transportovány do zásobníku a přetlakové dávkovací nádrže. Na dně nádrže je rotační podavač, který přesouvá malé dávky tohoto materiálu do tří pneumatických plnících potrubí. Na konci těchto potrubí jsou umístěny trysky ústící do kupolové pece poblíž dmýšních trubic. Materiál prochází těmito tryskami, kterými se do tavicí zóny kupolové pece rovněž přidává kyslík. Celé zařízení je vystaveno extrémně drsnému prostředí. V tavicí zóně je teplota přes 1700 °C a zaváděné materiály jsou navíc tvrdé a abrazivní, což značně zatěžuje materiály tvořící konstrukci zařízení. Dosažené ekologické výhody S touto technikou je možné recyklovat 80–100 % odpadu z procesu rozvlákňování, což odpovídá snížení objemu minerálních surovin nejméně o 7 %. Tento systém byl rovněž navržen tak, aby pracoval s jinými typy jemně nadrcených surovin a pevných paliv, jako jsou například minerální suroviny a koks. Použití injektáže odpadu vede ke snížení množství odpadu vyváženého na skládky, snížené spotřebě koksu k tavení a v důsledku toho i ke snížení emisí. Emise oxidů síry se v porovnání s recyklací prostřednictvím cementových briket sníží, protože nedochází k přidávání síry do kmene. Použitelnost Technika injektáže odpadů je použitelná v odvětví výroby kamenné vaty, kde se používají kupolové pece. V době psaní tohoto dokumentu (2010) se používá na dvou výrobních linkách, kde probíhá její další vývoj. Hospodárnost Investiční náklady na injektáž odpadů jsou pouze 20 % z ceny vybavení na výrobu briket včetně nezbytných staveb.
Sklářský průmysl
397
Kapitola 6
Hnací síla zavádění techniky Minimalizace toku odpadů společně se snížením emisí SOX spojených s používanou technikou recyklace odpadů (cementových briket) představují hlavní hnací sílu zavádění injektáže odpadů do výroby kamenné vaty. Vzorová zařízení Prototyp zařízení je v provozu ve finském Oulu od roku 2001. Kompletní pilotní zařízení je provozováno ve švédském Hässleholmu od roku 2004. Obě zařízení vlastní společnost Paroc Group. Projekt vývoje techniky injektáže odpadů byl financován v rámci Šestého akčního programu pro životní prostředí 2001– 2010. Referenční literatura http://ec.europa.eu/environment/life/project/Projects/index [146, EURIMA 2007]
6.5 Technologie tavení s ponořeným spalováním Popis Tavení s ponořeným spalováním (SCM) je založeno na koncepci postupného tavení, při kterém se používá několik stupňů k optimalizaci tavení, homogenizace, čeření a regenerace tepla. Očekává se, že tato koncepce sníží průměrnou dobu prodlevy roztavené skloviny o více než 80 % v porovnání s tavnou pecí s jednou velkou tavicí vanou, s následným snížením emisí a nákladů na energii. Tavicí pec využívající technologii ponořeného spalování (SMC) se skládá z malé vany, ve které se palivo a oxidanty spalují přímo uvnitř taveniny. Spaliny probublávají nebo proudí skrz sklovinu, čímž umožňují vysokou rychlost přenosu tepla a turbulentní mísení (a unášení). Vysoký smyk z nucené konvekce zajišťuje rychlé rozpuštění pevných částic (písek, suroviny obsahující oxid hlinitý) a stejnorodost teplot. Roztavený materiál se stejnorodým složením ale stále obsahující množství bublin je odpouštěn odpichem u dna lázně. Na Obrázku 6.2 je zobrazen schematický diagram tavicí pece s ponořeným spalováním.
Obrázek 6.2:
398
Schematický diagram tavicí pece s ponořeným spalováním
Sklářský průmysl
Kapitola 6
Manipulace a zakládání kmene je u pecí s ponořeným spalováním flexibilnější než u konvenčních tavicích pecí. Manipulační systém může být jednoduchý a levný, protože tavicí pec může používat mnohem větší rozsah velikostí částic až do 1 cm nebo více, bez potřeby úplného smísení surovin. Tato vlastnost umožní širší výběr surovin a snížení pracnosti přípravy kmene a investičních nákladů. Dosažené ekologické výhody Odhaduje se celková úspora energie okolo 5 % v porovnání s nejlepší kyslíko-palivovou vanovou pecí v případě, že se ze stěn pece neregeneruje žádné teplo. Regenerace 20 % energie ztracené stěnami by umožnila celkovou úsporu energie o cca 7,5 %. Očekává se snížení emisí NOX díky tomu, že jsou plameny zakryty taveninou. Provozní údaje Pět komerčních tavicích pecí na výrobu minerální vlny s ponořeným spalováním a s kapacitou 75 t/den je v provozu na Ukrajině a v Bělorusku. Pracují s méně než 10 % přebytečného vzduchu a vytváří méně než 350 mg/Nm3 emisí NOX, při 8 % O2. Při rozšiřování používání techniky tavení s ponořeným spalováním bude třeba překonat některá omezení, což bude vyžadovat několik vylepšení stávajících tavných pecí. Prvním krokem je změna spalování ze vzduchového na kyslíkové, aby se snížilo probublávání v tavenině a zároveň se zlepšil přenos tepla a snížily emise – to by mělo vést k 80 % snížení objemu plynů procházejících taveninou. Použitelnost V době psaní tohoto dokumentu (2010) se použitelnost této technologie omezuje pouze na výrobu minerální vlny. Vývoj a testování, které právě probíhají, by měly umožnit používání této techniky na širokém spektru složení a barev skla. Většina vývoje je prováděna v USA radou Glass Manufacturing Industry Council (GMIC) a institutem Gas Technology Institute sídlícím v Des Plaines v americkém Illinois. Hospodárnost Technika tavicích pecí s ponořeným spalováním by měla umožnit minimálně 5% energetickou úsporu v porovnání s konvenčním tavením. Rovněž se očekávají úspory investičních nákladů a pracovní síly nutné k přípravě kmene. Hnací síla zavádění techniky Nižší investiční náklady, větší flexibilita při výběru surovin a nižší emise, zejména emise NOX, představují hnací sílu pro úplný vývoj a používání techniky ponořeného spalování. Vzorová zařízení V době psaní tohoto dokumentu (2010) je v provozu pět komerčních tavicích pecí na výrobu minerální vlny na Ukrajině a v Bělorusku. Byla podána patentová přihláška. Projektový tým vedený institutem Gas Technology Institute (GTI, Chicago, USA) se šesti sklářskými společnostmi pracuje na „tavicích systémech nové generace“, které zahrnují i tavení s ponořeným spalováním. Za tímto účelem byla vybudována pilotní tavicí pec s ponořeným spalováním s kapacitou 1 t za hodinu a používá se k tavení řady průmyslových skel za různých provozních podmínek. Referenční literatura [149, Rue et al. 2006]
Sklářský průmysl
399
Kapitola 6
6.6
Čištění kouřových plynů s použitím suchého hydrogenuhličitanu sodného a chemické zhodnocení zbytků z čištění
Popis Tato technika se používá k odsiřování odpadních plynů ze sklářských pecí. Hydrogenuhličitan sodný vykazuje vysokou účinnost odstraňování emisí SOX (viz Oddíl 4.4.3.3) s následnou tvorbou pevných zbytků z chemické reakce mezi kyselými plyny a hydrogenuhličitanem sodným. Tyto pevné zbytky jsou z kouřových plynů odděleny především filtračními systémy (ESP nebo tkaninovým filtrem). Hlavními složkami těchto zbytků jsou síran sodný a uhličitan sodný (nezreagované alkalické činidlo). V mnoha případech lze pevné zbytky recyklovat zpět do pece, čímž se částečně nahradí čeřidlo (obecně síran sodný) používané v kmeni, ale v některých případech tyto zbytky recyklovat nelze. Hlavní omezení znovupoužití prachu z filtrů jsou tyto: 1.
pevné zbytky jsou velmi jemné a snadno vedou k unášení nebo těkání (např. NaCl) z pece s následnou změnou chemického složení skloviny a vysokými koncentracemi NaCl vstupujících do regenerátoru;
2.
chemické složení pevných částic se při rozdílných provozních podmínkách pece může značně lišit, což vede k problémům při řízení chemického složení skla, které mají následně vliv na kvalitu konečných výrobků.
Aby se zabránilo odpadnímu toku prachu, jenž je třeba ukládat na skládku, pevné zbytky se upravují ve zvláštním zařízení, které obecně bývá umístěno poblíž zdroje kalcinované sody. Úprava se skládá z rozpuštění pevných zbytků v roztoku obsahujícím chlorid vápenatý (CaCl2) (tento roztok bývá k dispozici v zařízeních na výrobu kalcinované sody). Chemická reakce probíhá následovně: CaCl2 + Na2SO4 → CaSO4 + 2 NaCl Výsledný kal se přefiltruje, aby se oddělil pevný síran vápenatý (CaSO4). Roztok chloridu sodného (NaCl) se poté upravuje, aby se zbavil zbývajícího vápníku a ostatních iontů. Oba produkty reakce lze znovu použít. Síran vápenatý je možné použít při výrobě cementu, kde nahradí jiný kupovaný materiál používaný ve vsázce. Roztok chloridu sodného lze použít jako surovinu při výrobě kalcinované sody. Dosažené přínosy pro životní prostředí Suché čištění hydrogenuhličitanem sodným dosahuje vysoké účinnosti odstraňování emisí SOX. Možnost úpravy a znovupoužití pevných zbytků vytvořených v čisticím systému představuje dobrou alternativu k přímé recyklaci prachu z filtrů do pece při výrobě skla, aniž by byla ohrožena kvalita skla nebo řízení výrobního procesu. Dále se tím zabrání značnému toku odpadů díky možnému zhodnocení a znovupoužití výsledných produktů. Mezisložkové vlivy Pevné zbytky je třeba převážet ze sklářského zařízení do úpravny. Úprava vyžaduje spotřebu energie a vody.
400
Sklářský průmysl
Kapitola 6
Použitelnost Suché odsiřování kouřových plynů hydrogenuhličitanem sodným následované úpravou vzniklých pevných zbytků lze použít na zařízeních na výrobu skla, kde není možné recyklovat prach z filtrů kvůli požadavkům na kvalitu konečného produktu nebo problémům se řízením výrobního procesu. Hospodárnost Tato technika je v současnosti testována na předprůmyslové úrovni a výsledky testů naznačují, že bude ekonomicky únosná. Hnací síla zavádění techniky Nemožnost interní recyklace pevných zbytků z odsiřování kouřových plynů by měla představovat hlavní hnací sílu zavádění této techniky. Vzorová zařízení Tato technika byla testována ve Francii a nyní jsou studovány/plánovány konkrétní úpravny. Tato technika je průmyslově použitelná a používá se ve Francii a v Itálii na úpravu pevných zbytků vytvořených ve spalovnách domovních odpadů, kde se kouřové plyny upravují hydrogenuhličitanem sodným (viz dokument BREF pro spalování odpadů, Oddíly 4.6.11.4 a 4.6.11.5). Referenční literatura [154, EC 2006] [145, France contribution 2007].
6.7
Používání keramických filtrů a keramických katalytických filtrů k odstraňování vícečetných znečišťujících látek z odpadních plynů z výrobního procesu
Popis Kouřové plyny ze sklářských pecí mají zvýšené teploty v závislosti na úrovni regenerace tepla a unášejí směs pevných a plynných znečišťujících látek (především NOX a SOX). K odstraňování těchto znečišťujících látek se využívá množství zavedených technik, a to buď jednotlivě, nebo v kombinaci (viz související oddíly v Kapitole 4). Používání vysokoteplotních filtračních systémů není ve sklářství běžné (viz Oddíl 4.4.1.5). Byl vyvinut nový typ keramického filtru, který může být provozován za vysokých teplot, se slibnými výsledky. Používání keramických filtračních článků (s nízkou hustotou) představuje nově vznikající techniku pro čištění kouřových plynů vzniklých ve sklářské peci. Keramické filtry jsou velmi účinné při oddělování prachu a fungují dobře v kombinaci se suchým čištěním k odstranění kyselých plynů. Kromě toho, vezmeme-li v potaz žáruvzdornost filtračního média a příznivou filtrační teplotu, je u této techniky možné provádět katalytickou redukci emisí NOX s použitím keramických katalytických článků, u kterých se do keramických filtračních článků vpraví katalyzátor. Díky tomu je možné jedním zařízením čistit hlavní znečišťující látky vypouštěné ze sklářské pece.
Sklářský průmysl
401
Kapitola 6
Dosažené přínosy pro životní prostředí Přehled environmentálního profilu katalytického keramického filtru pozorovaného u různých typů zařízení je uveden v Tabulce 6.1. Tabulka 6.1:
Přehled environmentálních profilů zařízení s keramickými katalytickými filtry
Použití
Rozsah
Plocha filtru (m2)
Teplota (°C)
Látka
Vstup
Výstup
Spalování
Úplný
112
220–260
Dioxin
1–2 ng/Nm3
< 0,01 ng/Nm3
Spalování
Pilotní
56
180
NOX
450 mg/Nm3
48 mg/Nm3
3
Spalování
Pilotní
51
280
Dioxin
75 ng/Nm
0,55 ng/Nm3
Sklo
Pilotní
56
280
NOX
1200 mg/Nm3
250 mg/Nm3
U keramických filtrů je záruka snížení pevných částic na < 10 mg/Nm3. V praxi dosahují zařízení používající keramické filtry při správném provozu koncentrací nižších než 2 mg/Nm3. Uvádí se účinnost odstraňování > 90 % u HCl, > 80 % u SOX a okolo 80 % u NOX [113, Maguin CerCat process 2008]. Mezisložkové vlivy V porovnání s rukávovými tkaninovými filtry představují keramické filtry zátěž navíc, kterou je třeba brát v úvahu při projektové přípravě zařízení. Materiály používané k výstavbě konstrukce filtru musí být vhodné pro provoz za zvýšené teploty. Podobně jako jiné systémy pro katalytickou redukci emisí NOX (SCR, SNCR) katalytický keramický filtr vyžaduje vstřikování amoniaku nebo močoviny, pokud je dostatečná teplota. Skladování amoniaku nebo močoviny a manipulace s nimi může být zdrojem fugitivních emisí a mohou se na ně vztahovat specifické zákony. Použitelnost Keramické filtrační články jsou na trhu od poloviny osmdesátých let minulého století a ve své monolitické formě jsou dostupné od roku 1991. Během této doby byly použity v řadě provozů, kde je vyžadována účinná filtrace za vyšších teplot. Použití keramických filtrů probíhalo několik let zpět na konvenční peci na výrobu boritokřemičitého skla ve Velké Británii. Toto zařízení již není v provozu. Keramické filtrační články jsou dimenzovány pro provoz do 900 °C, zatímco keramické katalytické filtry jsou dimenzovány pro teploty do 400 °C a při jejich překročení může být snížena účinnost katalyzátoru. V praxi se většina systémů založených na keramických filtračních článcích provozuje při maximálních teplotách okolo 450 °C, což je maximální teplota pro konstrukci zařízení vyrobenou z uhlíkové oceli. Aby bylo čištění kyselých plynů (SO2, HCl, HF) účinné, je třeba zvážit množství otázek, např. výběr absorpčního činidla, stechiometrický poměr, teplotu a dostupnou reakční dobu. Při používání keramických filtračních článků je upřednostňovaným absorbentem hydrogenuhličitan sodný. Tam, kde jsou podmínky považovány za příliš náročné pro použití hydrogenuhličitanu sodného (např. u odstraňování HF), lze rovněž možné použít absorbenty na bázi vápna. Při snižování emisí NOX je katalyzátor vpravovaný do keramických prvků katalytického filtru složen z prvků účinných ve spojení buď s amoniakovými, nebo s močovinovými reaktanty. Hospodárnost Keramické filtrační prvky představují potenciál pro postupné zavádění zařízení na snižování emisí znečišťujících látek. V první fázi je možné nainstalovat filtr založený na standardních filtračních prvcích ke snížení množství pevných částic a kyselých plynů (pomocí adsorpčního činidla), který zachovává dostatečnou teplotu pro budoucí řízení emisí NOX.
402
Sklářský průmysl
Kapitola 6
Ve druhé fázi mohou být prvky filtru dodatečně vybaveny keramickými katalytickými filtračními články na snižování emisí NOX nebo lze nainstalovat systém pro selektivní katalytickou redukci (SCR). Nejvhodnější volbu lze provést na základě ekonomických a technických uvážení. Takovéto postupné zavádění může zabránit zbytečným nebo předčasným výdajům. Počáteční investiční náklady na systém založený na keramickém katalytickém filtru mohou být značně nižší než u tradičních alternativ. Při výpočtu ročních provozních nákladů je třeba vzít v úvahu náklady na energii, adsorpční činidlo, náhradu filtračního média, pracovní sílu a jiné faktory. Výpočty nákladů naznačují, že náklady na celoživotní vlastnictví keramického katalytického filtračního systému jsou příznivé v porovnání s jinými technikami. Hnací síla zavádění techniky Možnost odstranit směs znečišťujících látek jediným systémem může být obzvlášť atraktivní, když je k dispozici pouze omezený prostor. Vzorová zařízení Keramické katalytické filtry byly v malém rozsahu použity jak na kompletních, tak na pilotních zařízeních. Pilotní použití byla nastavena tak, aby co nejvíce odrážela aktuální provozní podmínky. Jeden zkušební pilotní provoz proběhl na evropské výrobní lince na výrobu potištěného skla. Zkušební zařízení zahrnovalo 40 filtračních článků Cerafil TK-3000 XS-1 (3000 x 150 mm, účinná plocha 1,4 m2). Dosažené snížení emisí NOX se pohybovalo kolem 80 % při 280 °C, což je ideální teplota pro dlouhodobé použití. Test umělého stárnutí naznačil dlouhodobý stabilní výkon. Druhé zkušební zařízení bylo zavedeno na evropské lince na výrobu plaveného skla. Výsledky nejsou k dispozici kvůli utajení. Bylo uvedeno, že dvě průmyslová zařízení zahájí provoz v roce 2010 včetně jednoho v odvětví užitkového skla na peci vyrábějící sodnovápenaté sklo. Cílem je technické a ekonomické posouzení této techniky během kompletní kampaně. Referenční literatura [151, Madison Filter Ltd. 2008] [113, Maguin CerCat process 2008]
6.8
Elektrostatický odlučovač NASU k odlučování nanočástic
Popis Ve sklářství se k odstraňování prachu z odpadních plynů z tavicích pecí obecně používají elektrostatické odlučovače (ESP) a tkaninové filtry. Tyto techniky vykazují dobrou účinnost při odstraňování velkých a jemných částic i s průměrem menším než 2 µm. Oddělování jemných částic (< 2 µm), ultrajemných částic (< 1 µm) a nanočástic (< 0.1 µm) je však obtížnější. Aerodynamické a elektrostatické vlastnosti částic s průměrem okolo 0,01 µm jsou zcela odlišné od vlastností částic s průměrem 2 µm a větších. Částice menší než 0,1 µm mají vysokou pohyblivost a menší náboj a jejich odstraňování by vyžadovalo hustý tkaninový filtr, který by způsobil značný pokles tlaku v potrubí. S tradičními ESP by pokles tlaku nepředstavoval problém, ale použitá jednotka by byla veliká a relativně nákladná kvůli potřebě několika nabíjecích zón (několik polí), aby se jemné částice dostatečně nabily a bylo je tak možné odstranit (nabíjení polem). Elektrostatický odlučovač nanočástic je založen na odlišné technologii nabíjení částic (difuzní nabíjení), které vykazuje lepší účinnost u jemných částic. Systém se skládá ze dvoufázového zařízení, které používá kmitající trysku tzv. „sonic jet charger“ ve které se tvoří ionty, a ty jsou následně vháněny do kouřových plynů proudem o rychlosti zvuku. Schematický nákres kmitající trysky je uveden na Obrázku 6.3..
