ИТС 5-2015 Производство стекла

     1.3.1 Листовое стекло

Производство листового стекла является вторым по величине сектором в стекольной промышленности Российской Федерации, который составляет приблизительно 25% от общего объёма производства стекольной продукции. В настоящее время в Российской Федерации производится только один вид листового стекла - флоат-стекло, которое используется для изготовления изделий строительного, технического и мебельного назначения. В прошлые годы в стране функционировали предприятия, выпускавшие листовое стекло методом вертикального вытягивания, прокатное стекло (в том числе армированное). В процессе обмена информацией при подготовке настоящего справочника не участвовали предприятия, производящие листовое стекло иными методами, кроме флоат-процесса; сведения о деятельности таких предприятий в настоящее время недоступны. Не исключено, что при поступлении информации о функционировании таких предприятий и о готовности их предоставить сведения о своей ресурсоэффективности и экологической результативности потребуется актуализация настоящего справочника.

В год сектор производит приблизительно 2,7 млн т стекла на 12 флоат-линиях компаний, работающих в Российской Федерации.

Изготовление листового стекла в Российской Федерации представлено как ведущими международными (Asahi Glass, NSG, Guardian Industries, Sisecam, Saint-Gobain), так и такими известными российскими компаниями, как АО "Салаватстекло", АО "СаратовСтройСтекло", АО "Каспийский завод листового стекла".

Основные производственные мощности расположены в центральной и южной частях Российской Федерации, а также в Республиках Башкортостан, Дагестан и Татарстан (см. таблицу 1.3.1).

Таблица 1.3.1 - Размещение заводов по производству флоат-стекла в Российской Федерации (по состоянию на 1 августа 2015 г.)

Основными сегментами рынка листового стекла в Российской Федерации являются светопрозрачные конструкции и интерьерное стекло (75%-85%), остальные 15%-25% приходятся на автомобильную промышленность и транспортное машиностроение, а также производство мебели и бытовой техники.

Открытие дополнительных современных стекольных заводов позволило практически полностью заместить импорт стекла стекольной продукцией российского производства.

Российская стекольная индустрия является одной из самых конкурентоспособных отраслей отечественной экономики: большинство заводов построены в последние 10 лет в соответствии с лучшими мировыми стандартами и выпускают качественную конкурентоспособную продукцию. Подтверждением тому является активное развитие несырьевого экспорта. Помимо таких традиционных рынков сбыта, как страны СНГ, российская стекольная индустрия активно завоёвывает новые рынки.

     1.3.2 Тарное стекло

Тарное стекло - одна из наиболее крупных подотраслей стекольной промышленности Российской Федерации, занимающая более 50% рынка выпускаемой отраслью продукции. В среднем в год в стране производится около 7 млн т тарного стекла. Потребление данной продукции в разных сегментах экономики (по данным АО "Институт стекла") показано на рисунке 1.1.

     1.3.3 Сортовое стекло

Сектор сортового стекла является одним из небольших секторов стекольной промышленности (приблизительно 4% общего объёма производства). Этот сектор охватывает изготовление стеклянной столовой посуды, сосудов для вина и напитков, художественно-декоративных изделий. Изготовление сортового стекла получило очень широкое распространение по всей России, но в настоящее время многие заводы закрыты или работают на малой мощности; общий объём производимой продукции составляет приблизительно 0,5 млн т стеклоизделий в год.

Сектор стеклянной посуды отличается большим разнообразием продукции и реализуемых технологических процессов. Диапазон выпускаемой продукции - от большого количества массовых изделий до дорогостоящих хрустальных графинов, бокалов, салатников, ваз, эксклюзивных кубков и высокохудожественных изделий. Методы изготовления продукции предусматривают использование как ручного труда (ручное стекловыдувание, огранка, гравировка), так и полностью автоматизированных устройств.

     1.3.4 Непрерывное стекловолокно

Производство стекловолокна следует рассматривать как химическое производство искусственных и синтетических волокон, однако, в официальных документах [6, 7] производство стекловолокна поименовано в перечне областей применения НДТ и объектов I категории в группе, связанной с производством стекла. В связи с этим процессы производства стекловолокна рассмотрены в данном информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям.

Стеклянные волокна служат конструкционными, электро-, звуко- и теплоизоляционными материалами. Их используют в производстве фильтровальных материалов, стеклопластиков, стеклянной бумаги и др. Как правило, А-стекло перерабатывают в штапельные волокна и используют в виде матов и плит для звуко- и теплоизоляции. Стекловолокнистые материалы благодаря высокой пористости имеют малый коэффициент теплопроводности (0,03-0,036 Вт/(м·К)). Ткани из С-стекла применяют в химической промышленности для фильтрации кислотных и щелочных растворов, для очистки воздуха и горячих газов. Срок службы фильтров из стеклянного волокна значительно выше, чем фильтров из обычных текстильных материалов. Ткани из стекла А и Е используют в производстве стеклотекстолитов.

Из высокопрочных волокон S-стекла получают композиты для самолето- и аппаратостроения. Кварцевые волокна являются высокотемпературными диэлектриками и жаростойкими материалами.

Для защиты от действия рентгеновского и радиоактивного излучения используют так называемые многосвинцовые и многоборные стеклянные волокна. Оптические (светопрозрачные) стеклянные волокна применяются в производстве световодов и стекловолокнистых кабелей.

     1.3.5 Силикат натрия растворимый (специальное стекло)

Растворимые силикаты натрия и калия являются продуктами производства (товарной продукцией) стекольных заводов различного профиля. Натриевая силикат-глыба является, как правило, содовой, лишь в отдельных случаях в качестве натриевого компонента применяют сульфат натрия, в основном в смеси с содой. Жидкие стекла, сваренные из калиевой силикат-глыбы отличаются большей вязкостью. Для варки калиевой силикат-глыбы используются печи малой производительности, так как её потребление низкое (из-за высокой стоимости), а для натриевой - печи большей производительности, от 30 до 350 т/сут. Натриевые и калиевые жидкие стекла, полученные из силикат-глыбы, применяют во многих отраслях промышленности: лакокрасочные материалы и покрытия; литейное производство; электродно-флюсовое производство; производство строительных материалов; производство моющих средств; нефтедобыча; горно-обогатительная индустрия; химическая промышленность.

Из общего выпуска растворимых силикатов основное количество (свыше 90%) приходится на растворимый силикат натрия (силикат-глыбу), в связи с чем в настоящем документе рассматривается именно производство растворимого силиката натрия.

Термин "специальное стекло" включает также электровакуумное стекло, химико-лабораторное стекло (стеклянные трубки, колбы, мензурки и воронки), стекло для осветительных приборов (трубки и колбы), боросиликатные стеклянные трубки, оптическое стекло, кварцевое стекло, стекло для электронной промышленности и др. Однако в этой группе практически нет крупных предприятий, сравнимых по объёмам производства с заводами листового или тарного стекла, которые выпускали бы только продукцию этой группы.

     2.1.1 Сырьевые материалы и подготовка шихты

Наиболее распространённым в массовом производстве тарного, листового и сортового стекла является базовый пятикомпонентный натрий-кальций-алюмосиликатный состав, представленный следующими оксидами, масс. %: - 68-73, - 0-3, - 14-17, CaO - 0-10, MgO - 0-5 [30, 32].

Сырьевые материалы, которые используются для производства стекла, делятся на основные и вспомогательные. К основным относятся искусственные и природные материалы, которые содержат компоненты, обеспечивающие оксидный состав, температурно-временной режим варки, способ формования стекла, режим отжига и физико-химические свойства изделий. К вспомогательным относятся соединения, отвечающие за процессы осветления (осветлители), окрашивания и глушения (красители и глушители), а также регулирования кислотно-основных и цветовых характеристик (окислители и восстановители) стекломассы и изделий.

Критериями выбора того или иного сырьевого материала для производства стекла служат содержание в нём основного компонента, содержание вредных (красящих, тугоплавких и т.п.) примесей и гранулометрический состав. В производстве бесцветных стёкол повышенного качества правильнее использовать синтетические и искусственные сырьевые материалы (сода, поташ, технический глинозём, борная кислота, оксид свинца и т.д.), тогда как при изготовлении изделий из полубелых и цветных стёкол более рационально использовать природное сырьё (полевые шпаты, нефелин, каолин, мел, мрамор, известняк и т.п.). Природное сырьё дешевле синтетического и искусственного, но отклонения как в содержании основного компонента, так и в составе примесей может резко отличаться от партии к партии, что следует учитывать при выборе того или иного вида сырья.

