Две основни технологии за непрекъснато получаване на базалтови влакна

1. Метод на пламъка

Пламъчният метод включва производствен процес, при който топлината се подава директно към повърхността на Базалт се топят в пещ за базалт с огнеупорна тухлена конструкция. Тази топлина обикновено се генерира от пламъци (като горене на природен газ-кислород или горещ въздух, или плазмени пламъци) от горната част на пещта. Този метод на основно нагряване може да бъде допълнен от нагряване на долния електрод. Целият процес обхваща топене, избистряне и формоване.

Малките, самостоятелни пламъчни пещи, които в момента са масово разпространени в индустрията, използват само горно нагряване чрез горене на природен газ и нямат спомагателни долни електроди. Поради високата си консумация на енергия, високите производствени разходи и ниската рентабилност на продукта обаче, повечето компании, използващи тази технология, изпитват сериозни загуби и са на ръба на фалита.

Насоката за развитие на пламъчния метод е пламъчно нагрявана резервоарна пещ, който използва подход на „газоелектрическа комбинация“ с горно горене на природен газ-кислород и спомагателно нагряване на долния електрод. Този метод на „газоелектрическа комбинация“ е абсолютната водеща технология за производство Стъклени влакнаТези пещи за стъклени влакна работят много зряло и успешно, особено единичните пещи, които почти са се превърнали в стандарт за проектиране на пещи за изтегляне на стъклени влакна с резервоар. Положени са усилия за прехвърляне на тази технология към непрекъснато производство на базалтови влакна, но въпреки ограничените опити, успех все още не е постигнат. През последните две години някои предприеха различен подход, преминавайки от чисти естествени вулканични скални суровини към формулирани суровини (т.е. включващи голяма част от невулканична скала). Това доведе до успешното въвеждане в експлоатация и експлоатация на производствени линии за пламъчно нагрявани резервоарни пещи с капацитет 10 000 тона/годишно и 3500 тона/годишно.

2. Метод на изцяло електрическо топене

Методът на изцяло електрическо топене включва производствен процес, при който електрическата енергия се подава директно във високотемпературната базалтова стопилка в базалтова пещ с огнеупорна тухлена конструкция. Това се постига чрез електроди (като графит, молибден, калаен диоксид и др.) или (и) други физични методи (като плазмени методи). Тази технология обхваща топене, избистряне и формоване.

Китайският метод за непрекъснато топене на базалтови влакна с изцяло електрическо топене започна с националната програма 863 през 2002 г., в рамките на която беше завършен малък самостоятелен апарат за изтегляне на пещ, използващ този метод. Значителни пробиви в непрекъснатото топене... базалтови влакна Технологията за изцяло електрическо топене и изтегляне беше постигната през 2016 г. със завършването на пилотен проект на изцяло електрическа пещ за топене с капацитет хиляда тона/годишно. Тази система използва многоредови прогресивни електроди, позволяващи дълбочина на нивото на стопилката до 1300 мм. Диаметърът на монофиламента на продукта е концентриран между 9-22 μm, а общата консумация на енергия на единица е 3,0-3,5 kWh/kg, което демонстрира отлични енергоспестяващи ефекти. През 2018 г. официално беше пусната в експлоатация изцяло електрическа производствена линия за пещи за топене с капацитет 1200 тона/годишно („едно към осем“, използваща 400-дупкови дюзи). Тя работи стабилно повече от три години, което потвърждава, че животът на пещта може да достигне повече от три години.

Към днешна дата, за чисти естествени вулканични скални суровини, технологията за непрекъснато производство на базалтови влакна се поддържа само на ниво технология на резервоарна пещ с капацитет хиляда тона/година и изключително за изцяло електрическия метод на топене.

3. Сравнение на двата технологични пътя

Характеристиките на високата температура базалтова стопилка, а именно лошата му топлопроводимост, високият вискозитет и късите свойства на материала, са именно това, което прави производството на непрекъснати базалтови влакна предизвикателство.

• Метод на пламъка

Пламъчният метод, сравнително зряла технология, въведена от бившия Съветски съюз (сега Русия и Украйна) и адаптирана за специфичните условия на Китай, е получил широко приложение. Най-големият му недостатък в индустриализацията обаче са високите производствени разходи и ниската рентабилност, до голяма степен поради присъщи физически структурни дефекти в самия метод.