Sklářský průmysl
403
Kapitola 6
Koronová elektroda Plynový kanál
Vstup vzduchu Zdroj VN
Proud vysokorychlostního vzduchu s ionty
Koronový výboj
Obrázek 6.3:
Schematické znázornění kmitající trysky
Dosažené přínosy pro životní prostředí Typická účinnost odstraňování pomocí ESP NASU tvořeného jedním modulárním filtrem se pohybuje mezi 80–90 % celkové hmoty částic. Při použití více polí (dvě nebo více modulárních filtračních jednotek zapojených do série) je možné dosáhnout teoretické účinnosti odstraňování až 95 %. Udávaná účinnost se vztahuje k odstraňování pevných částic s průměrnou velikostí menší než 2 µm. Provozní údaje Systém ESP NASU nainstalovaný na zařízení na výrobu užitkového skla pracuje s přibližnou rychlostí vzduchu v potrubí činící 5,5 m/s. Kmitající tryska nevyžaduje čištění – má konstantní napětí korony a vlastnosti kouřových plynů neovlivňují proud. Zařízení je malé a není nijak drahé. Použitelnost Systém ESP NASU lze použít k filtraci jemných částic při různých použitích včetně plynem otápěných tavicích pecí a pokovovacích systémů. Hospodárnost Modularita systému umožňuje spojení několika standardních modulů, aby odpovídaly průtoku v různých velikostech odlučovačů. Tato vlastnost činí systém ESP NASU velmi nákladově efektivním. Tento systém má nízké investiční a provozní náklady a vyžaduje minimální údržbu. Hnací síla zavádění techniky Potřeba účinného odstraňování ultrajemných částic ze zdrojů emisí představuje hlavní hnací sílu zavádění této techniky, společně s možností použít několik modulárních jednotek (10–12 i více) v závislosti na potřebách a na objemu odpadních plynů. Vzorová zařízení Použití bylo testováno v zařízení Beneq (Helsinky, Finsko) k čištění odpadních plynů ze systému na pokovování skla. Systém byl testován v lednu 2009 ve sklárně Littala Nuutajarvi na dvou tradičních pánvových pecích vyrábějících užitkové sklo a otápěných zkapalněným naftovým plynem. Filtr byl nainstalován na střeše budovy. Projekt NASU nebyl ještě dokončen. Pokračují studie zaměřené na hodnocení, zda je tento systém realizovatelným řešením pro průmyslové účely. Referenční literatura [152, Finland contribution 2009]
404
Sklářský průmysl
Kapitola 6
6.9 Mlžná komora Popis Technika vyžívající mlžnou komoru (CCS) se skládá ze systému, kde se jak pevné, tak plynné znečišťující látky odstraňují průchodem odpadních plynů skrze komoru obsahující vytvořený „čisticí oblak“ nabitých kapek vody s vysokou hustotou. Uvnitř této komory miliardy kapek rychle reagují s částicemi přítomnými v odpadních plynech z výrobního procesu. Když se částice a kapka míjí ve vzdálenosti do 20 mikronů, elektrické síly způsobí, že se vzájemně přitáhnou a částice bude vtažena do kapky. Zachycené částice se shlukují uvnitř jímky a klesají na dno komory, odkud jsou odstraněny jako maloobjemový kal. Relativně čistá voda z horní části jímky se znovu zavádí do nabíjecí mřížky, kde opět získá elektrický náboj a může se znovu použít v systému. Kromě ultrajemných částic dokáže systém CCS odstraňovat i rozpustné plynné znečišťující látky (např. SO2, HCl, HF, NH3). Na Obrázku 6.4 je zobrazen schematický diagram zařízení.
Předupravovací komora (PCC) Izolátory
Komora s tvorbou mlhy (CGV č. 1)
Odmlžovací zařízení
Vstup plynů
Řídicí panel Čerpadla pro PCC a CGV
Obrázek 6.4:
Komora s tvorbou mlhy (CGV č. 2) Vedení recyklované H₂O
Schematický diagram pračky s oblakem nabitých kapek
Dosažené přínosy pro životní prostředí Udávané přínosy pro životní prostředí vypozorované při pilotních testech na odpadních plynech z kyslíkopalivové sklářské pece uvádí vysokou účinnost odstraňování emisí jak pevných částic, tak SOX (ze 410 mg/Nm3 na 23 mg/Nm3 a ze 770 mg/Nm3 na 1 mg/Nm3, tyto údaje jsou udávány jako naměřené). Kompletní systém CCS použití na kyslíko-palivové peci byl testován v USA. Výsledky však nejsou dosud k dispozici. Provozní údaje
Sklářský průmysl
405
Kapitola 6
Odhaduje se, že spotřeba elektrické energie pro elektrostatické nabíjení kapek bude značně nižší než u elektrostatických odlučovačů. V systému CCS je velmi nízký pokles tlaku, který je způsoben především odmlžovacím zařízením a spojovacím potrubím. Udává se, že tato technika není významněji ovlivněna změnami v zatížení částicemi a ostatními složkami. Použitelnost Tento systém je potenciálně použitelný na čištění odpadních plynů ze všech typů pecí, ale tuto skutečnost je třeba ještě potvrdit. Hospodárnost V době psaní tohoto dokumentu (2010) nebyly k dispozici údaje o nákladech. Hnací síla zavádění techniky Systém CCS může významně snižovat prostorové nároky tam, kde je třeba snižovat emise jemného prachu i kyselých plynů. Vzorová zařízení V době psaní tohoto dokumentu (2010) probíhá v USA testování prvního kompletního zařízení na kyslíkopalivové peci. Referenční literatura [170, N.Harris 2009] [171, Tri-Mer Corporation 2010]
406
Sklářský průmysl
Kapitola 7
7
ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKY A DOPORUČENÍ PRO DALŠÍ PRÁCI
Načasování revizního procesu Práce na revizi referenčního dokumentu o BAT ve sklářském průmyslu (GLS BREF) byly zahájeny obnovou činnosti Technické pracovní skupiny (TWG) v únoru 2006, následované výzvou k předložení požadavků v březnu 2006 a následnou přípravou konsolidovaného seznamu žádostí členů Technické pracovní skupiny a klíčových otázek pro revizi dokumentu. Zahajovací zasedání k procesu revize referenčního dokumentu o BAT proběhla v lednu 2007. Technická pracovní skupina se dohodla, že bude zachováno uspořádání současného dokumentu a že dojde k aktualizaci všech oddílů a doplnění informací, zejména nových údajů o emisích a množství spotřeby. Byla zaznamenána potřeba rozšíření dosavadních informací týkajících se navazujících činností, emisí těžkých kovů, používání střepů (dostupnost, požadavky na kvalitu atd.). Bylo dohodnuto, že do revidovaného dokumentu budou přidány informace o tématech, která nebyla řešena v dosavadním dokumentu, zejména informace o emisích sloučenin boru a difuzních a fugitivních emisích. Během zahajovacího zasedání byly vyjádřeny obavy týkající se důvěrné povahy údajů, které bude třeba shromáždit pro revizi referenčního dokumentu o BAT, kvůli problému týkajícímu se hospodářské soutěže souvisejícímu s probíhajícím přestupkovým řízením vedeným Komisí (DG COMP) proti některým velkým výrobcům skla. Po konzultaci s DG COMP podskupina Technické pracovní skupiny vydala pokyny pro získávání údajů společně s nezbytnými omezeními vyhýbajícími se citlivým otázkám konkurence. Tento požadavek přinesl některé problémy při sběru údajů o emisích a spotřebách na úrovni jednotlivých zařízení. Období pro sběr údajů a informací skončilo v červenci 2007. Získané informace byly ověřeny prohlídkami ve sklářských provozech, konzultacemi s členy Technické pracovní skupiny a kontrolou v rámci EIPPCB. První návrh referenčního dokumentu o BAT zahrnující Kapitoly 1–4 byl vydán v lednu 2008 a byl následován konzultačním obdobím, které skončilo v dubnu 2008. V květnu 2008 práci převzal nový autor, který připravil revidovanou verzi prvního návrhu, která byla vydána v září 2008. V říjnu 2008 proběhlo předběžné zasedání TWG s cílem projednat množství konkrétních témat, která vyžadovala dodatečné informace k dokončení revizního procesu. Druhý návrh revidovaného referenčního dokumentu o BAT včetně Kapitoly 5 (návrh závěrů o BAT) a Kapitoly 6 (Nově vznikající techniky) byl vydán v červnu 2009 (kompletní dokument) s požadavkem na členy TWG, aby poskytli připomínky k revidovanému dokumentu do září 2009. Závěrečné zasedání Technické pracovní skupiny proběhlo v prosinci 2009. V době tohoto zasedání TWG tvořilo 85 členů zastupujících 20 členských států, dotčené průmyslové organizace, Evropskou komisi a ekologické nevládní organizace. Zdroje informací a informační mezery Výměna informací pro revizi tohoto referenčního dokumentu o BAT byla ovlivněna výše uvedenými omezeními plynoucími zejména z problémů souvisejících s hospodářskou soutěží. Bylo však předloženo množství užitečných dokumentů a do tohoto revidovaného dokumentu bylo zahrnuto více než 100 nových odkazů. Co se týče původního dokumentu, značná část informací byla předložena jako doklad o rozmanitosti osmi rozdílných sklářských odvětví a pro určení použitelnosti identifikovaných technik napříč všemi výrobními procesy a odvětvími. Informační systém pro BAT (BATIS) byl systematicky využíván pro nahrávání dokumentů a připomínek od členů TWG, aby se tak zajistila účinná výměna informací a vysoká úroveň transparentnosti.
Sklářský průmysl
407
Kapitola 7
Hlavními poskytovateli informací byly průmyslové asociace reprezentující celý sklářský průmysl (CPIV) a jednotlivá odvětví (FEVE, Glass for Europe, APFE, Domestic Glass, ESGA, EURIMA, ECFIA, ANFFECC) a rovněž několik členských zemí, zejména Rakousko, Francie, Německo, Itálie, Nizozemsko, Portugalsko a Španělsko. Množství dokumentů obsahujících údaje o emisích ze vzorových zařízení a rozsáhlé informace o nákladech a mezisložkových vlivech byly do značné míry využity při revizi Kapitoly 4, zejména zprávy od HVG (Německo), z Rakouska, od TNO (předložené CPIV) a od společnosti Entec (předložené asociací EURIMA). Navzdory užitečnosti získaných informací byly zjištěny některé problémy: • • • •
Údaje o emisích a spotřebě byly pravidelně předávány v souhrnné formě. Některé předané údaje o vzorových zařízeních měly mezery, např. referenční rok u nákladů na techniky, dlouhodobé emise při použití bodových záměrů. U některých odvětví byly údaje o spotřebě poskytnuty jako rozsah (minimální a maximální hodnota) a nebyly doplněny relevantními parametry, jako typ a stáří pece a podíl střepů. Byl zjištěn nedostatek údajů o emisích sloučenin selenu z výroby barevného plochého skla, flintového obalového skla a užitkového skla, a rovněž o účinnosti čisticího systému na odstraňování emisí.
Míra shody dosažená při výměně informací Během závěrečného zasedání Technické pracovní skupiny a po něm bylo v rámci TWG dosaženo shody týkající se celého dokumentu. K některým údajům o množství emisí spojeným s nejlepšími dostupnými technikami (BAT-AEL) byly vyjádřeny nesouhlasné názory, z nichž dva byly zaznamenány. Tabulka 7.1 ukazuje zaznamenané rozdílné názory vyjádřené členy TWG.
408
Sklářský průmysl
Kapitola 7
Tabulka 7.1: Závěr o BAT
Č 17
Č 19
Rozdílné názory Rozdílný názor zastávají
Rozdílný názor
Portugalsko, Itálie
Tyto dva členské státy mají za to, že vyšší hodnota rozsahů úrovní emisí spojených s BAT související s použitím úprav spalování vedoucích ke snížení emisí NOX není dosažitelná u stávajících zařízení, konkrétně u příčně otápěných plynových regenerativních pecí. Na základě údajů o vzorových provozech (viz 1. sloupec v Tabulce 4.15 v Oddíle 4.4.2.1) a úrovní emisí uváděných v pododstavci „Provozní údaje“ v Oddíle 4.4.2.1, není údaj 800 mg/Nm3 (odpovídající 1,2 kg/t utavené skloviny) o množství emisí spojeném s nejlepšími dostupnými technikami stanovený jako denní průměr nebo průměr celého období odběru vzorků považován za zástupný pro všechny typy konvenčních tavicích pecí. Úrovně emisí pohybující se v rozsahu 700–1100 mg/Nm3 (0,9–1,7 kg/t utavené skloviny) jsou uváděny jako dosažitelné na příčně otápěných plynových pecích. Podle názoru těchto dvou členských států sekundární opatření, která by mohla být považována za účinnější alternativu BAT k dosažení nižších souvisejících množství emisí (např. SCR a SNCR), nebyla na tomto typu pece nikdy zavedena kvůli technickým omezením a malé flexibilitě.
Tato průmyslová organizace považuje vyšší hodnotu rozsahů úrovní emisí spojených s AEL pro zemním plynem i pro olejem otápěné pece za obtížně dosažitelnou, zejména v případě, kdy se ve složení kmene využívá úplná recyklace prachu z filtrů a vysoký podíl cizích střepů. Výroba určitých typů skla s pevným oxidačním stavem a malou absorpcí síry v tavenině určující barvu skla a jiné důležité vlastnosti je obecně spojována s vyššími úrovněmi Evropská federace emisí SOX v porovnání se skly s vyšší absorpcí síry. Na základě údajů výrobců obalového skla uváděných v Oddíle 3.3.2.2 v Tabulce 3.15 a v Oddíle 4.4.3.3, se u plynem (FEVE) otápěných pecí očekávají úrovně emisí v rozsahu < 500–800 mg/Nm3 (0,75– 1,2 kg/t utavené skloviny) a u olejem otápěných pecí v rozsahu < 1200–1500 mg/Nm3 (1,8–2,3 kg/t utavené skloviny). Podle názoru průmyslové organizace by stanovené rozsahy úrovní emisí spojených s BAT vedly ke vzniku toku odpadů z filtrů a ohrozily by recyklaci skleněných obalů (cizích střepů) v Evropě.
Konzultace na Fóru a následné řízení o oficiálním přijetí závěrů BAT. Fórum pro výměnu informací v souladu s Článkem 13 Směrnice 2010/75/EU o průmyslových emisích (IED) (dále jen Fórum) bylo dotazováno ohledně navrhovaného obsahu tohoto referenčního dokumentu o BAT dne 24. června 2012 a svůj názor předložilo během svého zasedání 12.–13. září 2011. Stanovisko Fóra rozlišuje dvě různé sady připomínek. Za prvé, stanovisko zahrnuje takové připomínky, u kterých se Fórum shodlo, že mají být součástí konečné verze referenčního dokumentu o BAT. Za druhé, stanovisko zahrnuje takové připomínky, které představují názory některých z členů Fóra, ale u kterých nedošlo ke shodě, že mají být součástí konečné verze referenčního dokumentu o BAT. Úplný názor Fóra je k dispozici zde:
http://circa.europa.eu/Public/irc/env/ied/library?l=/ied_art_13_forum/opinions_article Komise vzala následně názory Fóra v potaz při přípravě návrhu Prováděcího rozhodnutí Komise, kterým se stanovují závěry o BAT pro výrobu skla.
Sklářský průmysl
409
Kapitola 7
Výbor zřízený na základě Čl. 75 odst. 1 Směrnice o průmyslových emisích (IED) vydal kladné stanovisko ohledně návrhu Prováděcího rozhodnutí během svého zasedání dne 21. listopadu 2011. Během této procedury nebyly v tomto dokumentu provedeny žádné významné změny. Doporučení pro budoucí práci Výměna informací a kvalita jejích výsledků odhalila množství oblastí, ve kterých by v budoucnu měly být získány další informace, aby se tak usnadnilo stanovení použitelnosti konkrétních technik zvažovaných při určování BAT, úrovní emisí spojených s BAT-AEL a ostatních souvisejících hodnot. Byla by vhodná další práce, která by umožnila hlubší porozumění otázkám mezisložkových vlivů a možných vylepšení účinnosti některých stanovených BAT. Doporučení pro budoucí práci a oblasti, které bude třeba revidovat při revizi tohoto dokumentu, jsou uvedeny níže. •
•
410
Je třeba získat více údajů na úrovni jednotlivých zařízení, aby bylo možné hodnotit účinnost uvedených technik. Je také třeba získat údaje o emisích souvisejících se všemi odpovídajícími použitými technikami. Společně s údaji o emisích je třeba dodat další informace o metodách měření (kontinuální nebo diskontinuální měření), zejména úrovně meze detekce a nejistoty měření. o Údaje o měrné spotřebě energie by měly být poskytovány v nesouhrnné formě pro lepší srozumitelnost. Měly by být získány podrobnější informace na úrovni jednotlivých zařízení (např. podíl střepů, stáří pece atd.). o Údaje o investičních a provozních nákladech uváděné pro konkrétní zařízení by měly být ve vztahu s dalšími důležitými informacemi (rok investice, položky zahrnuté v údajích o nákladech atd.). o Je třeba získat více údajů týkajících se emisí CO. o Jsou-li používány metody SCR nebo SNCR, je třeba získat více údajů o emisích NH3, především údajů vztahujících se k dosažitelným úrovním emisí NOX s možným účinkem průniku amoniaku. o Je třeba získat údaje o emisích sloučenin boru na úrovni jednotlivých zařízení s ohledem na určení specifických úrovní emisí souvisejících s BAT pro tyto sloučeniny. Toto doporučení je zejména důležité kvůli začlenění dvou sloučenin boru (kyselina boritá, bezvodý tetraboritan sodný) na seznam látek navržených mezi Látky vzbuzující velmi velké obavy (SVHC), podle Nařízení 2006/1907/ES (REACH). o V odvětví plochého a obalového skla je třeba získat dodatečné informace a údaje o emisích specifických pro jednotlivá zařízení, aby bylo možné posoudit odpovídající mezisložkové vlivy související s vysokou účinností odstraňování emisí SOX a recyklací prachu z filtrů v kmeni. Konkrétně by měla být dále prozkoumána možnost skládkování prachu z filtrů oproti možnosti vyšších emisí SOX. o U výroby kamenné vaty je třeba získat doplňující údaje o účinnosti odstraňování SOX a o mezisložkových vlivech spojených s tvorbou toku pevného odpadu na úrovni jednotlivých zařízení. Zejména by měly být doplněny informace týkající se recyklace pevných odpadů prostřednictvím cementových briket a alternativní metody nakládání s prachem z filtrů. U výroby kamenné vaty je třeba se podrobněji zabývat údaji o emisích těkavých organických sloučenin (VOC) z navazujících činností a techniky na jejich snižování. o Je třeba získat údaje o emisích NOX souvisejících s používáním dusičnanů v kmeni pro všechna dotčená odvětví (obalové, ploché, užitkové a speciální sklo, minerální vlna a frity). Budou potřeba údaje a úrovně typických emisí, a to jak úrovně specifické pro daný sektor, tak úrovně u jednotlivých zařízení.
Sklářský průmysl
Kapitola 7
o
U výroby frit by měly být získány dodatečné údaje o emisích NOX a informace týkající se technických možností na jejich snižování specifické pro jednotlivá zařízení.