Основными сырьевыми материалами для стекольного производства являются [29]:

- кварцевый песок - источник оксида кремния () - основного компонента в составе стекла;

- кальцинированная сода (карбонат натрия ) - для введения оксида натрия (), который снижает температуру варки;

- поташ (карбонат калия ) - для введения оксида калия (), увеличивающего "длину" (вязкостную характеристику при формовании) стекла;

- мел, известняк, мрамор (карбонаты кальция ) - источники оксида кальция (СаО);

- доломит (двойной карбонат кальция и магния ) - введением оксидов кальция (СаО) и магния (MgO) можно регулировать температуру плавления и вязкость; они улучшают механические и химические свойства;

- глинозём (оксид алюминия ) - добавляют, чтобы улучшить стойкость к химическому воздействию.

К основным сырьевым материалам также относят свинцовый глёт или свинцовый сурик (PbO и ), которые используют для получения хрустальных стёкол с высокими показателями белизны и преломления.

Среди сырьевых материалов для специальных видов стёкол, например для выработки стекловолокна, необходимо использовать борную кислоту (), поскольку оксид бора () повышает химическую стойкость к агрессивным средам, а также оксиды титана и циркония.

Вспомогательные сырьевые материалы для стекольного производства. [29] Осветлители, окислители и восстановители - это соединения, выделяющие газовую фазу при высоких температурах за счёт реакций разложения или окисления-восстановления. Наиболее распространённые соединения, которые используют в качестве осветлителей и окислителей, - это нитрат и сульфат натрия, хлорид натрия, оксид сурьмы. Восстановители - уголь, сажа, виннокислый калий.

Процесс окрашивания стекла основывается на протекании окислительно-восстановительных реакций, переводе красящих ионов в необходимое валентно-координационное состояние, а также стабилизации размеров атомов и молекул в составе стекла. Существует широкий ряд оксидов, бескислородных солей и металлов, которые используют для окрашивания силикатных, фосфатных свинцовых и других видов стёкол. Так, в присутствии оксида меди стекло окрашивается в голубой цвет, кобальта - в синий, хрома - в зелёный, сульфоселенида кадмия - в красный, а металлического серебра - в жёлтый. Наибольший интерес среди красящих ионов представляют ионы железа, поскольку большинство природных сырьевых материалов содержат примесные количества оксида железа: Fe (III) даёт интенсивную янтарно-жёлтую окраску, a Fe (II) - более слабую зелёную.

Для получения полупрозрачных (опалесцирующих) или непрозрачных (глушеных) стёкол используют соединения фтора и фосфора криолит (), фтористый кальций , кремнефтористый натрий .

Сырьевые материалы поступают на склад россыпью, в баулах, мешках или бочках и подвергаются входному контролю химического и гранулометрического состава в соответствии с требованиями, заложенными в технологическом регламенте. Природное сырьё, как правило, требует дополнительной обработки. Пески очищают от посторонних примесей при помощи магнитной обработки, просеивают и сушат; известняк, мел, доломит, полевой шпат дробят и просеивают; соду, поташ и другие компоненты растаривают и при необходимости просеивают. Однако современные стекольные предприятия отказываются от практики дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовые к использованию сырьевые материалы.

Подготовленные сырьевые материалы поступают в расходные бункера весовой линии и взвешиваются в соответствии с заданной рецептурой шихты. После взвешивания они направляются в смеситель для равномерного распределения всех компонентов по всему объёму порции. При необходимости введения в состав вспомогательного материала его предварительно смешивают с одним из основных компонентов шихты и затем загружают в смеситель. Контроль однородности перемешивания осуществляется заводской лабораторией в соответствии с регламентом выпуска продукции.

Для облегчения процесса варки стекла часть шихты, необходимой для получения 100 массовых частей стекломассы заменяют стекольным боем (далее - стеклобой). Соотношение шихты к стеклобою устанавливается предприятием и зависит от конструкционных особенностей и продолжительности кампании печи, требований к качеству стекломассы, экономических показателей производства. Соотношение шихта: бой варьирует в широких пределах. На стеклотарных заводах России оно, как правило, составляет 50:50. Характерный показатель использования боя в производстве листового стекла - (90-75):(10-25). Предприятие может применять как собственный, так и привозной стеклобой. Основным способом подготовки стеклобоя к использованию является его очистка от посторонних примесей (керамики, металлов, органических веществ и т.д.) и измельчение. Многие современные стекольные предприятия отказываются от практики дополнительной обработки, предпочитая закупать уже готовый к использованию стеклобой. Использование стеклобоя позволяет снизить себестоимость продукции, продлить кампанию печи, уменьшить количество вредных выбросов [25].

     2.1.2 Процесс варки стекла

Стекловарение - это последовательность физико-химических процессов превращения смеси сырьевых материалов (шихты) в расплавленную стекломассу, готовую к формованию изделий. Принято выделять пять стадий процесса стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и студку. В печах периодического действия эта последовательность протекает во времени, и с учётом зависимости температуры печи от продолжительности варки можно выделить следующие интервалы: нагревание до максимальной температуры (стеклообразование, силикатообразование), выдержка при максимальной температуре (осветление, гомогенизация), охлаждение до температуры формования (студка). В печах непрерывного действия та же последовательность распределена по длине печи и зависит от температуры на каждом её участке [27].

Стандартным, наиболее распространённым и экономичным способом подачи тепла для варки стекла является сжигание газового топлива над слоем шихты и расплавленной стекломассой. Температура, необходимая для стекловарения, зависит от химического состава стекла, и составляет от 1100°С до 1650°С. При таких температуpax теплопередача осуществляется путём излучения от свода печи, который нагревается пламенем до 1650°С, и от самого пламени.

Использование электрического нагрева стекломассы весьма выгодно с точки зрения снижения вредных выбросов, образующихся при горении топлива, удобства регулирования всех стадий процесса стекловарения, высокого коэффициента полезного действия печи, однако проигрывает в стоимости энергетических затрат на варку.

Конструктивные особенности стекловаренных печей разных типов и производительности предусматривают организацию и контроль над тепловыми потоками как над зеркалом стекломассы, так и в расплаве, чтобы обеспечить однородность стекла, подаваемого на формование [30].

Силикатообразование. Сырьевые материалы, используемые в стекловарении, представляют собой соли и оксиды. На стадии силикатообразования из них формируются силикаты, которые затем образуют первичный расплав. Низкотемпературная стадия процесса стекловарения (до 500°С) состоит из многочисленных химических и физических процессов, таких как нагревание, удаление свободной и связанной воды, разложение простых и образование двойных карбонатов и т.п. При повышении температуры от 500°С до 900°С протекают химические реакции образования легкоплавких силикатов щелочных металлов, а в интервале температур от 900°С до 1200°С в целом завершается формирование и высокотемпературных силикатов, таких как силикаты кальция. Одновременно начинается плавление щелочных силикатов, образование и плавление эвтектических составов и растворение тугоплавких оксидов в первичном расплаве.

На этой стадии варки образуется самое большое количество газообразной фазы, состав которой определяется химическим составом сырьевых компонентов, оказывающих существенное влияние на состав вредных выбросов и окислительно-восстановительную атмосферу печи. Кроме того, существует опасность улетучивания щелочесодержащего сырья, что пагубно сказывается на состоянии огнеупоров в зоне загрузки.

Стеклообразование. Стадия стеклообразования заключается в постепенном растворении зёрен кварца в первичном расплаве. Длительность этой стадии определяет продолжительность всего процесса стекловарения и составляет не менее 70% от общей длительности, что обусловлено высокой вязкостью кварцевого расплава и низкой скоростью диффузии зёрен кварца в первичный расплав и катионов щелочных металлов в кварцевый расплав. Результатом является образование неоднородной полупрозрачной аморфной среды с большим количеством газовых включений.

По завершении фазы плавления количество расплавленного вещества составляет приблизительно 82%-88% от количества исходных сырьевых материалов из-за выхода газообразных составляющих.

Осветление и гомогенизация. Готовая к формованию стекломасса должна быть однородной и свободной от газовых пузырей. Готовые изделия нормируются по содержанию в них пороков стекловарения (кристаллических включений, аморфных включений или свилей, газовых включений - пузырей). В большинстве изделий массового спроса размеры и количество дефектов прописываются в стандартах и технических условиях.

Первичные кристаллические пороки, состоящие главным образом из кварца и его модификаций или различных силикатов, образуются при неполном проваре зёрен кварца из шихты, попадании в стекломассу частиц огнеупоров или металлических фрагментов оборудования. Вторичные пороки образуются при кристаллизации стекломассы в процессе выработки.

Аморфные включения являются стекломассой, химический состав которой отличается от заданного состава стекла. Основные причины их образования - расслоение шихты при транспортировке и загрузке в печь, нарушения температурно-временного режима варки, изменения направления и скорости конвективных потоков в печи.

Пузыри в стекломассе образуются в результате разложения сырьевых материалов, поглощаются из газового пространства печи, содержащего все составные части воздуха и продукты горения топлива и при взаимодействии стекольного расплава с огнеупорами печи. Наиболее часто при нормальной работе печи в готовой стекломассе присутствуют газовые пузыри - в основном карбонатные, сульфатные и нитратные.