Ниско използване на топлина

При този метод природният газ се изгаря от горната част на пещта, като пламъкът директно нагрява повърхността на базалтовата стопилка. Над 60% от топлината се отразява от повърхността на стопилката и се отвежда от отработените газове. Като се има предвид, че високотемпературната базалтова стопилка има топлопроводимост десет пъти по-ниска от високотемпературната стъклена стопилка, топлопреносът е изключително бавен. Малките, еднокомпонентни пещи могат да поддържат дълбочина на стопилката само около 15 см. Докато пещите с пламъчно нагряване от 10 000 тона/годишно на базалтов резервоар могат да достигнат дълбочина на стопилката от 50 см с допълнително нагряване на долния електрод, стопилката образува чиниевидна структура в пещта, което води до голяма специфична повърхност и значително разсейване на топлината. Загубите на топлина през изолационните материали надвишават 10%. Следователно, действителният коефициент на оползотворяване на топлината е по-малък от 30%.

Качество с ниска точка на топене

Поради плиткото ниво на топене при пламъчния метод, секциите за избистряне и хомогенизиране не могат да постигнат пълна хомогенизация, което води до по-ниско качество на топене.

Емисии на отработени газове

Изгарянето на природен газ произвежда отработени газове като серни и азотни оксиди.

Емисии на парникови газове

Като изкопаемо гориво, изгарянето на природния газ отделя значителни количества CO2, парников газ.

Високи инвестиции в оборудване

Справянето с емисиите на отработени газове от изгарянето на природен газ изисква мерки за контрол на замърсяването. Ниското използване на топлина изисква и мерки за оползотворяване на отпадната топлина. Освен това, изгарянето на чист кислород изисква оборудване за генериране на кислород. Тези три фактора значително увеличават инвестициите в оборудване. Единичната инвестиция за пламъчния метод е приблизително 11 000-20 000 RMB на тон.

• Метод на изцяло електрическо топене

В сравнение с пламъчния метод, изцяло електрическият метод на топене предлага забележителни предимства.

Високо качество на топене

Технологията за изцяло електрическо топене се основава на принципа, че стопилката е електропроводима във високотемпературно разтопено състояние, което позволява директното подаване на електрическа енергия към стопилката за вътрешно нагряване. Вертикалното разположение на електродите улеснява вертикалното топене. Изцяло електрическите топилни пещи с капацитет от хиляда тона годишно могат да постигнат дълбочина на стопилката над 1,2 метра, осигурявайки по-дълга секция за избистряне и хомогенизиране. Високотемпературната изотермична зона в резервоара е по-дълбока, което води до по-добро качество на топене и хомогенизиране на базалт.

Енергийна ефективност

Директното вътрешно нагряване на стопилката, вертикалното топене, по-дълбоките резервоари и покритието със студен материал върху повърхността на стопилката допринасят за високи скорости на топене и висока термична ефективност. Първо, електродите, директно вкарани в стопилката, осигуряват пълно оползотворяване на джаулевата топлина. Второ, дълбокото ниво на стопилката, с дълбочина, приближаваща се до вътрешния диаметър на пещта, води до по-малка, почти минимална специфична повърхност за стопилката. Тази геометрична структура значително намалява разсейването на топлина в сравнение с чиниевидната структура на пламъчния метод. Трето, покритието със студен материал върху повърхността на стопилката образува „студен плот на пещта“, което допълнително намалява загубите на топлина.

Нисък въглероден отпечатък

Изцяло електрическата технология за топене елиминира въглеродните емисии, свързани с изгарянето на природен газ при пламъчния метод. Въглеродните емисии се определят единствено от енергийния микс на електропреносната мрежа. Ако се използва водноелектрическа енергия или други възобновяеми енергийни източници, могат да се постигнат нулеви въглеродни емисии.

По-ниски инвестиции

Тъй като изцяло електрическият метод на топене не включва изгаряне на природен газ с чист кислород, няма нужда да се инвестира в оборудване за пречистване на отработените газове или оборудване за генериране на кислород. Освен това, покритието на повърхността на стопилката със студен материал означава, че не се изисква инвестиция в оборудване за оползотворяване на отпадната топлина. Следователно, единичната инвестиция за изцяло електрическия метод на топене е по-ниска.

Предимство на разходите

Значителните икономии на енергия и по-ниската амортизация на дълготрайните активи се изразяват в отчетливо предимство по отношение на разходите.