Navrhovaná témata pro budoucí výzkum a vývoj Bylo by vhodné prozkoumat možnost použití některých dostupných technik v odvětví výroby frit, se zvláštním důrazem na sekundární (koncová) opatření na snížení emisí NOX (např. SCR, SNCR), kvůli stanovení technických a ekonomických omezení takových technik. Bylo by vhodné vypracovat srovnávací studii týkající se měření pevných a plynných emisí sloučenin boru z tavicích pecí na výrobu skla obsahujícího bor, aby bylo možné určit standardní metodu odběru vzorků a stanovit vhodné úrovně emisí spojených s BAT. Při používání SCR ve sklářství byly jako teoreticky dosažitelné uváděny nižší úrovně emisí NOX, a to na základě výkonů sledovaných v jiných průmyslových odvětvích. Možnost dosažení nižších úrovní emisí NOX je třeba dále prostudovat, zejména v odvětví plochého skla. Komise prostřednictvím svých rámcových programů pro výzkum a vývoj zahajuje a podporuje řadu projektů zabývajících se čistými technologiemi, nově vznikajícími technologiemi a strategiemi řízení na čištění a recyklaci odpadních vod. Tyto projekty by mohly být vítaným příspěvkem pro budoucí revize tohoto BREF. Čtenáře proto vybízíme, aby Evropskou kancelář IPPC informovali o všech výsledcích výzkumů, které jsou aktuální pro tento dokument (viz rovněž pátý odstavec Předmluvy k tomuto dokumentu). Veškeré připomínky a návrhy by měly být zasílány Evropskému úřadu pro Integrovanou prevenci a kontrolu znečištění při Institutu pro perspektivní technologické studie na následující adresu: European Commission Institute for Prospective Technological Studies European IPPC Bureau Edificio Expo c/ Inca Garcilaso, 3 E-41092 Seville, Španělsko Tel.: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 E-mail:
[email protected] Webové stránky: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu
Sklářský průmysl
411
Přílohy
8 8.1
PŘÍLOHY Příloha I: Metody odhadování nákladů na kontrolu znečištění ovzduší a mezisložkových vlivů [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
Referenční dokumenty použité pro většinu závěrů o nákladech a tabulky uvedené v Kapitole 4 v oddílech nazvaných „Hospodárnost“' byly poskytnuty sklářským průmyslem. Údaje uvedené v Kapitole 4 a v této části se vztahují k nákladům a mezisložkovým vlivům rozdílných technik používaných na kontrolu znečištění ovzduší v různých sklářských odvětvích a na pecích různých velikostí. Tato část popisuje metodiku, která se používá při odhadování dodatečných výrobních nákladů souvisejících se zavedením a provozováním kontrolního zařízení na znečištění ovzduší na zařízení na výrobu skla. Rovněž popisuje výpočet dodatečných nákladů spojených s používáním úprav procesu (změny konstrukce, přechod ze vzducho-palivového otápění na kyslíko-palivové nebo elektrické) prováděných s primárním cílem snížit množství emisí (v koncentracích nebo v absolutních hodnotách) určité znečišťující látky. Metodika výpočtu byla stanovena v Nizozemsku za účelem standardizace výpočtu nákladů a účinků ekologických opatření bez ohledu na vnitřní údaje o nákladech používané společností, která posuzovanou technologii využívá (NER Nederlandse Emissie Richtlijn Lucht, InfoMil September 2004. ISBN 90776323-01-1) [155, NER April 2003]. Metodika přijatá pro výpočet většiny údajů o nákladech, které jsou uvedeny v Kapitole 4, představená v následujících oddílech je založena především na přístupu NER. Protože nejvýznamnější emise ve sklářském průmyslu obecně pocházejí z tavicího procesu, jsou zde zvažovány pouze náklady na snižování množství emisí pevných částic a plynů z tavicích pecí.
8.1.1 Náklady zahrnuté do ekonomického hodnocení Dodatečné náklady na kontrolní systémy na znečištění ovzduší (APC) zahrnují investiční náklady na přídavné zařízení nebo změny prováděné na současném zařízení. Tyto náklady jsou rozprostřeny do celého období ekonomické životnosti a jsou počítány jako investiční náklady za rok. Tyto náklady zahrnují roční odpis investic a roční úroky. Typickými investičními náklady např.jsou: • • • • • • • • • • •
filtry, pračky, vybavení pro SCR, nové hořáky, změny konstrukce pece potrubí, ventily k připojení na současné systémy vedení plynů, přídavné ventilátory nebo zvýšení kapacity ventilátoru kompenzující pokles tlaku kouřových plynů v zařízení (filtr, SCR, pračka) skladování (silo) a přeprava odpadních materiálů, například prachu sebraného z filtrů v případě systémů praní plynů: systémy na čištění odpadních vod a odpadních kalů projektová příprava a výstavba/montáž zařízení na místě přeprava nového zařízení příprava místa: základy, budovy dodávka elektrické energie, transformátory změny stávajících komínů nebo výstavba nového komínu licenční poplatky (často zahrnuté v ceně hlavního zařízení) systém nepřetržitého monitorování složení kouřových plynů (NOX, SOX, O2, prach), důležitý pro kontrolu účinnosti systému na snižování emisí do ovzduší a detekci problémů (např. otrávení nebo ucpání katalyzátoru, vadné moduly tkaninových filtrů) při provozu tohoto systému.
Sklářský průmysl
413
Přílohy
V této studii jsou úrokové sazby používané pro výpočet těchto nákladů nastaveny na 6 % ročně, doba odpisu zařízení je 10 let, čímž je zohledněna průměrná životnost kontrolního vybavení na znečištění ovzduší a dobu účetního odpisu těchto druhů zařízení. U budov, základů nebo jiné infrastruktury budou odpisy rovnoměrně rozděleny do období 25 let. Vzorec používaný na výpočet podílu úrokové sazby a doby odpisu v průměrných ročních nákladech na APC, vycházející z hodnot roku 2007, je následující: Investiční náklady v eurech/rok = náklady na zařízení × [{(1 + I / 100)ELE}/{((1 + I / 100)ELE) –1}] × I/100 + náklady na infrastrukturu × [{(1 + I / 100)ELI}/{((1 + I / 100)ELI) – 1}] × I / 100 Kde: • • • •
ELE = doba odpisu zařízení vyjádřená v letech (standardní hodnota: 10 let) ELI = doba odpisu investic do infrastruktury vyjádřená v letech (standardní hodnota: 25 let) I = roční úroková sazba investic vyjádřená v % (standardní hodnota: 6 %/rok) náklady na zařízení = stávající cena veškerého nakoupeného zařízení a jeho montáže, plus konečného vyřazení z provozu při aktuální ceně • náklady na infrastrukturu = současná hodnota ceny základů, dodávky elektrické energie, budov, a někdy cena úprav komína. Provozní náklady na kontrolní zařízení na znečištění ovzduší jsou uvedeny dále. •
• • •
•
•
• • • • •
414
Dodatečná spotřeba energie: důležitým faktorem je elektrická energie použitá k výrobě kyslíku, k pohonu motoru ventilátoru a na výrobu spotřebovaného stlačeného vzduchu (čištění filtrů, vstřikování absorpčního média do proudu plynů, odsávání roztoku amoniaku). Chemická činidla: roztok amoniaku (nebo močoviny), vápenec nebo hašené vápno (pro čištění plynů), uhličitan sodný nebo hydrogenuhličitan sodný. Dodatečné palivo: například na kompenzaci ztráty energetické účinnosti v některých případech nebo pro vstřikování uhlovodíků do spalin při používání procesu 3R. Kyslík: tam, kde je nižší spotřeba (malé pece), se kyslík dopravuje nákladními vozy. V takovém případě je kyslík dražší, než když se vyrábí ve velkých množstvích na místě kryogenickou destilací nebo pomocí molekulárního síta (PSA nebo VSA/VPSA). Některé sklárny mohou být zásobovány přímo z potrubního vedení kapalného kyslíku ve své blízkosti. Ceny kyslíku se mohou pohybovat od 0,05 do 0,15 eura na Nm3 (čistého), v závislosti na spotřebě (je třeba znát objem kyslíku), na smluvních podmínkách, vzdálenosti od místa výroby a místních cenách elektrické energie. Povolenky na CO2: Dodatečná spotřeba fosilních paliv spojená s provozem kontrolních systémů na znečištění ovzduší (např. proces 3R) nebo změna požadavků na fosilní paliva u odlišných typů pecí (kyslíko-palivová oproti vzducho-palivové) změní objem emisí CO2 a tím i potřebné množství povolenek na CO2 (v této studii se má za to, že povolenka na 1 tunu emisí CO2 stojí 20 eur). Odstranění prachu z filtrů: sklárny se prach z filtrů snaží znovu používat jako surovinu v kmeni. Avšak v případě nepřijatelného hromadění síry nebo chloridů v systému nebo při problémech s unášením jemných částic v peci musí být část (nebo někdy celé množství) prachu z filtrů odstraňována externě. Cena za uložení na skládku a dopravu může být až 400 eur za tunu prachu. Údržba a provozování zařízení zaměstnanci. Pravidelná kalibrace zařízení na monitorování kouřových plynů. Voda používaná na mytí, polosuché čištění a praní plynů nebo pro přípravu roztoků amoniaku. Opravy. Výměna katalytických modulů nebo rukávů tkaninových filtrů s typickou životností 5 let.
Sklářský průmysl
Přílohy
Pro výpočet nákladů na spotřební materiál a energie byly použity následující standardní měrné náklady: • elektrická energie: 0,091 eura za kWh (včetně daní vycházejících ze sazby v EU-27 v roce 2007), odhadovaná z cen elektrické energie pro velké průmyslové spotřebitele (EuroStat: ceny elektřiny pro velké průmyslové spotřebitele a ceny zemního plynu pro standardní velké průmyslové spotřebitele) • zemní plyn / topný olej: 10,43 eur/GJ (na základě čisté hodnoty výhřevnosti včetně daně) nebo 9,41 eur/hrubý GJ • cena kyslíku: 0,06 eura za m3 pro velké spotřebitele a 0,10 eura za m3 pro malé spotřebitele • katalytické moduly pro systémy SCR: 12 000 euro za m3 • voda: 2 eura za m3 • amoniak (NH3): 400 eur za tunu • hašené vápno: 175 eur za tunu (vysokojakostní) • uhličitan sodný: 160 eur za tunu • hydrogenuhličitan sodný: 210 eur za tunu • povolenky na CO2: 20 eur za tunu CO2 • pracovní síla: 40 000 eur na osobu a rok (plný úvazek – 1680 hodin) • skládkování odpadu (je-li nutné): 400 eur za tunu odpadu (chemický odpad) (*) Výše uvedené náklady jsou odvozeny/odhadovány jako průměr pro EU-27 na rok 2007.
8.1.2 Porovnání cen rozdílných technologií V několika případech nelze náklady spojené se snižováním emisí konkrétní znečišťující látky odvodit přímo z investičních nákladů na koncové zařízení (jako např. pračky, filtry nebo SCR) a jejich souvisejících provozních nákladů. Zejména v případě používání primárních opatření je třeba určit rozdíl mezi výrobními náklady v konvenčním procesu a v novém procesu s nižšími úrovněmi emisí a odhadnout rozdíl mezi objemem emisí vytvořených v obou případech (před a po zavedení BAT), aby bylo možné odvodit měrné náklady na snižování emisí (náklady na kg odstraněných látek). Příkladem je zavádění kyslíko-palivového otápění na sklářských pecích. Celkové náklady na tavení vypočítané pro období typické životnosti pece zahrnují náklady na pec a okrajová zařízení, náklady na energii a kyslík a výrobní ztráty během oprav nebo generální opravy. Celkové náklady vydělené celkovou produkcí v tomto období odpovídají nákladům na tavení. Kyslíko-palivové otápění je považováno za primární opatření (brání tvorbě NOX) a používá se v Evropě a USA zejména ke snižování emisí NOX. Přestavba sklářské pece ze vzducho-palivového (konvenčního) otápění na kyslíko-palivové vede k rozdílným nákladům na tavení na tunu skloviny, které jsou poté připsány k nákladům na snížení emisí NOX, vyjádřeným v eurech na tunu snížených emisí NOX.
(*) Náklady na skládkování se v jednotlivých zemích značně liší a mohou být až 400–600 eur/t odpadu. Měrné náklady se samozřejmě mohou měnit v čase. Některé ceny (např. ceny paliv) jsou velmi proměnlivé. Různé oblasti v Evropě mohou vykazovat velmi rozdílné náklady cen elektřiny, pracovní síly, vody a ukládání odpadů.
Sklářský průmysl
415
Přílohy
Rovněž u elektrického tavení jako alternativy ke snižování emisí prostřednictvím primárních opatření se rozdíl mezi náklady na tavení vypočítanými během dostatečně dlouhého období (např. 10 nebo 15 let) u elektrické pece a náklady na tavení v pecích se vzducho-plynovým nebo vzducho-olejovým otápěním rovněž připisuje k nákladům na snížení emisí. Pouze v případech, kdy hlavním cílem použití dané techniky není snížení emisí, se cenové rozdíly nepočítají do nákladů na odstranění znečišťujících látek.
8.1.3 Údaje o nákladech na kontrolu znečištění ovzduší V této studii jsou investiční a provozní náklady vypočítány nebo odhadovány z údajů ze stávajících zařízení nainstalovaných před rokem 2007, nebo současných odhadů od dodavatelů kontrolních systémů na znečištění ovzduší pro sklářský průmysl. Náklady jsou založeny na hodnotách z roku 2007. U několika souvisejících případů: pecí na obalové sklo, plavené sklo, stolní sklo a nekonečné skleněné vlákno, náklady na různé typy kontrolních zařízení na znečištění ovzduší souvisí s kapacitou pece (zařízení musí být vhodná k čištění objemů emitovaných kouřových plynů) a typů znečišťujících látek, které mají být odstraněny. Například u pece na obalové sklo vyrábějící 300 t utavené skloviny/den (průměrně) vybavené systémem suchého čištění a tkaninovým filtrem se celkové roční náklady určují včetně úroků, odpisů investic a provozních nákladů. Tyto náklady lze vydělit celkovým ročním objemem výroby utavené skloviny, aby tak bylo možné posoudit náklady na APC na tunu utavené skloviny. Náklady lze rovněž vydělit celkovým množstvím snížených emisí dané znečišťující látky, o které se množství těchto emisí snížilo za jeden rok díky použití daného kontrolního zařízení na znečištění ovzduší. Náklady na kontrolu znečištění ovzduší uváděné v Kapitole 4 a v Oddíle 8.1.7 tak mohou být vyjádřeny následovně: •
Cena na tunu utavené skloviny (průměr).
•
Cena na kg snížených emisí konkrétní znečišťující látky, které jsou snižovány používanou BAT. Někdy jeden integrovaný APC systém snižuje emise několika druhů znečišťujících látek. Například zařízení na čištění plynů v kombinaci s filtrem bude snižovat emise SOX a prachu. V takovém případě je jasně stanoveno rozdělení nákladů na snížení emisí těchto rozdílných znečišťujících látek, protože snížení o 1 kg emisí SOX nelze považovat za odpovídající snížení o 1 kg emisí prachu (pevných částic) (viz Oddíl 8.1.4).
•
Celkové roční investiční a provozní náklady.
•
Roční náklady na kontrolu znečištění ovzduší oproti obratu z výroby skla.
•
Roční náklady na kontrolu znečištění ovzduší oproti tržní hodnotě vyrobeného skla.
•
Roční náklady na kontrolu znečištění ovzduší oproti celkovým výrobním nákladům (tavení, tvarování, energie, suroviny, cena pracovní síly na celé výrobní zařízení, daně).
V této studii jsou stanoveny celkové roční náklady na kontrolu znečištění ovzduší, náklady na tunu utavené skloviny (měrné náklady) a na kg snížených emisí, a výsledky jsou uvedeny v Kapitole 4 a v Oddíle 8.1.7 pro stávající zařízení a zařízení, která byla nedávno realizována nebo naplánována (2007–2008).
8.1.4 Rozdělení nákladů na kontrolu znečištění ovzduší v kombinovaných systémech mezi více typů znečišťujících látek Metoda uváděná v NER (nizozemských emisních směrnicích) poskytuje kritéria pro výpočet měrných nákladů na zařízení na kontrolu znečištění ovzduší v případech, kdy dojde ke snižování emisí několika znečišťujících látek přítomných v kouřových plynech. Náklady na jednotku (tunu) emisí jsou počítány na každou složku zvlášť s použitím váhových faktorů. Váhové faktory jsou obecně založeny na úrovních emisních limitů v obecných NER (NER Nederlandse Emissie Richtlijn Lucht, InfoMil September 2004. ISBN 90-7-76323-01-1) [155, NER April 2003]. To znamená, že snížení emisí sloučeniny s emisním limitem X mg/Nm3 je Y/X násobně důležitější než u jiné znečišťující látky s emisním limitem Y mg/Nm3. 416
Sklářský průmysl
Přílohy
Váhový faktor pro prach je 10 ve srovnání s 0,5 u SOX, protože emisní limit pro prach vyjádřený v mg/Nm3 je 20x nižní než limit pro SOX na základě všeobecných pravidel nizozemské směrnice NER. Příklad: V této studii byla použita metoda popsaná v NER na základě váhového faktoru pro prach (Wd), který se rovná 10 a pro SOX (Ws), jež je roven 0,5. Měrné náklady na snižování emisí SOX se počítají na základě celkových ročních nákladů (Q) v eurech (investičních a provozních) na systém použitý ke snižování emisí z tavicí pece sestávající z fáze čištění plynů a filtru, množství snížených emisí pevných částic v kg za rok (Rd) a množství snížených emisí SOX v kg za rok (Rs). Měrné náklady na snižování emisí SOX v eurech na kg snížených emisí SOX = Q x Ws/(Ws x Rs + Wd x Rd) Měrné náklady na snižování emisí prachu v eurech na kg snížených emisí prachu = Q x Ws/(Ws x Rs + Wd x Rd) Váhové faktory uvedené v NER jsou následující: •
SOX (vyjádřený jako SO2): 0,5
•
Pevné částice: 10
•
NOX (vyjádřený jako NO2): 0,5.
8.1.5 Mezisložkové vlivy Spotřeba elektrické energie spojená s výrobou kyslíku nebo chemických činidel, jako jsou např. uhličitan sodný, hašené vápno, hydrogenuhličitan sodný nebo jiná reakční činidla, např. amoniak, je spojena s nepřímými emisemi. V případě zvýšené spotřeby fosilních paliv kvůli zavedení kontrolních systémů na znečištění ovzduší (např. 3R) se rovněž vytvářejí další emise navíc (především CO2). Tabulka 8.1 ukazuje typické emise vyjádřené v kWh elektrické energie z elektráren v EU, odvozené z Referenčního dokumentu o BAT pro energetickou účinnost (ENE) z června 2008 a z údajů o výrobě elektrické energie v Evropě (EU-27) a o emisích z elektráren (údaje od Evropské agentury pro životní prostředí). Tabulka 8.1 uvádí nepřímé emise související s výrobou elektrické energie, reakčních činidel a chemických látek používaných při provozu kontrolních systémů na znečištění ovzduší. (Viz také Referenční dokument pro ekonomické a mezisložkové vlivy (ECM) z července 2006 a Referenční dokument o BAT pro energetickou účinnost (ENE) z června 2008) [124, EC 2008] [156, EC 2006].
Sklářský průmysl
417
Přílohy
Tabulka 8.1:
Nepřímé emise související se spotřebou chemických látek a elektrické energie
Chemická sloučenina / nosič energie Jednotka
NOX
SOX
gram
Amoniak
t
1000
Hašené vápno
t
Uhličitan sodný
t
Hydrogenuhličitan sodný Elektrická energie Kyslík
CO2
NH3
gram
kg
gram
NA
1150
1000
150
NA
800
NA
529
NA
661
551
t
330
NA
438
350
kWh
1,715
6,24
0,683
NA
t
453
1650
180
NA
NA = není k dispozici. ‐ Emise jsou uváděny na tunu nebo na kWh. ‐ Pouze emise vzniklé při výrobě, s vyloučením emisí vzniklých při přepravě. Zdroje: • Údaje o elektrické energii: z Evropské agentury pro životní prostředí (údaje z roku 2003). • Údaje o amoniaku: Referenční dokument IPPC o BAT pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií – amoniaku, kyselin a hnojiv, srpen 2007. • Údaje o uhličitanu sodném a hydrogenuhličitanu sodném: Referenční dokument IPPC o BAT pro výrobu velkoobjemových anorganických chemikálií – pevných látek a ostatních, srpen 2007. • Údaje o hašeném vápně: odhad z kalcinace vápence: CO2 z vápence + spotřeba energie z fosilních paliv v kalcinačních pecích (informace od jednoho z evropských výrobců hašeného vápna).