Процессы освобождения стекломассы от аморфных и кристаллических пороков (осветление и гомогенизация соответственно) происходят одновременно. Оба процесса интенсифицируются при увеличении температуры в печи и перемешивании стекломассы. В печах периодического действия перемешивание осуществляют с помощью мешалок, в печах непрерывного действия - с помощью конвективных потоков в объёме ванны, бурления воздухом или дополнительного электроподогрева в зоне максимальных температур (квельпункта).

Пузыри в расплаве бывают крупные (более 5 мм), средние (от 1 до 5 мм) и мелкие - мошка (менее 1 мм). Для их удаления в состав шихты вводят осветители (например, нитрат натрия, оксид мышьяка, сажу), которые в области высоких температур образуют большое количество крупных газовых пузырей за счёт реакций разложения. Такие пузыри обладают большой подъёмной силой и, поднимаясь наверх, захватывают окружающие более мелкие пузыри. Тот же эффект достигается при бурлении стекломассы воздухом. Увеличение температуры в области квельпункта всегда благоприятно сказывается на однородности и осветлении стекломассы, однако существует определённый температурный предел, превышение которого негативно влияет на состояние огнеупоров.

В результате осветления и гомогенизации в зону студки попадает стекломасса однородного состава, свободная от аморфных и газообразных пороков.

При варке цветных стёкол следует очень внимательно относиться к выбору осветляющей добавки, поскольку большинство из них влияют на окислительно-восстановительные свойства расплава. Обычно окислительно-восстановительные условия варки тесно связаны со свойствами расплава, поэтому их характеризуют по содержанию кислорода и углекислого газа в атмосфере печи. Смещение окислительно-восстановительных условий в ту или иную сторону может привести к увеличению твёрдых и газообразных выбросов, в частности соединений серы.

Студка стекломассы. Завершающей стадией стекловарения является студка, т.е. процесс снижения температуры на 300°С-400°С до температуры, обеспечивающей однородное распределение температуры и вязкости стекломассы, необходимых для формования того или иного вида изделий.

Главное условие успешной студки - непрерывное медленное снижение температуры стекломассы без изменения состава и давления газовой среды в печном пространстве. Нарушение этого условия может вызвать сдвиг установившегося равновесия газов, растворённых в расплаве, и провоцирование "закипания" стекломассы, т.е. образование вторичного пузыря, избавиться от которого практически невозможно.

Для регулирования скорости процесса охлаждения используют такие устройства, как заградительные экраны, углубления в дне бассейна (deep refiner), разделение на отапливаемую и неотапливаемую части бассейна печи, мешалки с холодильниками и т.д.

     2.1.3 Стекловаренные печи

Выбор печи в технологии любого изделия является определяющим, поскольку от него в первую очередь зависит экономическая эффективность производства. Критериями выбора являются вид потребляемого энергоносителя, производительность, химический состав стекла и экологическая эффективность [11, 31, 37].

Существует несколько классификаций стекловаренных печей. Для целей настоящего справочника НДТ за основу взята их производительность.

Первая группа - печи производительностью более 500 т/сут - ванные регенеративные газовые печи непрерывного действия с поперечным направлением пламени. Как правило, их используют для производства листового флоат-стекла. В современных стекловаренных печах коэффициент полезного действия (КПД) достигает 33%-35%.

Вторая группа - печи средней производительности (100-500 т/сут) - ванные регенеративные газовые печи непрерывного действия. В зависимости от вида выпускаемой продукции они бывают двух типов: для производства флоат-стекла - с поперечным направлением пламени, а для производства стеклянной тары - с подковообразным. Печи с подковообразным направлением пламени гораздо экономичнее и экологичнее, поскольку в них работает всего две пары горелок, однако они требуют дополнительных устройств для регулирования окислительно-восстановительных условий, осветления и гомогенизации стекломассы. КПД печей средней производительности с подковообразным направлением пламени может достигать 40% и более.

Третья группа - печи малой производительности (2,5-100 т/сут) - малые регенеративные или рекуперативные газовые ванные печи, электрические печи горизонтального и вертикального вида и стекловаренные печи смешанного типа - газоэлектрические непрерывного действия, которые используются для варки хрустального, оптического и других специальных видов стёкол. Для газовых печей КПД не превышает 25%, для газоэлектрических достигает 35%-40%, для электрических печей составляет около 65%-70%.

Природный газ - основное топливо, используемое в российской стекольной промышленности, главным образом из-за его экономичности и экологичности по сравнению с жидким топливом. Большинство видов жидкого топлива, используемых для варки стекла, нуждаются в предварительном нагреве до 110°С-120°С, с тем чтобы снизить вязкость для заливки в ёмкости при транспортировке и распылении через наконечники горелок.

    
Рисунок 2.3.1 - Способы формования стеклянной тары [11]

Гранулят и отходы формования относятся к возвратному стеклобою.

Отформованная стеклянная тара подаётся в печь отжига. Отжиг - процесс охлаждения отформованной тары до температуры окружающей среды, при котором уменьшаются остаточные напряжения и предотвращается возникновение временных разрушающих напряжений. Основной нагрев рабочего пространства печи отжига обеспечивается поступающими на отжиг изделиями, для достижения кривой отжига за счёт подогрева природным газом или электричеством.

Для повышения эксплуатационной надёжности на поверхность стеклянной тары до загрузки в печь отжига и после печи отжига наносятся упрочняющее и защитное покрытия. Процесс упрочнения поверхности стеклотары "горячим" методом состоит в нанесении защитного оксидно-металлического покрытия на наружную поверхность стеклотары. В результате взаимодействия продуктов испарения рабочего реагента с поверхностью тары образуется защитная плёнка, которая предохраняет поверхность от разрушающего воздействия внешних факторов. Процесс нанесения покрытия на "холодном конце" состоит в нанесении на поверхность стеклотары защитного покрытия путём распыления форсунками полимерных композиций на водной основе. Такая обработка поверхности стеклотары снижает коэффициент трения, исключает потёртости на наружной поверхности стеклотары.

Нанесение оксидно-металлических покрытий на горячем участке и полимерных композиций на холодном участке производственных линий может повлечь за собой выбросы дыма и паров, прежде всего HCI и соединений олова (титана).

После рассортировки годная стеклянная тара поступает на линию упаковки, где собирается в паллеты с применением термоусадочной полиэтиленовой плёнки.

Упакованная стеклотара отправляется на склад готовой продукции для хранения и последующей реализации.

    
Рисунок 2.4.1 - Процесс прессования для формования изделий из стекла [11]

Процесс вытягивания показан на рисунке 2.4.2. Он применяется для получения изделий круглого сечения, таких как тарелки и мелкие чаши (миски). Каплю стекла опускают в форму, которая затем вращается, и изделие формируется в результате действия центробежной силы.

    
Рисунок 2.4.2 - Процесс вытягивания для формования изделий из стекла [11]

Отформованные изделия обычно подвергают огненной полировке для достижения требуемого качества поверхности, оплавке края (кромки) изделия и отжигают. Кромка изделия обрабатывается высокотемпературным пламенем за счёт сжигания газокислородной или кислородоводородной смеси. После огненной полировки изделия пропускают через печь отжига, и на их поверхности могут наноситься покрытия. В ряде случаев изделия пропускают не через печь отжига, а через линию закалки, чтобы повысить их механическую устойчивость и термостойкость.

Для изделий ручной работы с помощью трубки получают небольшую заготовку, пульку, которая для получения нужной формы формуется с использованием деревянных или металлических форм. Изделия переносят в печь отжига, чтобы исключить любые внутренние напряжения. При полуавтоматическом производстве некоторые этапы процесса (комплектование, формовка и обработка) выполняются с помощью машин или роботов.

Отделка полученных изделий может включать целый ряд операций.

Огранка предусматривает нанесение заранее выбранного резного орнамента на изделия из простого стекла с помощью шлифовального круга, шаржированного алмазом.

После огранки стекло приобретает сероватый оттенок, и его поверхность имеет необработанный вид. Поверхность стекла восстанавливается в её первоначальном виде в результате погружения стекла в полировальную ванну с фтористоводородной и серной кислотами.

С поверхности полировальной ванны происходит испарение фтористого водорода и . Эти пары обрабатываются в башенных скрубберах. В процессе операции образуется гексафторкремниевая кислота () концентрацией, достигающей 35%, а кислая промывочная вода затем нейтрализуется. В качестве альтернативы возможно восстановление . Кислая промывочная вода также требует периодической нейтрализации [23].

Для создания художественной выразительности может использоваться большое разнообразие технических приёмов. Они включают декорирование с использованием эмалей, обработку с помощью пескоструйных аппаратов либо травления кислотой, а также гравирование. Объёмы выбросов в результате этих операций небольшие в сравнении с основными производственными стадиями [22, 23]

     2.5.1 Приготовление шихты

Технологический процесс приготовления шихты включает в себя транспортировку обработанных (если это необходимо) сырьевых материалов, дозировку, взвешивание и смешивание их до получения однородной смеси.

Сырьевые материалы, входящие в состав шихты, пневмотранспортом, элеваторами или шнековыми транспортёрами подаются в расходные бункеры весовой линии участка приготовления шихты.

Расходные бункеры весовой линии рассчитаны на хранение запаса сырья и оснащены сигнализаторами минимального и максимального уровней. Они также оснащены бункерными фильтрами для сброса воздуха от пневмотранспорта. Контроль всех сырьевых материалов производится из бункеров на весовой линии.

Сырьевые материалы из расходных бункеров (силосов) при помощи шнековых дозаторов подаются в весовые бункера. Бункеры установлены на тензометрических датчиках, осуществляющих контроль веса (массы). Сигнал с них поступает на цифровой преобразователь, находящийся на пульте управления весовой линией. Таким образом, при помощи данного контура осуществляется контроль отвешивания сырьевых материалов.

Высыпание из весового бункера на ленточный конвейер отвешенных сырьевых материалов осуществляется при помощи заслонок. Высыпание на ленту происходит одновременно из всех бункеров.

По ленточному конвейеру отвешенные сырьевые материалы попадают в смеситель блендерного типа, где идёт смешивание всех компонентов шихты.

После смешивания готовая шихта подаётся в накопительные бункеры участка производства стеклянных искусственных волокон [11, 38].

     2.5.2 Транспортировка и загрузка шихты в ванную печь

Накопительные бункеры отделения стекловарения оснащены бункерными фильтрами для сброса воздуха от пневмотранспорта, сигнализаторами минимального и максимального уровней, а также шнекового дозатора у основания накопительного бункера. Подача шихты в накопительные бункера осуществляется попеременно. Это достигается за счёт дроссельного переключателя.

При помощи системы шнеков шихта попадает в расходные бункеры загрузчиков. Помимо расходного бункера, загрузчики оснащены шнеком, по которому шихта подаётся в стекловаренную печь, и швеллерной системой откатки загрузчиков на случай аварийных или плановых ремонтов.

Так как загрузка шихты в стекловаренную печь ведётся постоянно, все двигатели загрузочного узла оснащены инверторами, позволяющими регулировать загрузку шихты в зависимости от съёма стекломассы.

     2.5.3 Варка стекла

Варка стекла осуществляется в рекуперативной печи прямого и электрического нагрева, состоящей из варочного бассейна и главного канала, разделённых проточной системой.

Стены бассейна ванной печи и протока выполнены из хромоксидного огнеупора. Для снижения потерь тепла весь бассейн изолируется шамотным легковесом. Свод изолируется корундовым легковесом, волокнистой изоляцией и оцинкованными листами. Все элементы огнеупорной кладки ванной печи крепятся металлоконструкциями.

Печь отапливается природным газом и системой электроподогрева. Подача газа на горение производится через комбинированные горелки диффузионного типа. Печь условно разделена на две зоны: зону варки и зону осветления. Регулирование температуры осуществляется одновременно во всей печи. Разность температур в зонах достигается балансировкой между отдельными парами горелок.

С задней торцевой стороны печи расположен металлический рекуператор типа "труба в трубе". Для поддержания давления в с/в-печи в горловину рекуператора подаётся запорный воздух по трубам из жаростойкой нержавейки.

Дымовые газы (продукты сгорания топлива) удаляются через влёт задней торцевой стены в дымовой канал и далее через рекуператор в металлическую дымовую трубу, выполненную у основания в виде зонта.

Контроль температурного режима варки стекла осуществляется с помощью сводовых и донных термопар. Также предусмотрены следующие системы автоматического регулирования параметров:

- автоматическое поддержание заданного расхода газа;

- автоматическое поддержание заданного соотношения "газ/воздух";

- автоматическое поддержание заданной температуры;

- автоматическое поддержание уровня стекломассы в печи;

- автоматическое поддержание давления в печи.

Предусмотрена система автоматического сброса горячего воздуха на свечу, которая применяется для поддержания температуры и предотвращения перегрева рекуператора.

В случае отключения какой-либо системы автоматического регулирования управление технологическим процессом осуществляется дистанционно.

Для безопасного ведения технологического процесса варки стекла предусмотрены следующие системы аварийной и предупредительной сигнализации и блокировки:

- световая и звуковая сигнализация "Топливо-воздух" на случай отключения подачи газа или воздуха в ванную печь;

- блокировка подачи газа или воздуха в ванную печь при отсутствии одного из этих компонентов;

- световая и звуковая сигнализация при выходе из строя уровнемера;

- световая и звуковая сигнализация при увеличении или уменьшении уровня больше чем на 1 мм;

- световая и звуковая сигнализация при перегреве рекуператора;

- световая и звуковая сигнализация при отклонении температуры от задания по своду и по дну;

- световая и звуковая сигнализация при аварии системы загрузки шихты.

С целью предотвращения разрушения огнеупорной кладки бассейна ванной печи предусмотрено естественное, а в дальнейшем и принудительное воздушное охлаждение, а при необходимости - и использование водяных холодильников.

Для выпуска стекломассы из ванной печи в конце кампании или при аварийных ситуациях под ванной печью предусмотрена специальная аварийная ванна, выложенная из огнеупорного кирпича.

Сваренная стекломасса из зоны осветления самотёком поступает через проток в главный канал и далее в фидерную систему.

Каждая зона отопления имеет свою систему регулирования температуры, которая работает в автоматическом режиме.

Система включает в себя:

- контур регулирования температуры стекломассы;

- контур регулирования расхода топлива;

- контур регулирования соотношения "газ/воздух".

С целью стабильного и безопасного ведения технологического процесса предусмотрена световая и звуковая сигнализация при отклонении температуры с/массы от заданной на ±5 градусов, "газ/воздух" на случай отключения одного из компонентов смеси и разрыва предохранительной мембраны на трубопроводе газовоздушной смеси.

     2.5.4 Приготовление замасливателя, перекачка и система подачи замасливателя

Поверхность стеклянных волокон в процессе вытягивания покрывается замасливателем - сложной многокомпонентной стабильной водной дисперсией (эмульсией), содержащей до 90% воды.

Основное назначение замасливателя - обеспечить смазку и защиту филаментных волокон и комплексных нитей от истирания, происходящего как во влажных условиях во время вытягивания нитей, так и в сухих условиях при трении волокон о детали оборудования в процессе текстильной переработки и в процессе производства стеклопластиковых изделий. Замасливающее покрытие должно образовывать на волокне гибкую, эластичную плёнку, стойкую к истиранию и механическим воздействиям, склеивать элементарные волокна в нить, придавая ей компактность и целостность [38].

Толщина и свойства образующейся плёнки зависит от количества нанесённого замасливателя и его состава. Компоненты, входящие в состав замасливателя, должны совмещаться друг с другом с образованием устойчивой эмульсии, иметь сродство к поверхности стеклянного волокна и обеспечивать химическую связь с полимерной матрицей в процессе производства стеклопластиковых изделий.

Приготовление замасливателя с использованием деминерализованной воды. Деминерализованная вода готовится на участке водоподготовки на установке системы обратного осмоса. Качество воды должно соответствовать требованиям инструкции на приготовление замасливателей и контролироваться 1 раз в квартал.

Перекачка замасливателя осуществляется по двум независимым системам (линиям А и В) в реакторную при помощи пневмонасоса. Каждый вид замасливателя перекачивается и хранится в отдельном реакторе при постоянном перемешивании и поддержании заданного диапазона температур. После каждой перекачки замасливателя происходит автоматическая промывка системы трубопровода.

В российских условиях в зимний период система трубопровода между участками приготовления и хранения замасливателя должна иметь электроподогрев. После каждой перекачки замасливателя трубопровод необходимо продуть сжатым воздухом.

Из расходных реакторов замасливатель подаётся в систему рециркуляции пневмонасосом под давлением. Для эффективного использования замасливателя установленные фильтры (сеточки) в ванночках замасливающего устройства необходимо регулярно промывать или менять на чистые.

     2.5.5 Оборудование прядильной ячейки

Для выработки однопроцессных ровингов применяется оборудование, установленное на прядильных ячейках, размещённых под рабочими каналами фидерной системы в два яруса.

В комплект прядильных ячеек входит следующее оборудование:

- фильерные питатели;

- замасливающее устройство;

- наматывающие аппараты;

- вспомогательное оборудование (печные трансформаторы, подфильерные холодильники, монтажные рамы, форсунки для орошения подфильерной зоны, ванночка замасливающего устройства).