8.1.6 Příklad výpočtu nákladů Tabulka 8.2 ukazuje příklad nákladů vypočítaných pomocí metodiky popsané výše u kontrolních systémů na znečištění ovzduší, který se skládá z ESP a čištění plynů pomocí Ca(OH)2, používaném na plynem otápěné peci na plavené sklo s kapacitou 700 t za den. Tabulka 8.2:
Příklad výpočtu nákladů (ESP a čištění plynů pomocí Ca(OH)2) pro plynem otápěnou pec na výrobu plaveného skla s kapacitou 700 t/den
Všeobecné informace Pec Příčně plamenná Typ skla Plavené sklo Množství utavené skloviny 700 Průtok suchých kouřových plynů 88 000 Průtok kouřových plynů 98 000 Palivo plyn Systém na snižování teploty 350–400 Investiční náklady (hodnoty roku 2007) Projektová příprava 180 000 Náklady na zahájení provozu a 31 000 školení Systém chladicí vody 75 000 Investice do filtru (ESP), potrubí a 2 180 000 izolace Investice do ventilátoru 400 000 Investice do zařízení na čištění 250 000 plynů Investice do vstřikovače vápna/Ca(OH)2/sody Investice do zařízení na 120 000 odstraňování prachu z filtrů Investice do monitorování prachu 65 000 z filtrů a SOX Investice na přestavbu komína a 515 200 napojení potrubí Náklady na přepravu částí zařízení 125 000 Náklady na vyřazení zařízení 145 800 z provozu (hodnoty z roku 2007) Celkové investiční náklady 4 087 000 Investice do dodávek elektřiny 340 000 Základy a budovy, příprava místa Ovládací zařízení
418
272 500
Regenerativní t/den Nm3/h/suchý Nm3/h/vlhký
8 % O2 8 % O2
°C eur eur
2 osoby/měsíc
eur eur eur eur eur
v ceně zařízení na čištění plynů
eur eur eur eur eur
6 % investic do filtru + zařízení na čištění plynů
eur eur eur eur
Zahrnuto v ostatních položkách
Sklářský průmysl
Přílohy
Celkem základy/stavební práce Celková investice Úroková sazba Životnost zařízení Investiční náklady na rok Provozní náklady
612 500 4 699 500 6 10 603 206
eur eur % let eur
Absorpční činidlo (hašené vápno)
117 815
eur/rok
3,31
Elektrická energie
239 148
eur/rok
10,29
Stlačený vzduch (6 bar)
55 448
eur/rok
400
Pracovní síla Kalibrace a údržba monitorovacího systému Výměna tkaniny filtru Odstraňování odpadů Voda Celkové provozní náklady za rok Celkové náklady na rok
30 000
eur/rok
0,75
10 000
eur/rok
0 389 779 67 452 909 641 1 512 848
eur/rok eur/rok eur/rok eur eur
974,45 7,7
t/t odstraněného SO2 (účinnost 35 %) kWh/t skloviny (ventilátory, ESP, ovládací zařízení) Nm3/h stlačeného vzduchu, při tlaku 6 bar Osoba/rok
t/rok m3/h
Měrné náklady Celkové množství utavené skloviny
255 500
Celkové čisté množství skla
229 950
t utavené skloviny/rok t čistého množství skla/rok
Váhový faktor SO2 0,5 Váhový faktor prach 10 Počáteční obsah SOX 800 mg/Nm3 Obsah SOX za APC 536 mg/Nm3 Počáteční obsah prachu 140 mg/Nm3 Obsah prachu za APC 5 mg/Nm3 3 Průtokové množství kouřových Nm /h, suchý plyn, 8 88 000 plynů přes filtr % 02 Množství snížených emisí SOX 203,5 t/rok (vyjádřených jako SO2) Množství odstraněného prachu 104,1 t/rok Emise související se spotřebou elektrické energie (nepřímé emise v elektrárně) NOX SOX CO2 Emise související s používáním Ca(OH)2 NOX CO2
5,92 6,58
eur/t utavené skloviny eur/t skleněného výrobku
0,66
eur/kg SO2
13,24
eur/kg prachu
5,2 19,0 2082
t/rok t/rok t/rok
0,1 539
t/rok t/rok
Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
Sklářský průmysl
419
Přílohy
8.1.7 Údaje o nákladech na kontrolní systémy na znečištění ovzduší používané na sklářských pecích Tento oddíl představuje shrnutí odhadovaných nákladů souvisejících se zaváděním rozdílných kontrolních systémů na znečištění ovzduší (APC) na sklářských pecích. Tabulka 8.3 uvádí odhadované náklady související s používáním elektrostatických odlučovačů (ESP) v kombinaci se zařízením na suché čištění plynů nainstalovaných na různých tavicích pecích. Údaje uváděné v tabulce vychází jak ze systémů zavedených před rokem 2007, tak ze systémů zavedených v letech 2007 a 2008. Tabulka uvádí celkové investiční náklady (druhý sloupec), investiční náklady (odpisy a úroky) za rok, provozní náklady a měrné náklady u rozdílných pecí ve třech sklářských odvětvích, s recyklací prachu z filtrů nebo bez ní. Jsou zde rovněž uvedeny náklady na kg SO2 nebo na kg prachu odstraněného z kouřových plynů. Tyto náklady závisí na mnoha faktorech, a tak u stejného typu skla a množství utavené skloviny mohou být rozdílné náklady na filtraci a čištění plynů kvůli rozdílným objemům kouřových plynů, přidávání hašeného vápna a předimenzování zařízení (aby bylo možné systém provozovat i při maximálních objemech výroby). Má se za to, že část celkových nákladů souvisí s odstraňováním prachu a druhá část se snižováním emisí SOX. V Tabulce 8.4 je uveden souhrn odhadovaných nákladů souvisejících s používáním kontrolních systémů na znečištění ovzduší s tkaninovým filtrem a fází čištění plynů (suché a polosuché čištění) pro rozdílná sklářská odvětví a různé kapacity pecí. Tabulka 8.5 uvádí přehled rozdílných dostupných metod používaných k odstraňování SOX, HF, HCl nebo sloučenin boru a selenu z kouřových plynů z tavicích pecí. Shrnuje účinnost, výhody, nevýhody, limitující podmínky a náklady spojené s rozdílnými technikami na odstraňování SOX. Údaje o nákladech jsou uváděny na tunu utavené skloviny a souvisí s použitím těchto zařízení na pecích na výrobu plaveného nebo obalového skla. Jsou zde uvedeny dvě rozdílné možnosti s kompletní recyklací prachu z filtrů do kmene nebo s jeho externím odstraněním na skládku. Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami je založen na typických nákladech na odstranění prachu z filtrů. Uložení na skládku a doprava mohou stát až 400 eur za tunu prachu. Náklady uvedené v Tabulce 8.5 zvažují průměrný stav v EU-27 (rok 2007). Je třeba poznamenat, že tyto náklady se mohou v různých členských státech lišit a že se rovněž budou měnit s časem (např. cena energie je velmi proměnlivá). Souhrn měrných nákladů souvisejících s rozdílnými systémy APC používanými ke snižování emisí prachu a SOX je uveden v Tabulce 8.6.
420
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.3:
Odhadované náklady na kontrolní systémy na znečištění ovzduší tvořené elektrostatickými odlučovači kombinovanými se suchým čištěním kouřových plynů z tavicích pecí Celkové investice v eurech
Investice/rok v eurech
Provoz v eurech/rok
Měrné náklady: eur/t utavené skloviny
Δ prach t/rok
Δ SOX t/rok
Pece na plavené sklo – 500 t/den s recyklací prachu z filtrů
3 904 240
500 000
376 000
4,8
-78
-153
0,51
10,2
Pece na plavené sklo – 700 t/den s recyklací prachu z filtrů
4 700 000
603 200
488 000
4,27
-104
-203
0,48
9,55
Pece na plavené sklo – 900 t/den s recyklací prachu z filtrů
5 460 000
700 700
575 000
3,88
-130
-254
0,45
8,93
Pece na plavené sklo – 500 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
3 904 240
500 000
688 000
6,51
-78
-153
0,69
13,87
Pece na plavené sklo – 700 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
4 700 000
603 200
896 000
5,87
-104
-203
0,66
13,12
Pece na plavené sklo – 900 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
5 460 000
700 700
1 080 000
5,44
-130
-254
0,63
12,5
Pece na plavené sklo – 700 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů a 1,5x více absorbentem
4 700 000
603 200
1 146 000
6,81
-104
-308
0,73
14,56
Obalové sklo – 300 t/den s recyklací prachu z filtrů (olejový otop)
2 380 000
310 000
185 000
4,52
-25.6
-86,7
0,84
16,5
Obalové sklo – 450 t/den s recyklací prachu z filtrů (plynový otop)
3 170 000
415 000
237 000
3,96
-38
-59
0,8
15,43
Obalové sklo – 600 t/den s recyklací prachu z filtrů (olejový otop)
3 400 000
443 250
341 000
3,58
-60
-170
0,58
11,4
Obalové sklo – 133 t/den s recyklací prachu z filtrů (olejový otop), instalace 2007
3 065 000
404 000
166 000
11,74
-25
-77
0,99
19,9
Obalové sklo – 435 t/den s recyklací prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007
3 850 000
506 000
317 000
5,2
-71
-98
0,54
10,75
Obalové sklo – 740 t/den s recyklací prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007
4 850 000
632 600
440 000
3,96
-98
-135
0,51
10,24
Obalové sklo – 1275 t/den s recyklací prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007
7 000 000
933 500
655 000
3,41
-178
-245
0,41
8,28
Obalové sklo – 200 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
2 200 000
288 000
201 000
6,7
-18,7
-40
1,19
23,8
Obalové sklo – 300 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (olejový otop)
2 380 000
311 400
379 000
6,31
-30,8
-86,7
0,98
19,63
Obalové sklo – 450 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
3 170 000
415 000
370 000
4,77
-38
-59
0,95
19,1
Obalové sklo – 600 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (olejový otop)
3 400 000
443 250
673 000
5,1
-60
-170
0,81
16,24
Obalové sklo – 560 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007
4 650 000
605 500
580 000
5,8
-59
-103
0,93
18,3
Obalové sklo – 560 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (olejový otop), instalace 2007–2008
4 650 000
605 500
897 000
7,36
-67
-233
0,95
19,1
Metody APC a jejich použití (1)
Měrné Měrné náklady: eur/kg náklady: eur/kg SO2 prachu
ESP + suché čištění s Ca(OH)2
Sklářský průmysl
421
Přílohy Celkové investice v eurech
Investice/rok v eurech
Provoz v eurech/rok
Měrné náklady: eur/t utavené skloviny
Δ prach t/rok
Δ SOX t/rok
Obalové sklo – 133 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (olejový otop), instalace 2007–2008
3 065 000
403 000
322 000
14,96
-27
-76
1,16
23,3
Obalové sklo – 435 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007–2008
3 850 000
505 000
534 500
6,55
-71
-98
0,68
13,7
Obalové sklo – 740 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007–2008
4 850 000
632 600
743 000
5,1
-98
-135
0,66
13,2
Obalové sklo – 1275 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop), instalace 2007–2008
7 000 000
933 500
1 194 000
4,57
-178
-245
0,56
11,2
Pec na stolní sklo – 35 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 190 000
156 500
57 000
16,7
-4,63
-4,8
2,2
43,9
Pec na stolní sklo – 35 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 119 000
156 000
43 500
15,65
-4,63
-4,8
2,05
41,1
Pec na stolní sklo – 180 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 960 000
256 000
247 000
7,66
-22,7
-56,2
0,99
19,73
4 719 500
605 920
1 370 000
7,75
-104
-414
0,79
15,9
4 719 500
605 920
515 000
4,39
-104
-414
0,49
9,81
2 400 000
312 800
600 000
8,33
-30,8
-232
1,07
21,5
2 400 000
312 800
491 000
7,38
-30,8
-173
1,02
20,36
Metody APC a jejich použití (1)
Měrné Měrné náklady: eur/kg náklady: eur/kg SO2 prachu
ESP + suché čištění s Ca(OH)2
ESP + suché čištění s NaHCO3 Pec na plavené sklo – 700 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop) Pec na plavené sklo – 700 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop) Pec na plavené sklo – 300 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů, 67 % absorpce SO2 (olejový otop) Pec na plavené sklo – 300 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů, 50 % absorpce SO2 (olejový otop)
(1) Pro výpočet byly použity následující údaje o emisích: • prach: typické úrovně mezi 10 a 20 mg/Nm3, s optimalizovanými úrovněmi mezi 5 a 10 mg/Nm3 • SO2 typická účinnost odstraňování s Ca(OH)2 mezi 25 a 33 %. Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
422
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.4:
Odhadované náklady na kontrolní systémy na znečištění ovzduší tvořené tkaninovými filtry kombinovanými se suchým čištěním kouřových plynů z tavicích pecí Investice v eurech
Investice/rok v eurech
Provoz v eurech/rok (1)
Měrné náklady: eur/t utavené skloviny
Δ prach t/rok
Δ SOX t/rok
Plavené sklo – 500 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
2 670 000
344 300
930 000
6,98
-80
-159
0,72
14,42
Obalové sklo – 200 t/den s recyklací prachu z filtrů
1 211 000
158 600
168 000
4,63
-17,2
-19,9
0,9
17,93
Obalové sklo – 300 t/den s recyklací prachu z filtrů
1 435 500
188 400
234 000
3,86
-20,3
-26,5
0,98
19,57
Obalové sklo – 450 t/den s recyklací prachu z filtrů
1 588 300
208 000
268 000
2,9
-35,3
-43,4
0,64
12,72
Obalové sklo – 600 t/den s recyklací prachu z filtrů
1 895 000
249 000
344 000
2,7
-43,3
-53,3
0,64
12,9
Obalové sklo – 210 t/den s recyklací prachu z filtrů, instalace 2007 (plynový otop)
1 960 000
260 300
191 000
5,89
-25
-29
0,85
17
Obalové sklo – 210 t/den s recyklací prachu z filtrů, instalace 2007 (olejový otop)
1 960 000
260 300
227 400
6,36
-28
-87
0,76
15,11
Obalové sklo – 270 t/den s recyklací prachu z filtrů, instalace 2008 (olejový otop)
3 036 000
406 500
365 000
7,83
-47
-146
0,71
14,21
Obalové sklo – 290 t/den s recyklací prachu z filtrů, instalace 2005 (plynový otop)
1 860 000
247 000
235 000
4,55
-28,5
-33
0,8
16
Obalové sklo – 200 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 211 000
158 600
220 000
5,2
-16
-19,1
1
20,04
Obalové sklo – 300 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 435 500
188 400
298 000
4,44
-20,5
-23,6
1,04
20,78
Obalové sklo – 450 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 588 900
208 000
380 000
3,6
-35
-41
0,79
15,74
Obalové sklo – 600 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
1 895 000
249 000
488 000
3,37
-45,5
-52,6
0,77
15,3
Obalové sklo – 210 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů, instalace 2007
1 960 000
260 300
271 000
6,93
-25
-29
1
20,1
Obalové sklo – 290 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů, instalace 2005 (plynový otop)
1 860 000
247 000
326 000
5,41
-28,5
-33
0,95
19
Obalové sklo – 290 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů, instalace 2005 (olejový otop)
1 860 000
247 000
526 000
7,3
-32
-99
1,16
23,14
Pec na stolní sklo – 30 t/den s recyklací prachu z filtrů
771 000
99 600
64 500
12,85
-5,32
-3,25
1,49
30
Pec na stolní sklo – 30 t/den s úplným odstraňováním prachu z filtrů
771 000
99 600
77 200
13,84
-5,32
-3,25
1,61
32,2
Metody APC a jejich použití (1) (2)
Měrné Měrné náklady: eur/kg náklady: eur/kg SO2 prachu
Tkaninový filtr + suché čištění
Sklářský průmysl
423
Přílohy
Investice v eurech
Investice/rok v eurech
Provoz v eurech/rok (1)
Měrné náklady: eur/t utavené skloviny
Δ prach t/rok
Δ SOX t/rok
Měrné náklady: eur/kg SO2
Měrné náklady: eur/kg prachu
Pec na stolní sklo – 180 t/den s recyklací prachu z filtrů
900 000
115 000
174 000
4,36
-8
-4,3
1,77
35,5
Pec na stolní sklo – 200 t/den s recyklací prachu z filtrů
905 200
120 000
155 000
3,76
-11,4
-6,1
1,17
23,5
Pec na boritokřemičité stolní sklo s elektropříhřevem – 150 t/den
1 150 000
154 000
141 000
5,4
-68
Pec na E-sklo, kyslíko-palivová – 100 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (odhad)
1 224 000
160 000
281 000
11
-34
-39
0,61
12,3
Plavené sklo – 500 t/den bez likvidace prachu z filtrů, výstupní emise: 400 mg SOX/Nm3 (plynem otápěná)
4 500 000
586 000
700 420
7,05
-68,3
-285
0,78
15,58
Plavené sklo – 500 t/den bez odstraňování prachu z filtrů, výstupní emise: 750 mg SOX/Nm3 (olejem otápěná)
4 500 000
586 000
756 860
7,36
-82,6
-655
0,58
11,65
Plavené sklo – 900 t/den, bez odstraňování prachu z filtrů (plynový otop)
7 345 000
963 270
947 000
5,82
-122
-508
0,65
12,96
Plavené sklo – 500 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop)
4 500 000
586 000
116 5000
9,59
-69,4
-290
1,04
20,88
Plavené sklo – 500 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (olejový otop)
4 500 000
586 000
1 793 000
13,03
-83,8
-665
1,02
20,3
Plavené sklo – 900 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový otop)
7 345 000
963 270
1 774 000
8,33
-121
-508
0,93
18,58
Pec na obalové sklo – 350 t/den, bez odstraňování prachu z filtrů (plynový otop)
2 304 500
300 400
377 000
5,3
-23,2
-100,7
1,2
24,02
535 000
6,54
-23,2
-100,7
1,48
29,62
Metody APC a jejich použití (1) (2)
Tkaninový filtr + polosuché čištění
Pec na obalové sklo – 350 t/den, s úplným odstraňováním prachu z filtrů (plynový 2 304 500 300 400 otop) 1 ( ) Předpokládané náklady na odstraňování prachu z filtrů skládkováním jsou 400 eur/t. (2) Pro výpočet byly použity následující údaje o emisích: • prach: typické úrovně mezi 10 a 20 mg/Nm3 pro ESP, s optimalizovanými úrovněmi mezi 5 a 10 mg/Nm3 • SO2: typická účinnost odstraňování s Ca(OH)2 mezi 25 a 33 %. Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008] Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
424
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.5:
Srovnání metod odstraňování SOX, HCl, HF a ostatních plynných znečišťujících látek z kouřových plynů ze sklářských pecí Čistící systém
Typ čištění
Suché
Polosuché
Praní plynů
Absorpční činidlo
Ca(OH)2
NaHCO3
Nekalcinovaná trona Na3H(CO3)2 2H2O
Ca(OH)2
NaHCO3
Suspenze Ca(OH)2
Roztok Na2CO3
Roztok Na2CO3
Typ filtru
Tkaninový filtr
Tkaninový filtr
ESP (1)
ESP (1)
ESP (1)
Tkaninový filtr
Tkaninový filtr
ESP (1)
Použití ve sklářském průmyslu
Časté
Velmi malé
Velmi malé
Velmi časté
Střední
Malé
Malé
Malé
Malé
Typický rozsah teplot (°C)
140–180
140–180
300–350
300–400
250–350
160–180
180–200
250–400
60
Účinnost odstraňování SO2 v % při stechiometrickém poměru n = 1
10 až 25
75
75–90
30–40
> 60
Není k dispozici
70–90
Složení prachu z filtrů (2)
CaSO3, CaSO4, CaF2, CaCl2, CaCO3, Ca(OH)2, Na2SO4
Na2SO4, NaCl
Na2SO4, NaCl
CaSO4, CaSO3, CaF2, Ca(OH)2
Na2SO4, NaCl
CaSO4, CaSO3, CaF2, Ca(OH)2
Na2SO4, Na2SO3, Na2CO3, NaCl
Výhody
Jednoduchý proces, pouze chlazení kouřových plynů; tkaninový filtr zajišťuje odstranění prachu a reakci
Jednoduchý proces, pouze chlazení kouřových plynů; tkaninový filtr zajišťuje odstranění prachu a reakci
Jednoduchý proces, pouze chlazení kouřových plynů; tkaninový filtr zajišťuje odstranění prachu a reakci
Vysoká účinnost absorpce HCl a SOX
Nízká spotřeba absorpčního činidla, nízká cena chemických látek a nižší investiční náklady v porovnání s praním plynů
Nevýhody
Vysoká spotřeba reakčního činidla tam, kde je požadována vysoká účinnost odstraňování; vytváří značné množství prachu z filtrů
Sklářský průmysl
Drahé reakční činidlo
Vysoká spotřeba reakčního činidla tam, kde V Evropě je obtížné je požadována koupit toto reakční vysoká účinnost činidlo odstraňování; vytváří značné množství prachu z filtrů
Drahé reakční činidlo
Rozprašovací sušárna Rozprašovací sušárna je drahá; je drahá; nákladné materiály na nákladné materiály na tkaninový filtr; tkaninový filtr; vyšší investice vyšší investice v porovnání se suchým v porovnání se suchým čištěním čištěním
Suspenze Ca(OH)2
> 90
N2SO4, Na2SO3, Na2CO3, NaCl
CaSO4, CaSO3, CaF2
Dobrá účinnost absorpce; dobré Nízká spotřeba účinnosti lze absorpčního činidla, dosáhnout i se nízká cena suchou, jemnou chemických látek (mletou) práškovou sodou
Systém vyžaduje větší údržbu než suché čištění
Opětovné zahřátí kouřových plynů před vstupem do komína; tvorba komplexu odpadní vody a sádry a ucpání zařízení; vysoké investice
425
Přílohy
Čistící systém Typ čištění
Suché
Polosuché
Praní plynů
Absorpční činidlo
Ca(OH)2
NaHCO3
Nekalcinovaná trona Na3H(CO3)2 2H2O
Ca(OH)2
NaHCO3
Suspenze Ca(OH)2
Roztok Na2CO3
Roztok Na2CO3
Typ filtru
Tkaninový filtr
Tkaninový filtr
ESP(1)
ESP(1)
ESP(1)
Tkaninový filtr
Tkaninový filtr
ESP(1)
Dávkování vápna
Dávkování uhličitanu sodného
Dávkování uhličitanu sodného
Kontakt mezi kapalinou a plyny, teplota, zásaditost suspenze
Důležité parametry
Účinnost se zlepšuje při teplotách Dávkování a blížících se bodu zrnitost kondenzace; hydrogenuhličitanu dávkování, zrnitost sodného a měrný povrch BET Ca(OH)2
Dávkování a zrnitost trony < 30 mikronů; upřednostňuje se smíchání s kouřovými plyny
Upřednostňují se vyšší teploty Dávkování a (> 350 °C) zrnitost uhličitanu dávkování, sodného; zrnitost a měrný smíchání s povrch BET kouřovými plyny Ca(OH)2
Suspenze Ca(OH)2
Náklady na tunu utavené skloviny, s recyklací prachu z filtrů (eur/t)
2,5–3
3,5
3,5
3
4
Není známo
5–6
6–8 (odhad)
10–16
Náklady na tunu utavené skloviny, bez recyklace prachu z filtrů (eur/t)
3–4
4,5
4,5
3,5
5
Není známo
7–10
8–11
12–20
Možná kombinace s technikou DeNOX
Není možné použití SCR bez opětovného zahřátí plynů
Není možné použití SCR bez opětovného zahřátí plynů
Teplota za ESP by měla být > 330 °C
Teplota za ESP by měla být > 330 °C
Teplota za ESP by měla být > 330 °C
Není možné použití SCR bez opětovného zahřátí plynů
Není možné použití SCR bez opětovného zahřátí plynů
Kombinace se SCR, pouze pokud ESP pracuje při teplotách nad 350–360 °C
Není možné použití SCR bez opětovného zahřátí plynů ze 60 na 350 °C
(1) (2)
Elektrostatický odlučovač. Závisí na typu skla; při výrobě flintového skla se mohou tvořit CaSeO3, CaSeO4, Na2SeO3 a Na2SeO4.
Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
426
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.6:
Přehled měrných nákladů u různých kontrolních technik na znečištění ovzduší používaných na sklářských pecích ke snižování emisí prachu a SOX Snižování emisí prachu a SOX
Výroba
ESP + suché čištění (CaOH)2 s recyklací prachu z filtrů
ESP + suché čištění (CaOH)2 s odstraňováním prachu z filtrů
ESP + suché čištění (NaHCO3) s recyklací prachu z filtrů
ESP + suché čištění (NaHCO3) s recyklací prachu z filtrů
Tkaninový filtr + suché čištění s recyklací prachu z filtrů
Tkaninový filtr + suché čištění s odstraňováním prachu z filtrů
Tkaninový filtr + polosuché čištění s recyklací prachu z filtrů
Tkaninový filtr + polosuché čištění s odstraňováním prachu z filtrů
Pračka plynů
tun utavené skloviny/den
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
eur/t skloviny
Plavené
500
4,8
6,51
7–7,35
9,6 (plyn) – 13 (olej)
Plavené
700
4,27
5,87
Plavené
900
3,88
5,44
5,82
8,33
Obalové
100–150
11
14
Obalové
200
4,63–5,9
4,8–7
Obalové (olejový otop)
200
6,4
9,25
Obalové (olejový otop)
300–350
4,52–6
6,31–7,5
3,86–5
4,11–7,3
5,3
6,54
Obalové
450
3,96–5,2
4,77–6,5
2,9
3,6
Obalové (olejový otop)
600
3,58
5,1
2,7
3,37
Obalové (plynový otop)
740
4
5,1
Obalové (plynový otop)
1240
3,4
4,6
Obalové (olejový otop)
1240
3,7
6,2
Stolní sklo
30–35
15,65
16,7
12,85
13,84
Stolní sklo
180–200
7,66
3,75–4,35
E-sklo (kyslíko-palivový otop)
100–120
E-sklo (vzducho-palivový otop)
100–120
Typ skla
6 4,39
7,75
7,38–8,33
6,98
11
14,4–21,5 (*) 15,7–20,5 (*)
(*) Vyšší hodnota pro odstraňování prachu z filtrů při ceně 400 eur za tunu prachu. Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
Sklářský průmysl
427
Přílohy
V následujících tabulkách je uvedeno srovnání údajů o nákladech týkajících se dostupných technik na snižování emisí NOX. Je zde uvedeno několik příkladů zařízení vyrábějících ploché, obalové nebo užitkové sodnovápenaté sklo. Rovněž jsou zde navrženy odhadované údaje pro pec na výrobu nekonečného skleněného vlákna a speciálního skla. Tabulka 8.7 ukazuje příklady nákladů (investičních a provozních) společně s odhadovanými množstvími přímých (vlastních) a nepřímých (cizích) emisí souvisejících s používáním rozdílných primárních opatření na snížení emisí NOX. Byly hodnoceny zejména tyto případy: •
Použití základních opatření na snížení emisí NOX, která spočívají v použití seřizovatelných hořáků s nízkou rychlostí vstřikování nebo rozdělením palivové trysky na oddělené trysky vybavené hořáky s měnitelnými úhly, vzduchotěsné izolace mezi hořákem a tvarovkou a řízení obsahu kyslíku v odpadních plynech, aby se zabránilo přebytečnému vzduchu. Údaje o nákladech souvisí s použitím opatření na snížení emisí NOX bez jakékoli změny konstrukce pece.
•
Použití rozšířených opatření na snížení emisí NOX, která spočívají v použití seřiditelných hořáků a úprav konstrukce pece, zejména zvýšení klenby spalovací komory, rozšíření hořákových vletů, změny sklonu vletů a seřízení hořáků.
•
Použití kyslíko-palivového tavení. Odhad údajů o nákladech je uveden v porovnání s konvenčními regenerativními pecemi (na výrobu plaveného nebo obalového skla) nebo rekuperativními pecemi (na výrobu stolního skla, nekonečného skleněného vlákna nebo speciálního skla). Srovnání nákladů na tavení velkou měrou závisí na cenách kyslíku, které mohou být ovlivněny různými faktory, jako je např. přístup k potrubí vedoucímu kyslík, požadavky na objem kyslíku (ceny kyslíku se zvyšují s klesající poptávkou), místní ceny elektřiny a smlouva mezi dodavatelem kyslíku a sklárnou. Údaje o nákladech jsou pouze informativní a rozdíly v nákladech na tavení při srovnání kyslíko-palivových a vzducho-palivových pecí mohou být ovlivněny mnoha (místními) podmínkami.
Souhrn odhadovaných nákladů (investičních a provozních) souvisejících s používáním sekundárních opatření na snížení emisí NOX je uveden v Tabulce 8.8. Údaje o nákladech souvisejících s používáním technik SCR, SNCR a 3R jsou uvedeny pro rozdílná odvětví a kapacity pecí.
428
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.7:
Příklady předpokládaných nákladů a přímých a nepřímých emisí souvisejících s používáním primárních opatření ke snížení emisí NOX Náklady (1)
Vlastní emise
Cizí emise (nepřímé)
Primární opatření ke snížení emisí NOX Investice
Investice
Provoz
Měrné náklady
Δ NOX
Měrné náklady
Δ CO2
Δ NOX
Δ CO2
eur
eur/rok
eur/rok
eur/t utavené skloviny
t/rok
eur/kg NOX
t/rok
t/rok
t/rok
Plavené sklo – 500 t/den plynový otop, na 1050 mg/Nm3 NOX
660 000
89 600
64 000
0,84
-337
0,45
Plavené sklo – 500 t/den olejový otop, na 900 mg/Nm3 NOX
1 010 000
137 000
79 000
1,14
-337
0,64
Plavené sklo – 900 t/den plynový otop, na 1050 mg/Nm3 NOX
810 000
110 100
81 000
0,58
-555
0,35
Obalové sklo – 200 t/den, plynem otápěná U-plamenná pec
230 000
31 250
24 000
0,59
-60,3
1,07
Obalové sklo – 300 t/den, plynem otápěná U-plamenná pec
285 000
38 700
26 000
0,59
-60,3
1,07
Obalové sklo – 450 t/den, plynem otápěná Uplamenná pec, na 1050–1100 mg/Nm3 NOX
330 000
44 850
31 500
0,47
-90,5
0,84
Obalové sklo – 450 t/den, příčně otápěná pec s plynovým otopem
700 000
95 000
72 500
1,02
-130
1,3
Stolní sklo – 186 t/den základní + primární opatření
123 000
16 712
30 711
0,7
-82,3
0,58
APC techniky/zařízení Základní opatření na snížení emisí NOX
Rozšířená opatření na snížení emisí NOX Plavené sklo – 700 t/den
2 660 000
361 000
64 000
2,33
-551
0,77
Plavené sklo – 900 t/den plynový otop, na 900 mg/Nm3 NOX
3 810 000
517 660
81 000
1,82
-906
0,66
Obalové sklo – 200 t/den, na 750 mg/Nm3 NOX
700 000
95 108
24 000
1,63
-82
1,45
Obalové sklo – 300 t/den Obalové sklo – 450 t/den
885 000 1 080 000
120 240 147 000
26 000 31 500
1,34 1,09
-112 -168
1,31 1,06
Stolní sklo – 150 t/den včetně dodatečné elektřiny na příhřev
1 000 000
135 900
163 500
8
-711
0,42
-7 500 000
-1 290 000
2 540 000
6,83
-410
3,03
-6683
48
16 900
-3 250 000
-714 000
2 785 000
11,35
-410
5,04
-6683
48
16 900
Kyslíko-palivový otop – dodatečné náklady/úspory v porovnání s regenerativními pecemi (2) Plavené sklo – 500 t/den, dinasová klenba Plavené sklo – 500 t/den, klenba z tavenolitého žáromateriálu
Sklářský průmysl
429
Přílohy
Náklady (1)
Vlastní emise
Cizí emise (nepřímé)
Primární opatření ke snížení emisí NOX Investice
Investice
Provoz
Měrné náklady
Δ NOX
Měrné náklady
Δ CO2
Δ NOX
Δ CO2
eur
eur/rok
eur/rok
eur/t utavené skloviny
t/rok
eur/kg NOX
t/rok
t/rok
t/rok
Obalové sklo – 150 t/den, 0,06 eura/Nm3 O2, vysokozátěžová dinasová klenba
-2 051 100
-276 633
444 700
3,07
-49,3
3,41
-1227
7,6
3 027
Obalové sklo – 225 t/den, 0,06 eura/Nm3 O2, vysokozátěžová dinasová klenba
-2 740 000
-369 000
637 990
3,27
-73,9
3,64
-1942
11,1
4444
Obalové sklo – 450 t/den, 0,06 eura/Nm3 O2, vysokozátěžová dinasová klenba
-4 743 000
-639 400
1 490 000
5,18
-147
5,76
-2097
21
8380
Stolní sklo – 30 t/den, 0,06 eura/Nm3 O2
500 000
56 406
-245 400
-17,26
-19,2
-9,86
-2600
1,8
716
Stolní sklo – 30 t/den, 0,08 eura/Nm3 O2
500 000
56 406
-175 000
-10,79
-19,2
-6,16
-2600
1,8
716
Stolní sklo – 30 t/den, 0,10 eura/Nm3 O2
500 000
56 406
-103 660
-4,32
-19,2
-2,47
-2600
1,8
716
Stolní sklo – 30 t/den, 0,12 eura/Nm3 O2
500 000
56 406
-32 754
2,16
-19,2
1,23
-2600
1,8
716
Stolní sklo – 30 t/den, 0,14 eura/Nm3 O2
500 000
56 406
38 152
8,63
-19,2
4,93
-2600
1,8
716
Stolní sklo – 70 t/den, 0,10 eura/Nm3 O2
-2 254 000
-265 972
582 590
12,76
-40
7,97
-2449
5,2
2 064
Pec vyrábějící E-sklo – 100–120 t/den, 0,08 eura/Nm3 O2
1 500 000
117 340
-248 400
6,19
-80,3
3,1
-5387
8,86
3 530
APC techniky/zařízení
Kyslíko-palivový otop – dodatečné náklady/úspory v porovnání s rekuperativními pecemi (2)
1
( ) Není-li uvedeno jinak, při výpočtu nákladů byly použity následující dosažitelné úrovně emisí: • 1100–1400 mg/Nm3 NOX u primárních opatření na snížení emisí NOX (základní, žádné změny konstrukce); 900–1100 mg/Nm3 NOX u primárních opatření na snížení emisí NOX se změnou konstrukce u pecí na plavené sklo a 750 mg/Nm3 NOX na pecích vyrábějících obalové sklo • 0,5–0,9 kg NOX/t skloviny u kyslíko-palivových pecí na výrobu obalového skla; 1,5–2 kg NOX/t skloviny u kyslíko-palivových pecí na výrobu plaveného skla; 1–1,5 kg NOX/t skloviny u výroby speciálního skla bez dusičnanů. 2 ( ) Rozdíly v nákladech mezi kyslíko-palivovými pecemi a konvenčními vzducho-palivovými pecemi zahrnují rozdíly v hospodárnosti kvůli zastavení výroby během revize nebo stavby pece. Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
430
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.8:
Příklady předpokládaných nákladů souvisejících s používáním sekundárních opatření ke snížení emisí NOX
Sekundární opatření ke snížení emisí NOX
Investice
Investice
Provoz
Měrné náklady
Δ NOX
Měrné náklady
APC techniky/zařízení
eur
eur/rok
eur/rok
eur/t skloviny
t/rok
eur/kg NOX
Plavené sklo – 500 t/den
2 065 000
270 000
331 500
3,29
-804
0,75
Plavené sklo – 650 t/den, olejový otop
2 303 000
301 400
332 000
2,67
-692
0,91
Plavené sklo – 650 t/den, plynový otop
2 303 000
301 400
370 000
2,82
-946
0,71
Plavené sklo – 700 t/den
1 880 000
248 000
283 000
2,07
-708
0,75
Plavené sklo – 900 t/den
3 112 000
391 000
450 000
2,57
-1 255
0,67
Obalové sklo – 200 t/den
840 000
110 000
77 500
2,56
-110
1,7
Obalové sklo – 300 t/den
1 036 000
134 700
98 800
2,13
-159
1,47
Obalové sklo – 450 t/den
1 270 000
166 300
135 500
1,84
-228
1,32
Pec na stolní sklo – 35 t/den (hypotetický případ)
490 000
64 200
38 500
8,03
-23.6
4,34
Pec na stolní sklo – 100 t/den, regenerativní: z 1500 na 450 mg NOX/Nm3 (hypotetický případ)
758 000
98 300
80 800
4,9
-130
1,38
Plavené sklo – 500 t/den, olejový otop
307 400
41 800
1 057 000
6,02
-598
1,84
Plavené sklo – 500 t/den, plynový otop
307 400
41 800
1 085 000
6,17
-769
1,47
Plavené sklo – 650 t/den, olejový otop
360 400
49 000
1 224 338
5,37
-726
1,75
Plavené sklo – 650 t/den, plynový otop
360 400
49 000
1 309 662
5,52
-985
1,38
Obalové sklo – 200 t/den
185 500
25 200
303 200
4,5
-127
2,6
Obalové sklo – 300 t/den
238 500
32 400
405 350
4
-169
2,6
Obalové sklo – 600 t/den
281 000
46 800
779 000
3,73
-330
2,48
SCR
Proces 3R
SNCR Obalové sklo – 200 t/den, rekuperativní
684 000
93 000
73 850
2,28
-65
2,56
Obalové sklo – 350 t/den, rekuperativní
900 000
122 000
97 000
1,88
-101
2,16
Speciální sklo (odhad) – 5 kyslíko-palivových pecí (celková kapacita 250 t/den)
785 000
107 000
199 000
3,34
-290
1,06
E-sklo na výrobu skleněných vláken, 100 t/den (fiktivní)
615 000
83 500
66 930
4,12
-55,2
2,73
Pozn.: Není-li uvedeno jinak, při výpočtu nákladů byly použity následující dosažitelné úrovně emisí: 400–500 mg/Nm3 NOX u SCR; 450–500 mg/Nm3 NOX u SNCR a < 500 mg/Nm3 NOX u 3R. Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
Sklářský průmysl
431
Přílohy
Souhrn dodatečných nákladů vyjádřených v eurech za tunu utavené skloviny a souvisejících s používáním každé z DeNOX technik hodnocených ve srovnávací studii je uveden v Tabulce 8.9. Tabulka 8.9:
Dodatečné náklady spojené s používáním DeNOX technik (v eurech/t utavené skloviny) SCR
3R
1
Typ pece
Výroba
SNCR ( )
t/den
Na plavené sklo
500
3,3
6–6,25
Na plavené sklo
700
2,6–2,9
5,25–5,6
Na plavené sklo
900
2,6
Na obalové sklo
150
Na obalové sklo 200–225 Na obalové sklo
Základní opatření na snížení emisí 2 NOX ( )
Rozšířená Kyslíko‐palivový Kyslíko‐palivový opatření na otop otop snížení emisí s dinasovou s tavenolitou 3 4 4 NOX ( ) klenbou ( ) klenbou ( )
eur/t utavené skloviny 0,85–1,1
6,83 (0,06)
11,35 (0,06)
2,33
0,58
1,82
3,07 (0,06)
5,28 (0,06)
2,56
4,5
2,28
0,76
1,63
3,27 (0,06)
5,39 (0,06)
300
2,13
4
1,88
0,59
1,34
Na obalové sklo
450
1,84
0,47
1,09
5,18 (0,06)
7,16 (0,06)
Na obalové sklo (příčně otápěná)
450
3,73
1,02
1,5 (odhad)
Na stolní sklo (rekuperativní)
30–35
8
‐ 4,32 (0,10)
Na stolní sklo (regenerativní)
70
12,76 (0,10)
Na stolní sklo (regenerativní)
100
4,9
Na stolní sklo (regenerativní) Na stolní sklo (regenerativní) Na speciální sklo (kyslíko‐palivový otop) Na speciální sklo (regenerativní) Na E‐sklo
150
8 (Značný elektropříhřev )
190
0,7
250
3,34
700
2,8
100
4,1
6,20 (0,08)
1
( ) SNCR se používá pouze u rekuperativních a kyslíko‐palivových pecí a zvláštních případů regenerativních pecí. 2 ( ) Základní opatření na snížení emisí NOX: seřizovatelné hořáky, kyslíková čidla, řízení poměru palivo‐vzduch. 3 ( ) Rozšířená opatření na snížení emisí NOX: základní opatření + úpravy hořákových vletů a spalovací komory. 4 3 ( ) Cena kyslíku je uvedena v závorce (eur/m ). Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
V Tabulce 8.10 je uveden odhad nepřímých měrných emisí vypočítaný pro odlišné kontrolní techniky na znečištění ovzduší (odstraňování prachu, techniky DeSOX a DeNOX), v souvislosti s odlišnými výrobními kapacitami a typů skla. Nepřímé emise souvisejí především se spotřebou elektrické energie, čisticích činidel, reakčních činidel (amoniaku) a tvorbou pevných odpadů. Hlášené úrovně emisí jsou uváděny v gramech nebo kilogramech na tunu utavené skloviny.