Для обеспечения устойчивого процесса выработки однопроцессных ровингов предусмотрена установка форсунок для орошения подфильерной зоны обессоленной водой и установка кондиционирования воздуха в производственном помещении.

     2.5.6 Выработки однопроцессного стеклоровинга

Наматывающая машина используется для намотки стекловолокна из фильерных питателей. Она состоит из двух мотальных веретён (валов), которые закрепляются на роторном диске (ротационном), т.е. поворотном столе машины. Волокно переходит с одного веретена на другое полностью автоматически.

Подготовленная в фидере стекломасса поступает через специальные щелевые огнеупорные камни в платино-родиевые фильерные питатели, смонтированные в нижней части рабочих каналов фидеров. Температура питателей автоматически поддерживается постоянной с помощью регулятора температуры.

Стекломасса под действием гидростатического напора вытекает через фильеры, находящиеся в дне питателя, в виде струек, которые затем принудительно растягиваются в элементарные стеклонити заданного диаметра.

Затем элементарные волокна обрабатываются замасливателем и, проходя через нитесборник, собираются и склеиваются в одну комплексную нить.

Сформированная стеклонить наматывается на бумажную манжету, одетую на вращающийся бабинодержатель наматывающего аппарата. После окончания намотки автоматически происходит перезаправка комплексной нити на пустую манжету, одетую на второй бабинодержатель наматывающего аппарата.

Паковка с намотанной нитью при помощи манипулятора помещается на транспортную телегу и направляется на следующий технологический переход.

     2.5.7 Выработка рубленых стеклонитей

Для выработки рубленых стеклонитей путём непрерывной прямой рубки применяется оборудование, аналогичное оборудованию для выработки стеклоровинга, за исключением наматывающего аппарата и дополнительных полиуретановых направляющих и оттягивающих роликов.

Для выработки рубленых стеклонитей путём непрерывной прямой рубки используется чоппер. Сформированная стеклонить через графитовый нитесборник, полиуретановый направляющий ролик на прядильной ячейке, графитовый направляющий ролик на чоппере заправляется в полиуретановые оттягивающие ролики чоппера. Затем система автозаправки чоппера с помощью графитового направляющего ролика забрасывает прядь стеклонити между режущей головкой и полиуретановым кольцом. Сформированные стеклонити с питателей, работающих на чоппер, равномерно распределяются через пальцы гребёнки, проходят по поверхности полиуретанового кольца, направляются между режущей головкой и полиуретановым кольцом.

Ножи режущей головки, вдавливаясь в упругую поверхность полиуретанового кольца, рубят находящуюся между валиками стеклонить на отрезки, равные расстоянию между ножами.

Рубленая стеклонить по рабочему жёлобу под действием силы тяжести падает в биг-бег, установленный на весовой платформе на паллете. Биг-бег подвешивают на кронштейны, вставленные в раму, во избежание его падения. На весовой платформе установлен вибратор для уплотнения рубленых стеклонитей в биг-беге по мере его заполнения.

     3.1.1 Потребление энергии

Производство стекла является энергоёмким процессом, поэтому повышение энергоэффективности производства является приоритетным направлением работ по обеспечению ресурсоэффективности в целом и сокращения негативного воздействия на ОС.

В процессе стекловарения расходуется от 60% до 80% всей энергии, потребляемой при производстве стекла [11]. Удельное энергопотребление зависит от характеристик печи (в частности, её типа и размера). При производстве стекла энергия также потребляется выработочными частями печей, в процессе формовки, отжига и системами отопления предприятий. Значительное количество энергии потребляется вентиляторами для подачи воздуха для горения и охлаждающего воздуха. Сокращения потребления энергии и выбросов в атмосферу ЗВ можно добиться путём принятия мер, направленных на повышение энергоэффективности производства, а также, в ряде случаев, уменьшение массы изделий, в частности, из тарного стекла. Это может быть обеспечено за счёт оптимального проектирования, а также путём оптимизации процесса формовки и обработки продукции после процесса формования.

     3.1.2 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Как уже было отмечено, производство стекла осуществляется при высокой температуре и требует значительного количества энергии, что приводит к образованию продуктов сжигания топлива, поступающих в атмосферный воздух. Выбросы отходящих газов от процесса стекловарения содержат также твёрдые частицы (пыль), состав которых зависит от состава стекла.

Выбросы, сопровождающие этапы формования и полирования стекла, зависят от специфики различных технологических процессов. На прессовыдувных стеклоформующих машинах для тарного стекла образуется основная часть выбросов в атмосферу в результате контакта расплавленного стекла ("капли стекломассы") со смазочными веществами. В процессе производства листового стекла, тарного стекла, посуды и декоративно-художественных стеклянных изделий также происходит выброс в атмосферу ЗВ, образующихся в процессе отжига, при котором стеклянные изделия выдерживаются при температурах 500°С-550°С [23].

Твердые частицы (пыль) является типичным для стекольного производства фактором воздействия на ОС. Во всех подотраслях стекольной промышленности используются измельчённые, гранулированные или порошкообразные сырьевые материалы. На всех предприятиях осуществляется хранение и смешивание сырьевых материалов. Выброс в атмосферу пыли является предсказуемым результатом операций по транспортировке, обработке, хранению и смешиванию компонентов сырья. Пыль, образующаяся при этих операциях, более крупная, чем твёрдые частицы, образующиеся в процессе стекловарения и имеющие размер менее 1 мкм.

К числу первичных рекомендуемых мер по предотвращению и ограничению выбросов пыли в атмосферу и минимизации возможных последствий транспортировки, обработки, хранения и смешивания сырьевых материалов относятся [22, 25]:

- разграничение зон хранения и приготовления шихты и других производственных зон;

- использование закрытых бункеров для хранения шихты;

- сокращение количества мелких частиц в шихте путём увлажнения водой или щелочными растворами либо путём предварительного спекания, брикетирования или укладки на поддоны;

- соблюдение надлежащих процедур погрузки и разгрузки;

- транспортировка партий сырья к печам на закрытых транспортёрах;

- осуществление контроля в зонах подачи материалов в печи (например, увлажнение шихты; обеспечение сбалансированной работы печи для поддержания в ней слегка избыточного давления (<10 Па), чтобы повысить эффективность сгорания при одновременном сокращении выбросов в атмосферу ЗВ);

- улавливание пыли с помощью фильтров (в рабочих зонах разгрузки и транспортировки сырьевых материалов и шихты, засыпки шихты в стекловаренную печь);

- использование закрытых транспортёров;

- ограждение загрузочных камер.

Основными источниками выбросов в атмосферу твёрдых частиц при стекловарении являются смесь летучих компонентов шихты и расплавленного вещества с оксидами серы, образующая соединения, конденсирующиеся в отработанных печных газах, унос содержащихся в шихте мелкодисперсных материалов и сжигание некоторых видов ископаемого топлива. Российские предприятия по производству стекла используют в качестве источника энергии природный газ, поэтому последним фактором можно пренебречь [22].

Основными причинами выбросов оксидов азота () являются их образование из азота воздуха при сжигании топлива, распад азотных соединений в шихте и окисление азота, содержащегося в топливе. Сокращения выбросов оксидов азота добиваются путём оптимизации процесса стекловарения и прежде всего сжигания топлива.

Присутствие оксидов серы (преимущественно ) в отходящих газах стекловаренных печей определяется содержанием соединений серы в топливе (для природного газа обычно небольшим) и в сырьевых материалах. В настоящее время отсутствуют надежные данные о выбросах оксидов серы; по оценкам специалистов, имеющих многолетний опыт работы в отрасли, оксиды серы не следует относить к приоритетным ЗВ, поступающим в атмосферный воздух в результате проведения процесса стекловарения.

За исключением производства специальных сортов стекла, источники выбросов в атмосферу HCI и HF обычно связаны с присутствием в сырьевых материалах примесей (например, хлорида натрия или кальция) и реже - с присутствием в шихте незначительного количества фторида кальция (). По оценкам специалистов, имеющих многолетний опыт работы в отрасли, такие примеси не следует считать характерными для отечественных предприятий.

Выброс металлов в окружающую среду - специфическая черта для некоторых подотраслей (например, производства свинцового хрусталя и цветного стекла). Незначительное количество тяжёлых металлов может присутствовать в качестве примесей в некоторых сырьевых материалах и стеклобое.

В твёрдых частицах, образующихся при производстве свинцового хрусталя, может содержаться 20%-60% оксидов свинца. При производстве изделий из цветного стекла в атмосферный воздух в незначительных количествах могут поступать соединения (преимущественно оксиды) металлов, используемых для придания изделиям окраски (кобальта, меди, хрома, марганца и проч.)