432
Sklářský průmysl
Přílohy
Tabulka 8.10:
Výroba
Odhad měrných nepřímých emisí na tunu utavené skloviny u rozdílných sklářských pecí a u rozdílných kontrolních technik na znečištění ovzduší (APC)
APC systém
Zařízení a typ otápění
t utavené skloviny/rok
Množství NOX snížené pomocí DeNOx technik
Nepřímé emise NOX (1)
g/t
Čistá účinnost snižování emisí NOX
Snížení prachu pomocí APC
Snížení SOX pomocí DeSOx
Nepřímé emise SOX (1)
Dodatečné Odstraňov emise CO2 ání (nepřímé + odpadů přímé) (2) (3)
g/t
g/t
g/t
g/t
g/t
kg/t
kg/t
Související spotřeba reakčních činidel a el. energie NH3
Ca(OH)2
kg/t
kg/t
NaHCO 3
kg/t
Na2CO3 El. energie kg/t
kWh/t
255 500
ESP + suché čištění s Ca(OH)₂
Pec na plavené sklo 700 t/den, plynový otop
0
21
-21
407
795
74
10
3,82
2,64
11,94
109 500
ESP + suché čištění s Ca(OH)₂
Pec na obalové sklo 300 t/den, plynový otop
0
18
-18
237
795
64
8
3,79
2,75
9,95
10 950
ESP + suché čištění s Ca(OH)₂
Pec na stolní sklo 30 t/den, plynový otop
0
38
-38
423
440
137
17
2,89
2,04
22,28
255 500
ESP + suché čištění s NaHCO3
Pec na plavené sklo 700 t/den, plynový otop
0
27
-27
407
1 620
90
16
6,09
182 500
Tkaninový filtr + suché čištění s Ca(OH)₂
Pec na plavené sklo 500 t/den, plynový otop
0
35
-35
438
871
125
16
4,00
3,05
20,02
109 500
Tkaninový filtr + suché čištění s Ca(OH)₂
Pec na obalové sklo 300 t/den, plynový otop
0
24
-24
192
216
89
10
1,40
1,00
13,68
182 500
Tkaninový filtr + polosuché čištění
Pec na plavené sklo 500 t/den, plynový otop
0
45
-45
380
1584
165
22
4,97
3,29
26,52
182 500
Tkaninový filtr + polosuché čištění
0
45
-45
459
3644
164
26
11,01
7,54
26,28
40 150
Pračka plynů
0
42
-42
927
548
152
20
20,55
40 150
Pračka plynů
0
36
-36
655
448
127
17
20,55
328 500
SCR
Pec na plavené sklo 900 t/den, plynový otop
3820
8
3814
25
4
1,41
3,99
109 500
SCR
Pec na obalové sklo 300 t/den, plynový otop
1461
7
1452
23
3
0,57
3,20
10 950
SCR
Pec na stolní sklo 30 t/den, plynový otop
2160
18
2146
62
8
0,84
8,04
36 500
SCR
Pec na stolní sklo 100 t/den, plynový otop
3562
20
3534
9
1,40
10,68
237 250
3R
Pec na plavené sklo 650 t/den, plynový otop
3987
0
3987
28
Sklářský průmysl
Pec na plavené sklo 500 t/den, topný olej < 1 % síry Pec na E-sklo 100–120 t/den, vzducho-palivový otop Pec na E-sklo 100–120 t/den, kyslíko-palivový otop
6,33
5–6 nehašené vápno 4–5 nehašené vápno
14,40
24,21 20,42
433
Přílohy
Výroba
APC systém
Zařízení a typ otápění
t utavené skloviny/rok Pec na obalové sklo 300 t/den, plynový otop Pec na obalové sklo 320 t/den, plynový otop
109 500
3R
116 800
SNCR
36 500
SNCR
Pec na E-sklo 100 t/den
Základní opatření na snížení emisí NOX Základní opatření na snížení emisí NOX Základní opatření na snížení emisí NOX Rozšířené opatření na snížení emisí NOX Rozšířené opatření na snížení emisí NOX Rozšířené opatření na snížení emisí NOX Rozšířené opatření na snížení emisí NOX, + elektřina
Pec na plavené sklo 900 t/den, plynový otop Pec na plavené sklo 500 t/den, olejový otop Pec na obalové sklo 300 t/den, plynový otop Pec na plavené sklo 700 t/den, plynový otop Pec na plavené sklo 900 t/den, olejový otop Pec na obalové sklo 300 t/den, plynový otop
328 500 182 500 109 500 255 500 328 500 109 500 65 700
Pec na boritokřemičité stolní sklo 180 t/den
Množství NOX Nepřímé snížené pomocí emise NOX DeNOx technik (1)
Související spotřeba reakčních činidel a el. energie
Čistá účinnost snižování emisí NOX
Snížení prachu pomocí APC
Snížení SOX pomocí DeSOx
Nepřímé emise SOX (1)
Dodatečné emise CO2 (nepřímé + přímé) (2)(3)
Odstraňov ání odpadů
g/t
g/t
g/t
kg/t
kg/t
NH3
Ca(OH)2
NaHCO3
Na2CO3
El. energie
kg/t
kg/t
kg/t
kg/t
kWh/t
g/t
g/t
g/t
1534
0
1534
868
3
865
9
2
0,48
1512
6
1507
20
3
0,84
1689
0
1689
0
1847
0
1847
18
0 1319
1319
2761
2761
0
1023
1023
0
10 822
10 822
171
25,01
Pec na plavené sklo 500 2247 232 2016 844 56 135,56 t/den, plyn Pec na obalové sklo 225 82 125 Kyslíko-palivový otop 901 21 879 30 79,22 t/den, plyn Pec na stolní sklo 30 t/den, 10 950 Kyslíko-palivový otop 1735 164 1 553 -172 95,71 plyn Pec na E-sklo 100 t/den, 36 500 Kyslíko-palivový otop 2200 244 1956 885 -51 110,41 plyn 14 600 Elektrická pec Olovnatý křišťál, 40 t/den 2438 1295 1144 -15 747,95 10 950 Elektrická pec Olovnatý křišťál, 30 t/den 2466 1032 1425 -59 600,00 7300 Elektrická pec Olovnatý křišťál, 20 t/den 1918 1918 0 168 1056,16 Pec na obalové sklo 350 127 750 Předehřívač kmene 225 12 214 407 43 -35 + 5 (3) 6,86 t/den 1 ( ) Cizí emise vznikají z výroby elektrické energie (průměr EU), výroby amoniaku, výroby sody a hydrogenuhličitanu sodného, výroby hašeného vápna a kyslíku. (2) Dodatečné emise CO2 nezahrnují množství z procesu výroby Ca(OH)2. (3) Dodatečné emise CO2 odpovídají -30 kg/t utavené skloviny. Tato úroveň se odvozuje z 5 kg/t ze zvýšené spotřeby elektřiny na ventilaci kouřových plynů a snížení emisí CO2 o 35 kg/t díky úsporám paliva v tavicím procesu díky předehřívání kmene. 182 500
Kyslíko-palivový otop
Zdroj: [94, Beerkens – APC Evaluation 2008]
434
Sklářský průmysl
Přílohy
8.2
Příloha II: Příklady bilancí síry u průmyslových sklářských pecí
V Kapitolách 4 a 5 je odkazováno na použití bilancí síry ke stanovení podmínek specifických pro dané zařízení nebo jako základ pro porovnání různých procesů. Tato příloha uvádí dva příklady bilancí síry u sodnovápenatého skla společně se zjednodušeným příkladem u minerální vlny a vysvětluje otázky spojené s těmito příklady. Výroba sodnovápenatého skla Příklady zvolené u sodnovápenatého skla se týkají jedné pece na ploché sklo a jedné na obalové sklo s úplnou nebo částečnou recyklací vlastního sebraného prachu z filtrační jednotky spojené s čištěním kyselých plynů. Použité úrovně slouží pouze jako příklad a zvláště úrovně emisí uvedené v příkladech by neměly být považovány za směrodatné pro BAT. Celková recyklace filtračního prachu závisí na typu skla, jeho oxidačním stavu, schopnosti absorbovat SO3 a obecněji na podmínkách chodu pece (zvláště na obsahu síry v palivu). Nejlepším způsobem, jak vysvětlit tyto aspekty, je prozkoumat kompletní bilanci síry, znázorněnou na následujících obrázcích. Pro konkrétní případ lze uvést hmotnostní tok v kg/h koherentní jednotky (SO2, SO3 nebo S) nebo v mg/Nm3 SO2 jako alternativu, protože u konkrétní pece je snazší výpočet přepočítávacího koeficientu mezi koncentrací a hmotnostním tokem. Vstupy pro bilanci síry v peci jsou: • • • •
Síra v surovinách tvořících kmen Síra ve střepech (vlastních + cizích)
Síra v palivu Síra v recyklovaném filtračním prachu.
Výstupy jsou: • Síra ve vyrobeném skle • Síra v kouřových plynech (SO2 + SO3) • Síra obsažená v prachu • Síra v prachu usazeném v regenerátorech a odtazích (odhadem 1 až 5 %). Celková bilance síry musí zahrnovat bilanci síry u jednotky na snižování emisí, tj. výstupy z komína a prach z filtrů. Jestliže není množství prachu z filtrů kompatibilní s taveným sklem, musí se alespoň část prachu odstraňovat externě (obecně skládkováním). Alternativně je možné snížit obsah síry v palivu, aby se minimalizovalo množství skládkovaného odpadu. Většinou je preferována tato druhá možnost, jak vzhledem k ochraně životního prostředí, tak z celkových ekonomických důvodů. Recyklace prachu z filtrů znamená náhradu síranu sodného nebo síranu vápenatého obsažených v kmeni. Případné množství prachu, které lze recyklovat, závisí na množství síranu požadovaného k čeření a na možnosti nahradit tento síran prachem z filtrů. Vlastnosti prachu a možnost recyklace budou záviset na provozních podmínkách a typu použitého absorbentu (čisticího činidla). Také cizí střepy a jejich průměrné složení budou ovlivňovat vstup SO3. Jestliže je pec otápěna olejem, povede to ke zvýšení na asi 1200 mg SO2/Nm3 na každé 1 % síry v oleji. Množství síry, které se může absorbovat ve skle, se mění od téměř nulové úrovně u některých skel až asi po 500 až 700 mg/Nm3 u flintových skel. Uvedené úrovně jsou pouze indikativní. Na Obrázku 8.1 je uvedena bilance síry u pece na výrobu plaveného skla s úplnou recyklací prachu z filtrů zpět do pece v kmeni.
Sklářský průmysl
435
Přílohy
Obrázek 8.1:
Bilance síry u pece na plavené sklo s úplnou recyklací prachu z filtrů
Na Obrázku 8.2 je uvedena bilance síry u pece na výrobu obalového skla s recyklací pouze části prachu z filtrů zpět do pece v kmeni.
Obrázek 8.2:
436
Bilance síry u pece na obalové sklo s částečnou recyklací prachu z filtrů
Sklářský průmysl
Přílohy
Výroba minerální vlny Výroba minerální vlny často zahrnuje recyklaci prachu z filtrů a používání různých množství recyklovaných střepů (zejména v případě skleněné vaty). Suroviny používané ve výrobním procesu jsou v podstatě čisté a žádné z nich neobsahují znatelná množství síry. Typické obsahy síry jsou uvedeny v Tabulce 8.11.
Tabulka 8.11:
Suroviny v odvětví výroby minerální vlny a jejich typický obsah síry Typický obsah síry (v % vyjádřený jako SO3)
Max. hodnoty (od dodavatelů, r. 2007)
SiO2
< 0,01
Na2CO3
0,015
0,020
CaCO3 MgCO3.CaCO3 Minerál na bázi hlinitokřemičitanu Hydratovaný
< 0,01 0,04 < 0,01 0,01
0,05 0,011
Surovina Písek Kalcinovaná soda Vápenec Dolomit Kámen Boritan
Složení
Zdroj: [136, EURIMA 2008]
Vzorové zařízení použité ve studii bilance síry u výroby skleněné vaty používá kyslíko-plynové otápění. Zemní plyn dodávaný do vzorového zařízení má velmi nízký obsah síry, který lze považovat za téměř zanedbatelný. Výrobní proces obvykle vytváří 3–10 % vlastních střepů, které jsou přímo recyklovány zpět do procesu. Cizí střepy používané v zařízení pochází buď z obalového skla (lahve a sklenice), nebo z plochého skla (okna). Typické obsahy síry v obvykle používaných typech střepů jsou uvedeny v Tabulce 8.12.
Tabulka 8.12:
Typický obsah SO3 v běžných typech střepů Typ střepů
Typický obsah SO3 (%) Čiré
0,18
Zelené
0,14
Ambrové
0,05
Ploché sklo
Čiré
0,22
Vlastní
0,044
Obalové sklo
Obsah síry ve výrobcích ze skleněné vaty odpovídá 0,044 % SO3 (jako u vlastních střepů). Stejně jako u obalového skla závisí množství síry, která může být absorbována do skla, na redox (oxidačně-redukčním) stavu taveniny a je ovlivněno především poměrem iontů Fe2+ a Fe3+ ve sklovině. Prach odstraněný z toku odpadních plynů má proměnlivý obsah síry, ale hodnota 7 % SO3 se považuje za typickou. Bilance síry vypočítaná na základě SO3 vstupujícího do pece v surovinách a střepech a výstupu ve skleněné vatě, prachu z filtrů a emisích SOX ukazuje, že střepy odpovídají za převážnou většinu vstupu síry do tavicího procesu. Relativní podíly vstupů a výstupů síry ve výrobním procesu jsou uvedeny na Obrázku 8.3.
Sklářský průmysl
437
Přílohy
Obrázek 8.3:
Schematické zobrazení bilance síry u kyslíko‐palivové pece na výrobu skleněné vaty s recyklací prachu z filtrů
Typické úrovně emisí SOX naměřené v daném zařízení vykazují koncentrace kolísající od 69 do 143 mg/m3 SO2. Hmotnostní bilance vycházející z výrobních údajů zařízení předpokládá úroveň 77 mg/Nm3.
438
Sklářský průmysl
Přílohy
8.3 Příloha III: Monitorování emisí Všeobecná doporučení pro měření emisí jsou uvedena v Referenčním dokumentu Obecné principy monitorování (MON) z července 2003 [122, EC 2003]. Tato příloha uvádí všeobecná doporučení pro měření emisí ze sklářských výrobních procesů za účelem získání reprezentativních a srovnatelných výsledků. K měření emisí lze použít řadu národních a mezinárodních postupů a procedur, ale jejich použití může vést k velmi rozdílným výsledkům v důsledku nevhodného použití obecných metod v tak specifickém případě, jakým je výroba skla.
8.3.1 Hlavní znečišťující látky Hlavním zdrojem znečištění ve sklářském průmyslu jsou emise z tavení do ovzduší. V některých odvětvích však mohou vznikat značné emise z navazujících procesů. Tabulka 8.13 uvádí souhrn hlavních znečišťujících látek podle jednotlivých sklářských odvětví. Tabulka 8.13:
Hlavní znečišťující látky, o jejichž měření se ve sklářství uvažuje
Odvětví/činnost Obalové sklo Manipulace se surovinami Tavicí proces Pokovování nebo povrchová úprava za horka Ploché sklo Manipulace se surovinami Tavicí proces Povrchová úprava Nekonečná skleněná vlákna Manipulace se surovinami Tavicí proces Navazující procesy Užitkové sklo Manipulace se surovinami Tavicí proces Navazující procesy Speciální sklo Manipulace se surovinami Tavicí proces Navazující procesy Minerální vlna Manipulace se surovinami Tavicí proces Navazující procesy Vysokoteplotní izolační vata Manipulace se surovinami Tavicí proces Navazující procesy Frity Manipulace se surovinami Tavicí proces Navazující procesy
Sklářský průmysl
Znečišťující látky Prach, krystalický oxid křemičitý Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, těžké kovy Prach, organický a anorganický cín, HCl, SOX Prach, krystalický oxid křemičitý Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, těžké kovy (u barevných skel) SOX Prach, krystalický oxid křemičitý Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, sloučeniny boru Prach, těkavé organické látky, formaldehyd, amoniak, odpadní voda Prach, krystalický oxid křemičitý, těžké kovy Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, těžké kovy, sloučeniny boru HF, Pb, odpadní voda (z leštění a broušení) Prach, krystalický oxid křemičitý, těžké kovy Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, těžké kovy, sloučeniny boru Prach, Pb, odpadní voda (z leštění a broušení) Prach, krystalický oxid křemičitý Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, plynné borité sloučeniny, H2S Prach, těkavé organické látky, fenoly, aminy, amoniak, formaldehyd, NOX (tvrzení), odpadní voda Prach, krystalický oxid křemičitý Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl Prach, vlákna, odpadní voda Prach, krystalický oxid křemičitý, těžké kovy Prach, CO, NOX, SOX, HF, HCl, těžké kovy, sloučeniny boru Prach, odpadní voda
439
Přílohy
8.3.2 Monitorování emisí Monitorování emisí slouží k tomu, aby byl zajištěn soulad s přípustnými emisními limity. Způsob a četnost by měly souviset s rozsahem ověřovaných emisí a s použitou technologií jejich řízení. Běžně používanými metodami jsou: • monitorování provozu techniky na snižování emisí (např. pokles tlaku v tkaninovém filtru) • kontinuální monitorování znečišťujících látek • diskontinuální měření znečišťujících látek • výpočet hmotnostní bilance. Monitorování provozu techniky na snižování emisí Obecně je toto minimální požadavek na monitorování emisí. V některých případech (např. dobře známá stabilní emisní situace) může být hodnocení provozu zařízení na snižování emisí dostatečné pro stanovení shody s požadavky. V mnoha případech se používají automatické postupy schopné detekovat vady nebo špatnou funkci zařízení (např. měření poklesu tlaku, teploty, pH atd.). Kontinuální a/nebo diskontinuální měření znečišťujících látek Monitorování emisí vyžaduje stanovení všech relevantních parametrů, které mohou ovlivnit měření různých znečišťujících látek nebo interpretaci a hlášení výsledků. Kromě regulovaných látek (prach, NOX, SOX, CO, HCl, HF atd.) je také nutné stanovit charakteristické parametry zdroje emisí, např.: • rychlost kouřových plynů a hmotnostní tok • teplotu • vlhkost • koncentraci kyslíku • koncentraci oxidu uhličitého. Měření emisí může být ovlivněno několika faktory, z nichž některé jsou v případě tavení skla zvláště důležité. Ve většině případů jsou kritické parametry tyto: • teplota odpadních plynů • rozložení prachu podle zrnitosti • rychlost odpadních plynů • vlhkost odpadních plynů • plynná nebo pevná forma znečišťujících látek • doba odběru vzorků • normální podmínky. Teplota odpadních plynů Teplota kouřových plynů z pece se může výrazně lišit (obvykle 100 až 850 °C v komíně) v závislosti na systému regenerace tepla (regenerátory, rekuperátory nebo chlazení plynu vodou) a použité technice snižování emisí. Vyšší teploty obvykle odpovídají rekuperativním pecím a/nebo kyslíko-palivovému tavení. Nižší teploty jsou typické pro velmi zředěné odpadní plyny (diskontinuální pece, celoelektrické tavení, některé pece se zařízením na snižování emisí atd.). Možné chyby měření v důsledku teploty odpadních plynů mohou být minimalizovány následovně: • • •
440
Použitím vhodných filtrů a sond k měření prachu (filtry z křemenných nebo skleněných vláken bez organických pojiv, vysokoteplotní těsnění atd.). Vhodnou úpravou filtrů před použitím při vysokých teplotách. Aby se zabránilo dalším ztrátám hmotnosti během měření, doporučuje se předběžná úpravná fáze při teplotách do 400–600 °C. Použitím zahřátých sond a filtrů při nízkých teplotách odpadních plynů, zvláště při vyšší vlhkosti, aby se zabránilo kondenzaci kyseliny a vody.
Sklářský průmysl
Přílohy
Rozložení prachu podle zrnitosti Průměr prachových částic vzniklých během procesu tavení je normálně velice malý (menší než 1 µm a obvykle 0,02–0,5 µm). Během odběru vzorků se částice snadno shlukují a při použití alkalických filtračních materiálů mají tendenci reagovat s kyselými plynnými látkami přítomnými v kouřových plynech. Aby se tomuto jevu zabránilo, měly by se pro odběr vzorků vybírat chemicky inertní filtry. Když se částice měří kontinuálně, může být nesnadné odstranit jemné částice z optických částí měřicího zařízení, což vede k chybným výsledkům měření koncentrace prachu. Je třeba použít vhodný čisticí systém. Rychlost odpadních plynů Přestože je prach emitovaný z výroby skla tvořen extrémně jemnými částicemi, mělo by se měření provádět izokineticky. Geometrie potrubí a poloha místa odběru by se měly volit tak, aby bylo umožněno přesné měření rychlosti proudu plynu. Vlhkost odpadních plynů Přítomnost vysokého procenta vody v odpadních plynech je velmi běžná u kyslíko-palivového tavení a vzducho-plynových pecí, kde se voda používá jako chladivo před zařízením na snižování emisí. Aby se zamezilo kondenzaci během odběru vzorků, mělo by být provedeno stanovení bodu kondenzace plynu. Plynné znečišťující látky by se měly měřit zahřátými sondami vždy, pokud je zde riziko kondenzace, zvláště v kouřových plynech bohatých na SO3. To platí i u některých navazujících procesů používajících praní plynů, jako je tomu u nekonečného skleněného vlákna, skleněného vlákna atd. Tam, kde dochází ke kondenzaci vody, by se měla vzniklá kapalina kontrolovat, zda nedošlo k pohlcení plynných znečišťujících látek, např. oxidů síry. Plynná a pevná forma znečišťujících látek Některé znečišťující látky se mohou uvolňovat do ovzduší jak v plynné formě, tak jako pevné částice. Je tomu tak u některých sloučenin z tavení, např. některých sloučenin boru (zvláště kyseliny borité), selenu, arzenu, rtuti (jsou-li použity střepy ze svítidel), ale i chloridu cíničitého z pokovování obalového skla za horka. Aby se v těchto případech zabránilo chybám ve vyhodnocení, měla by být vzorkovací řada vybavena kombinovaným systémem pro současný sběr částic i plynů. V případě výroby boritokřemičitého skla může být nezbytné měřit obě formy emisí boru (plyn i pevné částice), aby bylo možné stanovit účinnou formu odstraňování obou druhů z kouřových plynů (viz Oddíl 4.4.1). Zejména při výrobě boritokřemičitých skel s nízkým obsahem alkálií je kyselina boritá uvolňována především ve své plynné formě, kvůli své vysoké tenzi par a nízké kondenzační teplotě (pod 160 °C). Specifické měření celkových emisí boru počítá s rozlišením mezi borem obsaženým v odpadních plynech v pevné formě a plynnými sloučeninami boru, které mohou procházet skrz techniku na snižování emisí (např. filtr se systémem čištění plynů) používanou na tavicí peci. Celkové emise boru mohou být měřeny odběrem části kouřových plynů přes křemennou sondu spojenou s absorpčním systémem tvořeným impingery naplněnými vodou. Sonda, spojovací trubice a impingery se poté řádně propláchnou vodou, aby se z nich získal případný zkondenzovaný materiál obsahující bor. Absorpční roztok z impingerů a voda z proplachování vzorkovací řady může být poté analyzována na přítomnost boru.
Sklářský průmysl
441
Přílohy
Rozdíl mezi celkovou koncentrací emisí boru a obsahem boru stanoveným v emisích pevných částic naměřeným standardními metodami (např. izokinetickým odběrem vzorků na filtru s křemennou membránou) představuje plynné sloučeniny boru v bodě měření. Měření emisí selenu vyžaduje použití specifické metody odběru vzorků, která by měla být navržena tak, aby bylo zajištěno, že dojde k absorpci jak plynné formy, tak pevných částic přítomných v odpadních plynech. Používání selenu jako barviva nebo odbarvovacího činidla může vést k jeho vysokým plynným emisím způsobených tvorbou extrémně těkavých sloučenin s kondenzačními teplotami pouze 60–100 °C. Doporučená metoda odběru vzorků emisí selenu byla vyvinuta 13. Technickou komisí ICG (publikováno ve věstníku Glass Technology: European Journal of Glass Science and Technology, část A, díl 47, č. 2, duben 2006) [162, ICG-TC 13 2006]. Doba odběru vzorků U regenerativních pecí by se kromě standardních postupů, které vyžadují k získání reprezentativního vzorku přiměřený čas odběru, měl vzít v úvahu i reverzační cyklus regenerátorů. Ve skutečnosti se emise z tavicích procesů mohou významně měnit s teplotním cyklem komor, kdy se během cyklu zvyšuje teplota. Doba odběru vzorků by měla zahrnovat stejný počet cyklů, aby umožnila provést měření se srovnatelnými výsledky. To může platit i pro cykly čištění zařízení na snižování emisí. Normální podmínky Normálně se úrovně emisních limitů uvádějí v koncentracích vztahujících se k 0 oC, 101,3 kPa a k jiným specifickým podmínkám, např.: • kontinuální tavicí pece: 8 % kyslíku obj., suchý plyn • diskontinuální pece: 13 % kyslíku obj., suchý plyn • jiné zdroje emisí: bez úprav zohledňujících kyslík. Obecně se koncentrace znečišťujících látek používá ke stanovení shody s úrovněmi emisních limitů. Je to proto, že se měří přímo a nevyžaduje získávání dalších informací souvisejících s výrobním procesem, což se většinou děje při určování emisních faktorů nebo měrných emisí (např. kg emisí na tunu utavené skloviny). Úrovně emisních limitů jsou však někdy uváděny jako koncentrace (mg/Nm3) a jako emisní faktor (kg/t skloviny, kg/h, g/h). To platí zvláště v případě značně zředěných odpadních plynů (např. elektrické pece) a u přítomnosti vysokého procenta kyslíku (kyslíko-palivové otápění, vzducho-palivové otápění s obohacením kyslíkem). Korekce kyslíku na 8 nebo 13 % by přinesla výsledky, které by nebyly srovnatelné s pecemi používajícími k tavení fosilní paliva a vzduch místo kyslíku. To platí zejména u výroby skleněných frit, kde se kouřové plyny z kyslíko-palivových pecí, vzducho-palivových pecí s obohacením kyslíkem a přebytečný vzduch kombinují do jednoho zařízení s výslednou vysokou koncentrací kyslíku (> 15 %). V tomto případě by bylo vhodnější použití emisních faktorů nebo reference na procentní podíl kyslíku blíže ke skutečným podmínkám měření (15 % O2). Kontinuální monitorování Používání kontinuálního monitorování se většinou omezuje na emise vznikající v tavicí peci, které jsou nejdůležitějším hmotnostním tokem a mají relativně konstantní úrovně. Kontinuální monitorování emisí lze provádět „in-situ“ nebo extrakčním zařízením. Měření „in- situ“ se provádějí napříč komínem, při teplotách kouřových plynů a vlhkosti v místě odběru. Extrakční měření je založeno na úpravách vzorku spalin a následném stanovení koncentrace znečišťujících látek u suchého plynu. Oba systémy vyžadují pečlivou údržbu a pravidelnou kalibraci prostřednictvím diskontinuálního měření.
442
Sklářský průmysl
Přílohy
Zvláště měření prováděná „in-situ“ přístroji mohou být ovlivněna barvou a rozdělením velikosti částic, které se mění podle skel vyráběných v peci (zelené, hnědé, polobílé) a typu paliva použitého ke spalování. Parametry, které lze měřit kontinuálně, a navržené metody jsou uvedeny v Tabulce 8.14. Tabulka 8.14:
Techniky pro kontinuální měření Parametr
Metoda
Kyslík
Paramagneticky, zirkonoxidový článek
Prach
Propustnost světla, rozptyl světla
Oxid dusíku (NO)
Infračervená nebo UV fotometrie, chemiluminiscence
Oxidy dusíku (NO + NO2)
Infračervená nebo UV fotometrie, chemiluminiscence opatřená převodníkem (NO2 na NO)
Oxid siřičitý
Infračervená nebo UV fotometrie
Oxid uhelnatý
Infračervená fotometrie
Celkové uhlovodíky
Plamenově ionizační detektor (FID)
Další znečišťující látky se mohou měřit kontinuálně, např. HF a HCl, potenciometrickou analýzou a infračervenou fotometrií nebo potenciometrickou metodou. Tato měření však není snadné provádět a vyžadují časté překalibrování analyzátorů. Kontinuální monitorování těchto znečišťujících látek může být vhodné pro zvláštní sklářské procesy, které vyžadují sloučeniny chloru a fluoru ve kmeni a vyvolávají emise za zařízením na snižování emisí. V některých členských státech vyžaduje národní legislativa kontinuální monitorování emisí při hmotnostních tocích vyšších, než jsou mezní úrovně uvedené v Tabulce 8.15. V ostatních členských státech se používají jiné přístupy. Například v Nizozemsku je požadavek na kontinuální měření (režim monitorování) založen na množství nevyčištěných emisí v kombinaci s použitou technologií na jejich snižování. Poměr mezi „emisemi při poruše“ a kontrolní úrovní hmotnostního toku určuje monitorovací režim zařízení (5 rozdílných kategorií) a související požadovaný typ monitorování (např. frekvence, kontinuální nebo pravidelná měření) pro přidělenou kategorii [172, NeR, April 2003].
Tabulka 8.15:
Limitní úrovně hmotnostních toků pro kontinuální monitorování emisí Látka
Limitní úroveň hmotnostního toku (kg/h) Německo
Prach Oxid siřičitý Oxidy dusíku, vyjádřené jako NO2 Oxid uhelnatý, k vyhodnocení účinnosti spalování Oxid uhelnatý, všechny ostatní případy Sloučeniny fluoru, vyjádřené jako HF Sloučeniny chloru, vyjádřené jako HCl Amoniak
Rakousko
30 30 5 100 0,3 1,5
Francie > 2,5 < 50 (1) > 50 (2) 20 20 1 20
10
3
3 15 5
1
( ) Je vyžadováno kontinuální měření prachu alespoň optickým přístrojem (např. opacimetrem). 2 ( ) Je vyžadováno kontinuální měření prachu založené na gravimetrické metodě.
Sklářský průmysl
443
Přílohy
Diskontinuální měření Jednotlivá měření lze provádět separací různých znečišťujících látek (obvykle prach, SOX, HCl, HF, kovy) vhodnými filtračními materiály nebo v adsorpčních roztocích nebo pomocí kontinuálních extrakčních měřicích přístrojů (např. IČ, UV fotometrie pro NOX, SO2 atd.). Počet potřebných měření se obecně určuje podle variability emisí a podle délky provozu, který se má kontrolovat. V některých případech probíhá proces v časově omezeném úseku, který umožňuje pouze jedno měření (např. manipulace s materiálem). Avšak u většiny případů jsou pro kontinuální proces vyznačující se stabilními emisemi vyžadována minimálně tři samostatná měření a pro proměnlivé emise pět jednotlivých měření. Ve zvláštních případech může být nutných 8–10 měření. Obecný přehled nejčastěji používaných metod používaných pro diskontinuální monitorování je uveden v Tabulce 8.16 . Tabulka 8.16:
Techniky pro diskontinuální měření
Znečišťující látka / Parametr Prach
Metoda Filtrace a gravimetrické stanovení
Oxidy dusíku (NO + NO2)
Infračervená nebo UV fotometrie, chemiluminiscence. Absorpce ve vhodném roztoku a chemické stanovení (kolorimetrie, iontová chromatografie atd.)
Oxid siřičitý (SO2)
Infračervená nebo UV fotometrie
Oxidy síry (SO2 + SO3)
Absorpce ve vhodném roztoku a chemické stanovení (titrace, iontová chromatografie, ICP)
Oxid sírový (SO3)
Absorpce ve vhodném roztoku a chemické stanovení (titrace, iontová chromatografie)
Kovy (As, Pb, Cd, Se, Cr, Cu, V, Mn, Ni, Co, Sb atd.)
Filtrace a/nebo absorpce ve vhodném roztoku. Stanovení pomocí AAS, ICP
Selen vyjádřený jako Se (pevný + plynný)
Absorpce ve vhodném roztoku a chemické stanovení (např. HGAAS, ICP atd.) [162, ICG-TC 13 2006]
Sloučeniny boru (pevné + plynné)
Absorpce ve vodě a chemické stanovení (ICP, titrace, kolorimetrie)
Chloridy vyjádřené jako HCl
Filtrace a absorpce ve vhodném roztoku. Stanovení iontovou chromatografií, titrace
Fluoridy vyjádřené jako HF
Filtrace a absorpce ve vhodném roztoku. Stanovení iontově selektivní elektrodou, iontová chromatografie
Sirovodík
Filtrace a absorpce ve vhodném roztoku. Iontová chromatografie, kolorimetrické stanovení nebo zpětná titrace
Formaldehyd
Absorpce ve vhodném roztoku. Kolorimetrické stanovení nebo stanovení metodou HPLC
Fenol
Absorpce ve vhodném roztoku. Plynová (kapalinová) chromatografie nebo kolorimetrické stanovení
Amoniak
Absorpce ve vhodném roztoku. Iontová chromatografie, kolorimetrické stanovení nebo stanovení iontově selektivní elektrodou
Aminy Těkavé organické sloučeniny Kyslík Oxid uhelnatý Oxid uhličitý
Absorpce ve vhodném roztoku nebo silikagelu. Stanovení pomocí metod GC, HPLC nebo GC-MS Plamenově ionizační detektor (FID) Paramagneticky, zirkonoxidový článek Infračervená fotometrie Infračervená fotometrie
Pozn.: Uvedené techniky jsou pouze příkladem a nezahrnují všechny analytické postupy, které by se ve sklářství mohly použít ke stanovení různých znečišťujících látek.
Národní a mezinárodní standardizované postupy (ISO, CEN, VDI, EPA atd.) jsou obecně vhodné k měření většiny relevantních emisních parametrů. Pro řadu sloučenin však taková standardizovaná metodika neexistuje.
444
Sklářský průmysl
Přílohy
Je tomu tak u většiny organických sloučenin (fenol, formaldehyd, aminy atd.), ale také u řady anorganických sloučenin, které se mohou uvolňovat do ovzduší jak v prachové, tak v plynné formě (např. sloučeniny boru). Jak již bylo naznačeno, dobrá běžná praxe předpokládá provádění kombinovaného odběru vzorků (filtrace a absorpce) k identifikaci a kvantifikaci různých frakcí. Výpočet hmotnostní bilance V některých případech a u určitých znečišťujících látek může výpočet hmotnostní bilance poskytnout dobré vyhodnocení emisí z procesu. Je-li s dostatečnou přesností znám vstup a výstup specifické látky v procesu (např. u tavení) spolu se všemi chemickými a/nebo fyzikálními změnami, lze hmotnostní bilanci použít jako kvantitativní metodu vyhodnocení emisí. Může tomu tak být například u SO2 vznikajícího z tavení, u HF při výrobě opálového skla nebo u selenu při výrobě bronzového nebo flintového skla (bilance síry viz Oddíl 8.2). Obecně se výpočet hmotnostní bilance používá k porovnání s naměřenými úrovněmi emisí. Interpretace a vykazování naměřených výsledků Abychom získali přiměřený standard interpretace při vykazování výsledků emisních měření, je důležité uvést minimálně následující informace: •
použitou metodu monitorování
•
přesnost použité metody
•
relevantní provozní podmínky (provozní údaje)
•
normální podmínky (vlhkost, teplota v bodě měření atd.)
•
výsledky všech jednotlivých měření nebo v případě kontinuálního monitorování rozdělení četnosti všech půlhodinových, hodinových nebo denních průměrných koncentrací.
Je třeba zdůraznit, že každá metoda použitá při monitorování pevných a plynných emisí představuje jinou hodnotu mezí detekce a nejistota měření se mění v závislosti na měřeném rozsahu koncentrací. U měření emisí by nejistota měla určovat rozptyl výsledků měření, o kterém lze s jistotou tvrdit, že se v něm nachází měřená látka. Za tímto účelem se obvykle zvažuje stanovení relativní nejistoty místo kombinované standardní nejistoty. Ve značném množství případů je nejistota standardních metod používaných k měření emisí do ovzduší stejného řádu jako měřené koncentrace. V jiných případech je koncentrace, která má být měřena, poblíž meze detekce použité metody měření. Všechny tyto aspekty je třeba pečlivě zvážit při interpretaci výsledků měření emisí. Standardní metody mohou uvádět úrovně mezí detekce a nejistoty vypočítané pro konkrétní rozsah koncentrací. Ve většině případů však musí tyto úrovně stanovit/vypočítat laboratoř, která provádí měření, a základě konkrétní vzorkovací řady a vybavení použitého k měření. Jako příklad jsou v Tabulce 8.17 a Tabulce 8.18 uvedeny nejistoty a úrovně mezí detekce zjištěné dvěma specializovanými laboratořemi akreditovanými podle evropské normy ISO/IEC 17025. Tabulka 8.17 uvádí úrovně mezí detekce související s měřením emisí prováděných především na nečištěných kouřových plynech.
Sklářský průmysl
445
Přílohy
Tabulka 8.17:
Příklad úrovní mezí detekce pro měření emisí ze sklářských pecí Úroveň meze detekce (1)
Parametr Prach Oxidy dusíku (NOX) Oxidy síry (SO2) Oxid uhelnatý (CO) Chloridy (vyjádřené jako HCl) Fluoridy (vyjádřené jako HF) Těkavé anorganické sloučeniny (vyjádřené jako C) Pb Cr Cu Ni As Cd Hg
4,8 (2) 2–4 0,16 2–4 1 0,05 0,2 (rozsah 0–20) 0,032 0,011 0,010 0,032 0,002 0,003 0,001
mg/Nm3 ppm mg/Nm3 ppm mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3
1
( ) Tyto meze jsou typické úrovně zjištěné u měření pevných a plynných emisí ze sklářských pecí. 2 ( ) Úroveň meze detekce vychází z měření prachu v nečištěných kouřových plynech. Zdroj: [118, CTCV Data for BREF revision 2007] [175, CTCV 2010]
Tabulka 8.18 uvádí úrovně mezí detekce a rozšířené nejistoty stanovené pro uvedené metody, které jsou používány certifikovanou laboratoří pro měření emisí prováděného převážně na vyčištěných kouřových plynech.
Tabulka 8.18: Parametr
Příklady úrovní mezí detekce a rozšířených nejistot u měření emisí ve sklářství Mez detekce
Rozšířená nejistota
ISO 15713: 2006 Potenciometrie
0,1 mg/Nm3
Odhadem 1mg/Nm3
UNI EN 1911‐1/2/3: 1998 Titrace AgNO3 UNI EN 14791: 2005 Iontová chromatografie, titrace UNI EN 10878: 2000 NDIR, NDU, Chemiluminiscence
0,1 mg/Nm3
Odhadem 1mg/Nm3
NOX Prach
HF HCl SOX NOX
O2
Metoda
3
3
1 mg/Nm
0,126 C* + 8,5 mg/Nm
1 mg/Nm3
4 % naměřené úrovně
UNI EN 14792 Chemiluminiscence
1 mg/Nm3
0,041 C*+ 2,8 mg/Nm3
UNI EN 13284‐1: 2001 Gravimetrie
0,3 mg/m3 pro suché plyny, 2 mg/m3 pro plyny nasycené vodní párou
4 mg/Nm
0,2 % plný rozsah (0,05 % O2)
0,041 C**+ 0,1 % O2 obj.
EN 14789: 2006 Paramagnetická metoda
3
3
Pozn.: – C* = naměřená koncentrace v mg/Nm . – C** = naměřená koncentrace v % O2. Zdroj: [173, SSV‐Stazione Sperimentale del Vetro 2010]
Závěry Tato příloha se nesnaží vytvořit standardní metodiku monitorování emisí ve sklářství. Tam, kde je to vhodné, jsou normálně použitelné zavedené postupy a měly by se vyhodnocovat při každém použití. Předmětem této přílohy je poskytnout obecné informace a zdůraznit možné zdroje chybného vyhodnocení úrovní emisí, kterých lze dosáhnout použitím různých technik BAT.
446
Sklářský průmysl
Přílohy
8.4
Příloha IV: Výpočet přepočítacích koeficientů pro stanovení měrných hmotnostních emisí z koncentrací
Způsob uvádění úrovní emisí z tavicích procesů a úrovní emisí spojených s BAT u identifikovaných technik používaný v dokumentu GLS BREF zahrnuje jak koncentrace emisí (mg/Nm3), tak měrné hmotnostní emise (kg/t utavené skloviny), rovněž nazývané „emisní faktory“. Vyjádření úrovní emisí spojených s BAT jako měrných hmotnostních emisí bylo považováno za nezbytné pro řádné pokrytí všech potenciálních možností tavení používaných ve sklářství (kyslíko-palivové, kyslíkem obohacené, vzducho-palivové atd.). Postup pro přepočet z koncentrací na měrné hmotnostní emise je již uveden v Kapitole 5 (Obecné úvahy) a je založen na objemu odpadních plynů (Nm3/h) a výkonu pece (v tunách utavené skloviny za hodinu). Objem odpadního plynu je dán zejména spotřebou energie, druhem paliva a oxidačním činidlem (vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo kyslík, jehož čistota závisí na výrobním procesu). Spotřeba energie je komplexní funkcí (převážně) druhu pece, druhu skla a procentního podílu skleněných střepů. Vztah mezi koncentrací a měrným hmotnostním tokem však může ovlivnit řada činitelů, například: • druh pece (teplota předehřívání vzduchu, tavicí technologie) • druh vyráběného skla (energetické nároky na tavení) • skladba zdrojů energie (fosilní paliva / elektrický příhřev) • druh fosilního paliva (topný olej, plyn) • druh oxidačního činidla (kyslík, vzduch, vzduch obohacený kyslíkem) • procentní podíl skleněných střepů • složení kmene • stáří pece • rozměry pece. Měrné hmotnostní emise (kg/t utavené skloviny) = přepočítací koeficient x koncentrace emisí (mg/Nm3) kde:
přepočítací koeficient = (Q / P) x 10-6
a
Q = objem odpadního plynu v Nm3/h P = výkon v tunách utavené skloviny/h.