Производственные сточные воды. Наибольшее количество воды потребляется в процессе охлаждения и промывки стеклобоя. Для выпуска сортового стекла (прежде всего, хрусталя) характерно также образование сточных вод в процессе обработки изделий (шлифования, огранки, матирования). Для минимизации потерь воды нередко используют системы водооборота.

В большинстве подотраслей производства стекла состав сточных вод напрямую зависит от состава исходной воды, поступающей на предприятия. Решения по обращению со сточными водами принимаются в зависимости от особенностей местной ситуации и могут включать как их очистку на локальных очистных сооружениях предприятий по производству стеклянной тары с последующим сбросом в водные объекты, так и сброс в централизованные системы водоотведения [21, 23].

Твёрдые отходы. На большинстве производственных операций в стекольной промышленности образуется относительно небольшое количество отходов. Стеклобой преимущественно используется повторно в производстве. В небольших количествах отходы шихты, пыли, уловленной в фильтрах, а также загрязнённого стеклобоя и упаковки вывозятся для захоронения на полигоны [23].

     3.2.1 Входные потоки (сырьё и энергия)

     3.2.2 Выбросы в атмосферный воздух

     3.2.3 Сточные воды

Процесс производства листового стекла не сопровождается образованием значительных объёмов загрязнённых сточных вод. Напротив, вода используется преимущественно для охлаждения технологического оборудования, а также в малых количествах на хозяйственно-бытовые нужды.

Состав сточных вод напрямую зависит от состава исходной воды, поступающей на предприятия. Решения по обращению со сточными водами принимаются в зависимости от особенностей местной ситуации и могут включать как их очистку на предприятиях по производству листового стекла с последующим сбросом в водные объекты, так и сброс в централизованные системы водоотведения.

     3.2.4 Отходы производства

Технологические процессы производства листового стекла не сопровождаются образованием значительного количества отходов. Стеклобой преимущественно повторно используется в производстве. В небольших количествах отходы шихты, пыли, уловленной в фильтрах и циклонах, а также загрязнённого стеклобоя и упаковки вывозятся на полигоны.

     3.3.1 Входные потоки (сырьё и энергия)

     3.3.2 Выбросы в атмосферный воздух

     3.3.3 Производственные сточные воды

Процесс производства стеклянной тары не сопровождается образованием значительных объёмов загрязнённых сточных вод. Напротив, вода используется преимущественно для охлаждения технологического оборудования, а также в малых количествах на хозяйственно-бытовые нужды.

Состав сточных вод напрямую зависит от состава исходной воды, поступающей на предприятия. Решения по обращению со сточными водами принимаются в зависимости от особенностей местной ситуации и могут включать как их очистку на предприятиях по производству стеклянной тары с последующим сбросом в водные объекты, так и сброс в централизованные системы водоотведения.

     3.3.4 Отходы производства

Технологические процессы производства стеклянной тары не сопровождаются образованием значительного количества отходов. Стеклобой преимущественно повторно используется в производстве. В небольших количествах отходы шихты, пыли, уловленной в фильтрах, а также загрязнённого стеклобоя и упаковки вывозятся для захоронения на полигоны.

     3.4.1 Входные потоки (сырьё и энергия)

     3.4.2 Выбросы в атмосферный воздух

На предприятия по производству сортового стекла сырьё может поступать как в предварительно подготовленном виде, так и в виде, требующем дополнительной подготовки.

Участки разгрузки и дозировки сырьевых материалов, подготовки шихты оснащают средозащитным оборудованием - рукавными фильтрами (с эффективностью очистки не менее 95%) или циклонами (с эффективностью очистки около 75%).

Выбросы ЗВ, поступающие в воздух в результате процесса стекловарения, являются основным фактором воздействия производства сортового стекла на атмосферный воздух. Речь идёт прежде всего о выбросах оксидов азота, углерода и, вероятно, серы, а также о выбросах пыли. Сокращения выбросов добиваются путём оптимизации процесса стекловарения и прежде всего сжигания топлива.

Для производства цветного стекла и хрусталя характерны также выбросы соединений тяжёлых и переходных металлов. В справочном документе по НДТ, выпущенном в Европейском Союзе в 2013 году и в Заключении по НДТ указано, что суммарные удельные выбросы таких элементов, как As, Se, Со, Ni, Cd, Se, Cr, Sb, Pb, Cr, Cu, Mn, V, Sn (в зависимости от вида сортового стекла и изделий из него) могут достигать 3-5 г/т продукции. Удельные выбросы свинца также достигают нескольких граммов на тонну продукции и образуются как при подготовке шихты и стекловарении, так и при обработке изделий [11].

В прошлые годы в России был выполнен ряд научно-исследовательских проектов, посвящённых оценке распределения тяжёлых металлов в зоне воздействия предприятий по производству сортового стекла [39]. Показано, что повышенные уровни загрязнения обусловлены не столько рассеянием мелких частиц, поступающих в атмосферный воздух в результате процесса стекловарения. Удельные выбросы оценены величинами порядка граммов на тонну продукции), сколько потерями компонентов шихты (такие потери могут быть на порядок выше, чем выбросы из организованных источников). Последние легко предотвратить, используя подходы систем менеджмента качества и экологического менеджмента [22].

Для подотрасли сортового стекла в настоящее время весьма сложно предложить технологические показатели, характеризующие выбросы пыли, оксидов азота, углерода и серы, а также (для производства цветного стекла и хрусталя) выбросы металлов, обусловленные проведением технологических процессов производства. Сама подотрасль включает широкий спектр предприятий, применяющих как современные технологические процессы и оборудование для выпуска массовых видов продукции, так и небольшие стекловаренные печи и ручную выработку изделий малых партий. Данные, содержащиеся в разрешительной документации и в большинстве случаев являющиеся расчетными, требуют уточнения. Примерные характеристики выбросов основных загрязняющих веществ (с учетом российских и зарубежных источников) приведены в таблице 3.4.1.

Таблица 3.4.1 - Выбросы основных загрязняющих веществ в производстве сортового стекла

Уточнение технологических параметров (в том числе, для производств разного масштаба, типа, а также для различных видов продукции) может быть сделано только на основании результатов специальных исследований. Исследования могут быть, в частности, проведены в ходе разработки доказательной базы (национальных стандартов) в области производственного экологического мониторинга и контроля на предприятиях стекольной промышленности.

     3.4.3 Производственные сточные воды

Производственные сточные воды образуются как в процессе охлаждения технологического оборудования, так и при огранке и шлифовке изделий. В большинстве процессов используются технологические методы для удаления твёрдых частиц, например механическая очистка сточных вод, осаждение (с применением флокулянтов и коагулянтов).

При химической полировке изделий из хрусталя в сточные воды попадают соединения свинца, плавиковая, кремнефтористая, серная кислоты и их соли. Для очистки сточных вод от этих соединений используют реагентные, сорбционные и ионообменные методы. Для сорбции фтора применяют активированный уголь и свежевыделенные осадки гидроксида магния и фосфата кальция. Для ионного обмена пригодны сильноосновные аниониты, гидроксилапатит и др. Однако в большинстве случаев фторсодержащие соли нейтрализуют суспензией мела или гидроксидом кальция. В результате соединения фтора переходят в труднорастворимый фторид кальция. После осаждения осадок обезвоживают на вакуум-фильтре и направляют в большинстве случаев осадки сточных вод утилизировать в производстве не удаётся, и они подлежат размещению на полигонах.

     3.4.4 Производственные отходы

В отличие от других подотраслей, в производстве сортового стекла твёрдые отходы достаточно сложно повторно использовать в технологических процессах. Поэтому основным подходом по минимизации отходов производства является развитие систем менеджмента качества и систем экологического менеджмента, позволяющих сократить количество потерь (в том числе компонентов шихты), брака изделий и тем самым снизить долю отходов, подлежащих отправке на полигоны.

     3.5.1 Входные потоки (сырьё и энергия)

Удельные расходы сырья и энергии в производстве стекловолокна представлены в таблице 3.5.1 (на примере технологии ECR-волокна).

Таблица 3.5.1 - Удельные расходы сырья и энергии в производстве стекловолокна

     3.5.2 Факторы воздействия на окружающую среду

Основные факторы воздействия производства стекловолокна на окружающую среду связаны с выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

В таблице 3.5.2 приведены примерные характеристики выбросов загрязняющих веществ для производстве стекловолокна (на примере технологии ECR-волокна).

Таблица 3.5.2 - Выбросы основных загрязняющих веществ в производстве стекловолокна

В сточных водах присутствуют взвешенные частицы, биологические окисляемые вещества (определяемые по ), химически окисляемые вещества (определяемые по ХПК), углеводороды нефти и поверхностно активные вещества. В зависимости от размещения предприятия сточные воды могут подвергаться обработке на локальных очистных сооружениях или направляться в централизованные системы водоотведения для последующей очистки на централизованных сооружениях.

Производственные отходы образуются в незначительных количествах.