Pro tento účel byly přepočítací koeficienty pro rozdílná odvětví sklářského průmyslu odhadnuty na základě údajů o měrných spotřebách energie pro vzducho-palivové pece. Pro zjednodušení tento odhad nebere v potaz objem plynů vytvořených rozkladem minerálů během tavicího procesu (např. CO2, SO2). Z údajů o měrné spotřebě energie lze vypočítat teoretický stechiometrický objem odpadních plynů z pece a stanovit korekční koeficient, jak je uvedeno v následujících příkladech uvedených pro odvětví obalového skla. Údaje použité pro výpočet jsou založeny na úrovních měrné spotřeby energie uvedených v Tabulce 3.13.
Sklářský průmysl
447
Přílohy
Příklad 1 – Obalové sklo Typ pece: U-plamenná, regenerativní Kapacita pece: 250 t/den, což odpovídá 10,42 t/h (P) Palivo: zemní plyn s čistou výhřevností odpovídající 8500 kcal/Nm3 (NCV) Měrná spotřeba energie (pec): 4,8 GJ/t utavené skloviny (SEC) Koeficient pro přepočet z GJ na kcal: 238,85 x 103 (K) Stechiometrický objem odpadních plynů (vlhký, při 0% kyslíku) na 1 Nm3 zemního plynu: 10,6 Nm3 (SWG) Přepočtový koeficient = [(SEC x P x K) / NCV x SWG] / P = [(4,8 GJ/t x 10,42 t/h x 238,85 x 103) / 8500 kcal/Nm3 x 10,6 Nm3/h] / 10,42 t/h = 1,43 x 10‐3 Příklad 2 – Obalové sklo Typ pece: rekuperativní Kapacita pece: 250 t/den, což odpovídá 10,42 t/h (P) Palivo: zemní plyn s čistou výhřevností odpovídající 8500 kcal/Nm3 (NCV) Měrná spotřeba energie (pec): 5,8 GJ/t utavené skloviny (SEC) Koeficient pro přepočet z GJ na kcal: 238,85 x 103 (K) Stechiometrický objem odpadních plynů (vlhký, při 0% kyslíku) na 1 Nm3 zemního plynu: 10,6 Nm3 (SWG) Přepočtový koeficient = [(SEC x P x K) / NCV x SWG] / P = [(5,8 GJ/t x 10,42 t/h x 238,85 x 103) / 8500 kcal/Nm3 x 10,6 Nm3/h] / 10,42 t/h = 1,73 x 10‐3 Příklad 3 – Obalové sklo Typ pece: U-plamenná, regenerativní Kapacita pece: 400 t/den, což odpovídá 16,67 t/h (P) Palivo: zemní plyn s čistou výhřevností odpovídající 8500 kcal/Nm3 (NCV) Měrná spotřeba energie (pec): 4,3 GJ/t utavené skloviny (SEC) Koeficient pro přepočet z GJ na kcal: 238,85 x 103 (K) Stechiometrický objem odpadních plynů (vlhký, při 0% kyslíku) na 1 Nm3 zemního plynu: 10,6 Nm3 (SWG) Přepočtový koeficient = [(SEC x P x K) / NCV x SWG] / P = [(4,3 GJ/t x 16,67 t/h x 238,85 x 103) / 8500 kcal/Nm3 x 10,6 Nm3/h] / 16,67 t/h = 1,28 x 10‐3 Příklad 4 – Obalové sklo Typ pece: U-plamenná, regenerativní Kapacita pece: 100 t/den, což odpovídá 4,17 t/h (P) Palivo: zemní plyn s čistou výhřevností odpovídající 8500 kcal/Nm3 (NCV) Měrná spotřeba energie (pec): 6,9 GJ/t utavené skloviny (SEC) Koeficient pro přepočet z GJ na kcal: 238,85 x 103 (K) Stechiometrický objem odpadních plynů (vlhký, při 0% kyslíku) na 1 Nm3 zemního plynu: 10,6 Nm3 (SWG) Přepočtový koeficient = [(SEC x P x K) / NCV x SWG] / P = [(6,9 GJ/t x 4,17 t/h x 238,85 x 103)/8500 kcal/Nm3 x 10,6 Nm3/h] / 4,17 t/h = 2,06 x 10‐3 Průměrná hodnota výše uvedených vypočítaných přepočtových koeficientů odpovídá 1,63 x 10-3
448
Sklářský průmysl
Reference
REFERENCE [2]
UKDoE, Pollution Control at Large Glass Works, Environmental Resources Limited, 1991.
[4]
EPA, Alternative Control Techniques Document – NOX Emissions from Glass Manufacturing, Unites States Environmental Protection Agency, 1994.
[6]
EEO, Energy Efficiency Environmental Control in the Glass Industry, Good Practice Guide 127, Energy Efficiency Office UK, 1995.
[7]
Ind.duVerre, Reduction des Emissions d 'Oxydes d'Azote dans l'Industrie du Verre, Comité de Suivi du Verre, Arreté du 14mai 1993, 1996.
[9]
IPC Guidance S2 3.03, IPC Guidance note S2 3.03, Manufacture of glass fibres, other nonasbestos mineral fibres, glass frit, enamel frit and associated processes, 1996.
[15]
ETSU, Energy technology in the Glass Industry Sector (Thermie), AEA Environment and Energy, 1992.
[18]
Ercole, „Oxycombustion: The problems and Perspectives for Development of its Use in Glass Containers Production“, US Ceramic Society congress on glass, 1998, San Francisco.
[19]
CPIV, CPIV BAT Reference Document for the European Glass Industry, Comité Permanent des Industries du Verre, 1998.
[20]
Ehrig et al., Five years of operational experience with the SORG LoNOx Melter, Glastech. Ber. Glass Sci. technol. 68, 1995.
[22]
Schott, Schott Guide to Glass second Edition, Ed HG Pfaender, Chapman & Hall, 1996.
[25]
FENIX, Saint-Gobain Vitrage Reduit les rejets de NOX du Float D'Aniche á prés de 500 mg/Nm³ par des mesures Primaires, L'Industie Ceramic & Verriere, 1998.
[26]
Special Glass, Reference Document of the European Special Glass Industry for the implementation of Directive 96/61/EC, Comité Permanenet des Industries du Verre, 1998.
[27]
EURIMA, EURIMA BAT Reference note on insulation wool production, European Insulation Manufacturers Association, 1998.
[28]
Domestic, Reference Document of the European Tableware and Domestic Glass Industry for the implementation of Directive 96/61/EC, Comité Permanent des industries du Verre, 1998.
[30]
Infomil, Dutch Notes on BAT for the Glass and Mineral Wool Industry, Infomil for Dutch Ministry of Environment (directorate for Air and Energy), 1998.
[31]
CPIV, An examination of the low environmental impact of dust emitted by soda-lime glass furnaces, 1998.
[33]
Beerkens, Abatment of glass furnace emissions techniques, performance, costs and possible combinations of abatement techniques, 1999.
[38]
FENIX, method and Device for Reducing NOX Emission in a Glass Furnace, 1998.
[40]
Shulver et al., 3R Technology: An Update, Pilkington, 1997.
[41]
ECFIA, Information Report on Environmental Performances of RCF Manufacturing Plants in Europe, ECFIA, 1998.
[42]
VDI, Verein Deutscher Ingenieure Guidelines (VDI 2578) Emission Control Glassworks (DRAFT), VDI, 1997.
[46]
Illy et al., „Processes for heat recovery and energy savings in oxy-fired glass furnaces: a technology survey“, International Glass Journal, Vol. No 96, 1998.
[47]
ANFFECC, Reference Document of the Spanish Frits Industry for the Implementation of the Directiva IPPC 96/61/EC, 1999.
[49]
ADEME, Les techniques de désulfuration des procédés industriels, 1999.
[59]
SORG, SORG Brochure on Flex Melter – „Discontinuous Production Constant Quality“, GmbH & Co KG, 1999.
Sklářský průmysl
455
Reference
[60]
SORG, SORG Brochure on LoNOx Melter, GmbH & Co KG, 1999.
[62]
CPIV Update for Glass BREF, „Breakdown between glass sectors“, Personal Communication, 2007.
[63]
CPIV Annual report, Statistical annual report 2006–2007, 2007.
[64]
FEVE, „First contribution of data to the Glass BREF revision of Container glass sector“.
[65]
GEPVP-Proposals for GLS revision, „Proposal from GEPVP (European Flat Glass Manufacturer Association) for the revision of the Glass BREF“, Personal Communication, 2007.
[66]
APFE UPDATE IPPC Glass BREF, UPDATE IPPC Glass BREF by Continuous Filament Glass Fibre data (APFE), 2007.
[67]
APFE Plant survey, „APFE Plant survey CFG 2005“, Personal Communication, 2007.
[68]
Domestic Glass Data update, Data update for BREF review related to domestic glass, 2007.
[69]
EURIMA data collection, „Tables with data from 2005 submitted by EURIMA (Mineral Wool Sector) for GLS BREF review“, Personal Communication, 2007.
[70]
VDI 3469-1, Emission control: Production and processing of fibrous materials – Fibrous dusts – Fundamentals, Overview (Verein Deutscher Ingenieure) March 2007, 2007.
[71]
VDI 3469-5, Emission control: Production and processing of fibrous materials – High temperature insulation wool (Verein Deutscher Ingenieure) March 2007, 2007.
[73]
Special Glass Proposal, Proposal of review for the Glass BREF from Special glass sector, 2007.
[74]
Special Glass breakdown, Special glass sector beakdown table, 2007.
[75]
Germany-HVG Glass Industry report, Final report: BAT in the German Glass industry, HVG Hüttentechnisch Vereinigung Der Deutschen Glasindustrie E. V., 2007.
[76]
TNO SO₂, Inventory of SO₂ emissions and emission reduction potential in the Netherlands glass industry., 2007.
[78]
DUTCH Oxy-firing furnaces, NOX-emissions container glass melting oxy-fuel furnaces in the Netherlands, 2007.
[79]
TNO Oxy-firing 2005, ATIV Final, OXYGEN-FIRED GLASS FURNACES: EXPECTATIONS AND EXPERIENCES IN THE GLASS INDUSTRY IN THE LAST 15 YEARS, 2005.
[84]
Italy Report, „Italian contribution to Glass BREF Review-2. GLASS INDUSTRY Data“, Personal Communication, 2007.
[85]
Spanish BAT Glass Guide, Draft of: „Guia de mejores tecnicas disponibles en Espana“ in the glass manufacturing sector – July 07, 2007.
[86]
Austrian container glass plants, Austrian BREF contribution for container glass plants, 2007.
[88]
FEVE Proposal Ch. 4-NOX, Proposed modified texts of Chapter 4 for NOX reduction – FEVE (Glass container), 2007.
[89]
EURIMA Suggestions, Suggestions for text changes to the IPPC BREF Note, 2007, 2007.
[92]
ITC – C071603, ITC – C071603 on the „Current situation of NOx emission values in ceramic frit manufacture. Evaluation of primary measures and abatement techniques“, 2007.
[93]
EURIMA data tables 80%, EIPPCB Data tables submitted 18_July 07_1, 2007.
[94]
Beerkens – APC Evaluation, Evaluation of costs associated with air pollution control for glass melting furnaces, 2008.
[96]
TNO-TPD Energy efficiency benchmarking, Energy efficiency benchmarking of glass furnaces., 2003, p. 11.
456
Sklářský průmysl
Reference
[98]
ANFFECC Position of the Frit Sector, Position of the Ceramic Frit Sector in the forthcoming review of the Glass BREF Specific analysis of NOx emissions, 2005, p. 78.
[99]
ITC-C080186, Positioning of the frits sector related to NOx emissions in regard to the revision of the GLS BREF, 2008, p. 7.
[100] ICF BREF revision, ICF answer on the use of Lead for Crystal Industry, ICF (International Crystal Federation), 2007. [101] Bruno D. BATwater, Use of water and wastewater in domestic glass manufacturing, Université du littoral Côte d’Opale, 2007, p. 27. [109] Schep, A decade of oxy-fuel, „A decade of oxy-fuel glass melting in The Netherlands“, 2003, p. 6. [110] Austria, Domestic glass plants, Plant visit reports: Austrian domestic glass plants, Umweltbundesamt, 2007. [111] Austrian Special glass Umweltbundesamt, 2006.
plant,
Plant
visit
report
Austrian
special
glass
plant,
[112] Austrian glass wool plant, Plant visit report: Austrian glass wool plant, Umweltbundesamt, 2006. [113] Maguin CerCat process, CerCat (Ceramic and Catalytic) FLUE GAS TREATMENT PROCESS, 2008, p. 3. [115] EURIMA-ENTEC Costs evaluation, Evaluation of costs associated with air pollution control for the mineral wool sector, 2008, p. 58. [116] ECFIA, „New text Proposal for Section 1.9 of BREF page 29/30 comment N° 7“, Personal Communication, 2008. [117] GWI, VDI-Berichte Nr. 1988, Anwendung der flammenlosen Oxidation Glasschmelzwannen mit rekuperativer Luftvorwärmung – Glas-FLOX®, 2007.
für
[118] CTCV Data for BREF revision, Data provided from CTCV for Glass BREF revision., CTCV (Technological Centre for Ceramic and Glass industry from Portugal), 2007. [120] CTCV, ESP Installation, CTCV, 2009, p. 4. [121] EC, BREF on Emissions from Storage (EFS), 2006. [122] EC, BREF on General Principles of Monitoring (MON), EIPPCB, 2003, p. 123. [124] EC, BREF on Energy Efficiency (ENE), 2009. [125] FEVE, Correction to Chapter 1, 2009. [126] FEVE, Corrections to Chapter 3, 2009. [127] Glass for Europe, Proposed corrections to Section 1.4, 2008. [128] ECORYS, FWC Sector Competitiveness Studies – Competitiveness of the Glass Sector, 2008. [129] EN 1094-1, European Standard – Insulating refractory products: Terminology, classification and methods of test for high temperature insulation wool products, 2008. [130] CPIV, „Number and type of furnaces“, Personal Communication, 2008. [131] APFE, „Composition of E glass“, Personal Communication, 2008. [132] Special, Glass compositions, 2008. [133] EURIMA Contributions November, „Contribution after Interim Meeting“, Personal Communication, 2008. [134] ANFFECC, Contribution to the meeting ANFFECC-IPTS, July 2008, 2008. [135] NEPSI, Good practice guide on workers health protection through the good handling and use of crystalline silica and products containing it, European Network on Silica, 2006. [136] EURIMA, „Information after Interim Meeting“, Personal Communication, 2008. [137] Domestic glass, ‹Energy consumption – Examples“, Personal Communication, 2008. Sklářský průmysl
457
Reference
[138] EC, BREF on Large Volume Inorganic Chemicals – Solids and Others (LVIC-S), 2007. [139] European Commission, BREF on Surface Treatment using Organic Solvents, 2007. [140] Domestic Glass, „Comments to Section 3.6.5“, Personal Communication, 2008. [141] Special glass, „Contribution for Chapter 3“, Personal Communication, 2008. [142] EURIMA August, August 2008 New Tables, 2008. [143] ECFIA November, „Contribution for chapters 1 and 3“, Personal Communication, 2008. [144] ITC November, Report C082655 on diffuse/fugitive emissions, 2008. [145] France contribution, Glass furnace flue gas treatment with dry sodium bicarbonate and treatment of residues, 2007. [146] EURIMA, Waste injection into stone wool melting furnace, 2007. [147] Kobayashi et al., „Development of an advanced batch/cullet preheater for oxy-fuel fired glass furnace“, 68th Conference on Glass Problems, 2007, Columbus, OH, USA. [148] Beerkens, „Energy saving options for glass furnaces & recovery of heat from their flue gases“, 69th Conference on Glass Problems, 2008, Columbus, OH, USA. [149] Rue et al., „Recent developments in submerged combustion melting“, 67th Conference on Glass Problems, 2006, Ohio, USA. [150] Knauf, „ECOSE Technology“, Personal Communication, 2008. [151] Madison Filter Ltd., Low density ceramic filter elements, 2008. [152] Finland contribution, NASU electrostatic precipitator, 2009. [153] Germany Precious, Precious cullet preheater, 2007. [154] EC, BREF on Waste Incineration (WI), 2006. [155] NER April, Description of the cost effectiveness methodology, INFOMIL, 2003. [156] EC, BREF on Economics and Cross-Media Effects (ECM), 2006. [157] European Commission – Green Paper, Green Paper – Towards a European strategy for the security of energy supply, 2000. [158] EEA – NEC report, NEC Directive status report 2008, European Environment Agency, 2008. [159] Glass for Europe, Low-E Insulating Glass for Energy Efficient Building, 2009. [160] Glass for Europe, Solar Control Glass for Greater Energy Efficiency, 2008. [161] Special glass, „Investment costs for special glass installations“, Personal Communication, 2008. [162] ICG-TC 13, „Selenium emissions from glass melting furnaces: formation, sampling and analysis“, Glass Technology: European Journal of Glass Science and Technology, Vol. Part A, Volume 47, 2006, pp. 29–38. [163] Glass for Europe, „Variation of dust emissions behind an ESP“, Personal Communication, 2009. [164] France – Example installation, Euroglas Hombourg, France – Gerard Genuit, Gilles Guilloteau, 2001. [165] France, „French contribution to final draft“, Personal Communication, 2010. [166] ITC-C100244, Additional information to the Conclusions of the Final TWG Meeting for the review of the GLS BREF, Instituto de Tecnologia Ceramica, 2010. [167] Hans van Limpt (TNO), Modeling of Evaporation Processes in Glass Melting Furnaces, 2007. [168] CPIV – Health Risk Assessment, Evaluation of Health Risk Assessment from the dust emissions of a Glass Container Factory, 2009. [169] NEPSI-Good Practice Guide, Good Practice Guide on Workers Health Protection through the Good Handling and Use of Crystalline Silica and Products Containing it, NEPSI, 2006. 458
Sklářský průmysl
Reference
[170] N. Harris, „Cloud Chamber Scrubber“, Personal Communication, 2009. [171] Tri-Mer Corporation, Cloud Chamber Scrubber, 2010. [172] NeR, April, Monitoring Emissions, 2003, p. 9. [173] SSV-Stazione Sperimentale del Vetro, „Limiti di rivelabilita e incertezza estesa dei metodi per la misura delle emissioni“, Personal Communication, 2010. [174] EURIMA position, „Eurima Communication, 2010.
position
on
new
product
formulations“,
Personal
[175] CTCV, „Detection limit values“, Personal Communication, 2010. [176] TRGS 619, Substitute materials for aluminium silicate wool products, Committee on hazardous Substances – AGS management – Federal Institute for Occupational Safety and Health, 2007. [177] VDI 3677 Part 1, draft edition, Filtering separators, 2009. [178] Glass International September, „Particle size range in the waste gas of flat glass furnaces“, Glass International, 2009. [179] ISO, ISO 14001: 2004 http://www.iso.org/iso/iso_14000_essentials.htm, 2004. [180] DG Environment, What is Emas? http://ec.europa.eu/environment/emas/index_en.htm, 2010. [181] Reg. 1221/, REGULATION (EC) No 1221/2009 of the European Parliament and the Council of 25 November 2009 on the voluntary participation by organisations in a Community eco-management and audit scheme (EMAS), repealing Regulation (EC) No 761/2001 and Commission Decisions 2001/681/EC and 2006/193/EC., 2009. [182] IAF, International Accreditation Forum website http://www.iaf.nu, 2010.
Sklářský průmysl
459