В целом, следует подчеркнуть, что воздействие производства стекловолокна, не содержащего бора, на ОС существенно ниже, чем воздействие производства борсодержащего стекловолокна (см. рисунок 3.5.1).

     3.6.1 Входные потоки (сырьё и энергия)

Сырьевые материалы

Основные исходные сырьевые материалы, используемые при производстве растворимого силиката натрия, приведены в таблице 3.6.1.

Таблица 3.6.1 - Входные и выходные потоки при производстве силиката натрия растворимого

Сырье для изготовления шихтовой смеси смешивают в заданной пропорции для производства силиката натрия с требуемым составом.

Для варки стекла используются природный газ, мазут и электрическая энергия.

Вода используется для охлаждающих систем печи, охлаждения форм или самого продукта.

Использование энергии

В Российской Федерации стекловаренные печи для производства силиката натрия растворимого работают на природном газе, мазуте и лишь в незначительной степени используют электроэнергию. Срок службы таких печей значительно меньше, чем в производствах стеклотары и листового стекла, он не превышает 6-7 лет из-за большого содержания в составе шихты карбоната натрия, летучие компоненты которого приводят к интенсивному разрушению огнеупоров стекловаренной печи. Энергопотребление значительно увеличивается в зависимости от срока эксплуатации печи и для новых агрегатов составляет от 5,4 до 6,0 ГДж/т сваренной стекломассы. Старение печи приводит к увеличению потребления энергии в среднем на 1,5%-2% в год.

     3.6.2 Выбросы в атмосферный воздух

     3.6.3 Производственные сточные воды

Процесс производства растворимого силиката натрия не сопровождается образованием значительных объёмов загрязнённых сточных вод. Напротив, вода используется преимущественно для охлаждения технологического оборудования, а также в малых количествах на хозяйственно-бытовые нужды.

При применении технологии гранулирования с непосредственным охлаждением стекломассы водой образуются большие объёмы загрязнённых сточных вод, от 1000 мг/дм и более взвешенных веществ, которые требуют дополнительной очистки.

Состав сточных вод также зависит от состава исходной воды, поступающей на предприятия. Решения по обращению со сточными водами принимаются в зависимости от особенностей местной ситуации и могут включать как их очистку на предприятиях по производству растворимого силиката натрия с последующим сбросом в водные объекты, так и сброс в централизованные системы водоотведения.

     3.6.4 Отходы производства

Технологические процессы производства растворимого силиката натрия не сопровождаются образованием значительного количества отходов. В небольших количествах отходы шихты, пыли, уловленной в фильтрах, вывозятся для захоронения на полигоны.

     НДТ 1. Системы экологического менеджмента

В настоящем разделе приведено подробное описание систем экологического менеджмента как НДТ.

Системы экологического менеджмента (СЭМ) получили распространение в конце XX века; в настоящее время действуют стандарты ГОСТ Р ИСО 14001-2007 "Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению" и, в течение переходного периода (до трёх лет) ISO 14001:2004 Environmental management systems- Requirements with guidance for use [13] (в 2015 году принята новая версия международного стандарта ISO 14001:2015 Environmental management systems - Requirements with guidance for use [14]).

СЭМ представляет собой часть системы менеджмента организации, необходимую для разработки и внедрения экологической политики и управления экологическими аспектами.

Экологический аспект - ключевое понятие СЭМ, позволяющее соотнести деятельность организации и её взаимодействие с ОС. Экологический аспект рассматривается как элемент деятельности организации, её продукции или услуг, который может взаимодействовать с ОС. Использование этого понятия существенно облегчает применение подходов предотвращения загрязнения - предотвращение загрязнения заключается в контроле экологических аспектов, обеспечивающем минимизацию негативного воздействия при условии соблюдения производственных требований. Для промышленных предприятий приоритетные экологические аспекты идентифицируются в результате анализа таких факторов воздействия на ОС, как [15]:

- потребление энергии, сырья и материалов;

- выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

- сбросы загрязняющих веществ в водные объекты;

- образование отходов.

Ключевыми принципами СЭМ являются предотвращение загрязнения и последовательное улучшение.

Предотвращение загрязнения предполагает применение процессов, практических методов, подходов, материалов, продукции или энергии для того, чтобы избежать, уменьшить или контролировать (отдельно или в сочетании) образование, выброс или сброс любого типа ЗВ или отходов, чтобы уменьшить отрицательное воздействие на ОС. Предотвращение загрязнения может включать уменьшение или устранение источника, изменения процесса, продукции или услуги, эффективное использование ресурсов, замену материалов и энергии, повторное использование, восстановление, вторичную переработку, утилизацию и очистку. Т.е. принцип предотвращения загрязнения полностью соответствует содержанию термина "наилучшие доступные технологии".

Последовательное улучшение (которое часто называют постоянным, хотя точный смысл термина 'continual' - "последовательное") - периодический процесс совершенствования СЭМ с целью улучшения общей экологической результативности, согласующийся с экологической политикой организации.

Процесс последовательного улучшения реализуется путём постановки экологических целей и задач, выделения ресурсов и распределения ответственности для их достижения и выполнения (разработки и реализации программ экологического менеджмента). При этом с точки зрения НДТ экологические задачи (детализированные требования к результативности) должны ставиться с учётом технологических показателей НДТ. Тем самым принцип последовательного улучшения приобретает конкретность, получает численные ориентиры, что соответствует современным взглядам на требования к СЭМ. В связи с тем, что для постановки и проверки выполнения задач СЭМ необходимо обеспечить систему оценки (в том числе и по результатам измерений) показателей результативности, разработка программ экологического менеджмента предполагает и совершенствование практики производственного экологического мониторинга и контроля, включая выбор, обоснование и организацию измерений ключевых параметров. Это тем более важно, что в соответствии со статьёй 22 Федерального закона от 21 июля 2014 г. N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" [1] и отдельные законодательные акты Российской Федерации" предприятия категории I должны будут передавать результаты измерений концентраций ЗВ, содержащихся в выбросах а атмосферный воздух и сбросах в водные объекты, в "государственный фонд данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), создаваемый и используемый в соответствии с законодательством в области охраны окружающей среды".

В общем случае в состав СЭМ входят следующие взаимосвязанные элементы [15]:

- экологическая политика;

- планирование (цели, задачи, мероприятия), программа СЭМ;

- внедрение и функционирование, управление операциями;

- взаимодействие и обмен информацией;

- мотивация персонала;

- подготовка и обучение персонала;

- внутренний аудит СЭМ;

- анализ и оценка СЭМ руководством организации.

Действенность СЭМ обеспечивается путём разработки, внедрения и соблюдения основных процедур, необходимых для управления экологическими аспектами. Процедура представляет собой определённый способ осуществления действия или процесса. Процедуры могут быть документированными или недокументированными. Процедуры определяют последовательность операций и важные факторы этапов различных видов деятельности. В процедуры могут быть включены рабочие критерии нормального выполнения этапа, действия в случае отклонения от нормы или критерии выбора последующих этапов.

Процедуры позволяют обеспечить:

- взаимодействие подразделений для решения задач, вовлекающих более одного подразделения;

- функционирование сложных организационных структур (например, матричных);

- точное выполнение всех этапов важных видов деятельности;

- надёжный механизм изменения действий (в частности, последовательного улучшения);

- накопление опыта и передачу его от специалистов новым работникам.

В связи с тем что значительное негативное воздействие на ОС нередко оказывается в результате возникновения нештатных ситуаций, СЭМ включает требование обеспечения подготовленности к таким ситуациям и разработки ответных действий. Предприятие должно установить, внедрить и поддерживать процедуры, необходимые для выявления потенциально возможных аварий и нештатных ситуаций, которые могут оказывать воздействие на ОС, и для определения того, как организация будет на них реагировать. Предприятие должно также реагировать на возникающие нештатные ситуации и аварии и предотвращать или смягчать связанные с ними негативные воздействия на ОС. Работоспособность таких процедур целесообразно периодически проверять на практике.

По мнению членов ТРГ-5, в контексте НДТ речь не идёт о сертификации СЭМ предприятий по производству стекла. НДТ следует считать разработку СЭМ, использование ее инструментов и следование её принципам. Практический опыт отечественных предприятий свидетельствует о том, что основные преимущества состоят в использовании ключевых методов СЭМ, в том числе таких, как:

- идентификация экологических аспектов производства (и выделение из их числа приоритетных аспектов);

- укрепление системы производственного экологического контроля;

- разработка и выполнение программ экологического менеджмента и тем самым достижение последовательного улучшения результативности там, где это практически возможно;

- разработка и внедрение процедур, необходимых для обеспечения соответствия организации требованиям нормативов, установленных на основе технологических показателей.

     НДТ 2. Автоматическое регулирование параметров стекловарения

НДТ является контроль температурного режима варки стекла с помощью сводовых и донных термопар и систем автоматического регулирования параметров стекловарения.

     НДТ 3. Рекуперация тепла отходящих газов процесса стекловарения

НТД заключается в частичном использовании тепловой энергии отходящих газов для отопления бытовых и производственных помещений, подогрева шихты и других нужд. Применение данной НДТ позволяет высвободить не менее 0,5 ГДж/т сваренной стекломассы для последующего использования.

     НДТ 4. Использование стеклобоя

НДТ заключается в увеличении количества использования стеклобоя (как стороннего, так и собственного) в производственном процессе путём его добавления в шихту в соответствии с технологическими возможностями и рецептурой. Добавление стеклобоя в шихту позволяет снизить энергопотребление (при добавлении 12% стеклобоя возможно снижение энергопотребления на 0,2 ГДж/т сваренной стекломассы).

НДТ не распространяется на производство стекловолокна и имеет ограниченное применение в производстве сортового стекла.

     НДТ 5. Применение рукавных фильтров на линиях подготовки сырья

НДТ заключается в использовании для очистки отходящих газов от пыли рукавных фильтров с эффективностью очистки в пределах 95-99% при загрузке в силосы сыпучих сырьевых материалов или фильтров с выбросом очищенного воздуха в рабочую зону при разгрузке и дозировке сырьевых компонентов шихты и при транспортировке шихты и стеклобоя.

     7.1 Системы энергетического менеджмента

С 1970-х годов в различных государствах были разработаны национальные стандарты в области систем энергетического менеджмента (СЭнМ). В 2011 году опубликован международный стандарт ISO 50001:2011 Energy management systems - Requirements with guidance for use, а в 2012 году - ГОСТ P ИСО 50001-2012 "Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению" [16, 17].

СЭнМ представляет собой часть системы менеджмента организации и включает набор (совокупность) взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, используемых для разработки и внедрения энергетической политики и энергетических целей, а также процессов и процедур для достижения этих целей.

СЭнМ позволяет сформулировать обоснованные цели и задачи в области повышения эффективности использования энергии на предприятии и обеспечить их достижение (решение) путём реализации программ, охватывающих все стадии производственного процесса - от планирования закупок оборудования до организации отгрузки готовой продукции. Следует отметить, что в соответствии со статьёй 28 (пункт 4) Федерального закона от 21 июля 2014 г. N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" [1], "применение ресурсо- и энергосберегающих методов" отнесено к ключевым критериям "достижения целей охраны окружающей среды для определения наилучшей доступной технологии".

Для энергоёмких отраслей, к которым относится и производство стекла, значимость СЭнМ весьма высока.

С точки зрения НДТ основные численные показатели обычно представляют как удельное потребление энергии (в расчёте не единицу продукции) - как на отдельных стадиях (наиболее энергоёмких), так и в процессе производства в целом. Именно в размерности сокращения удельных затрат энергии топлива, пара, электроэнергии и других ресурсов обычно ставятся цели и задачи повышения энергоэффективности, потенциально важные для обеспечения соответствия предприятий НДТ.

В связи с тем что для постановки и проверки выполнения задач СЭнМ необходимо обеспечить мониторинг и измерение показателей, связанных с потреблением и использованием энергии, разработка программ энергетического менеджмента предполагает и совершенствование практики учёта и контроля, включая выбор, обоснование и организацию измерений ключевых параметров.

Особенности российского климата (в том числе региональные) определяют достаточно существенные отличия в потреблении энергии, необходимой для подготовки сырья, материалов, отопления производственных помещений, от показателей, характерных, например, для средиземноморских компаний, выпускающих стекло. Но для постановки обоснованных целей и задач в области повышения энергоэффективности производства необходимо чётко знать и документировать распределение потребления энергии на различные нужды.

В общем случае в состав СЭнМ входят следующие взаимосвязанные элементы:

- энергетическая политика;

- планирование (цели, задачи, мероприятия), программа СЭнМ;

- внедрение и функционирование, управление операциями;

- взаимодействие и обмен информацией;

- мотивация персонала;

- подготовка и обучение персонала;

- внутренний аудит СЭнМ;

- анализ и оценка СЭнМ руководством организации.

Действенность СЭнМ обеспечивается путём разработки, внедрения и соблюдения основных процедур, т.е. способов (в том числе документированных) осуществления действия или процесса.

В связи с тем что воздействие предприятий по производству стекла в значительной степени обусловлено именно высокой энергоёмкостью технологических процессов, СЭнМ могут стать как инструментами повышения энергоэффективности, так и инструментами сокращения негативного воздействия на ОС. Такая позиция согласуется и с рекомендациями, применяемыми в этой отрасли и за рубежом [18, 19, 40].

     7.2 Перспективные технологические и технические решения, общие для производства всех видов стекла

В число перспективных входят применимые ко всем производствам технические и управленческие решения:

- применение горелок с пониженным образованием оксидов азота ();

- обогащение воздуха, подаваемого для сжигания топлива, кислородом;

- использование систем энергетического менеджмента (или их инструментов).

Уточнение перечня перспективных технологических и технических решений предполагает проведение широкомасштабных консультаций с практиками, в том числе в части ожиданий вывода на рынок отечественного оборудования, применимого для повышения энергоэффективности и экологической результативности производства стекла.

     Заключительные положения и рекомендации

Настоящий справочник НДТ подготовлен ТРГ-5.

При подготовке справочника НДТ были использованы материалы, полученные от российских производителей стекла в ходе обмена информацией, организованного Бюро НДТ в 2015 году. Кроме того, составители справочника НДТ учитывали результаты отечественных научно-исследовательских работ, маркетинговых исследований и др.

В связи с тем что обмен информацией был проведён в чрезвычайно сжатые сроки и получить надёжные данные по ряду подотраслей производства для Российской Федерации не представилось возможным, при написании справочника НДТ были использованы также зарубежные материалы - справочный документ по НДТ, выпущенный в Европейском союзе в 2013 году [11] и отраслевые руководства, обзоры и статьи, опубликованные в последние годы [41, 42].

Общее заключение, которое можно сделать в результате подготовки настоящего справочника НДТ, состоит в том, что ведущие отечественные компании активно занимаются внедрением современных технологических процессов и оборудования, разрабатывают программы повышения энергоэффективности и экологической результативности производства. Однако цели, задачи и ожидаемые результаты перехода к технологическому нормированию на основе НДТ руководители предприятий понимают и оценивают по-разному. Ожидания промышленников связаны с уменьшением административной нагрузки и упрощением системы государственного регулирования в сфере охраны ОС, опасения - с неопределённым порядком правоприменения и вероятностью установления недостижимых технологических нормативов. По всей вероятности, отказ некоторых производителей стекла от участия в обмене информацией и от предоставления необходимых для разработки справочника НДТ сведений вызван именно опасениями руководителей предприятий и их неготовностью к переменам.

Рекомендации составителей справочника НДТ основаны на сделанном заключении:

1. 1. Для продвижения идеи перехода к НДТ необходимо организовать масштабную информационно-просветительскую кампанию и систему подготовки (повышения квалификации, дополнительного профессионального образования) кадров. Обсуждение сути перемен призвано подготовить к ним предприятия и разъяснить основные мотивы и стимулы экологической модернизации отечественной экономики.

2. 2. Определённые составителями справочника НДТ и технологические показатели могут и должны быть в ближайшее время уточнены при участии российских промышленников. Для этого необходимо привлечь их внимание при поддержке профильных ассоциаций, центров стандартизации и метрологии, а также управлений Росприроднадзора по субъектам федерации, высших учебных заведений, консультационных компаний, проектных и других организаций.

3. 3. Действенным инструментом актуализации справочника НДТ могут и должны стать пилотные проекты, к участию в которых необходимо привлечь не только 5-10 ведущих компаний, но и представителей всех предприятий по производству стекла (на уровне предоставления данных, посещения промплощадок, консультаций с составителями справочника НДТ).

Процесс совершенствования справочника НДТ должен отражать принцип последовательного улучшения - основной принцип современных систем менеджмента. Составители настоящего справочника НДТ надеются, что коллеги готовы разделить эту позицию и поддержать совершенствование документа и продвижение НДТ в отечественном производстве стекла.

1. Федеральный закон от 21 июля 2014 г. N 219-ФЗ (ред. от 29.12.2014) "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации".

2. Федеральный закон от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации".

3. Постановление Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям".

4. "Поэтапный график создания в 2015-2017 годах отраслевых справочников наилучших доступных технологий", утвержденный распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. N 2178-р (с изменениями от 29 августа 2015 г. N 1678-р).

5. Приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 г. N 665 "Об утверждении Методических рекомендаций по определению технологий в качестве наилучшей доступной технологии".

6. Постановление Правительства РФ от 28 декабря 2015 г. N 1029 "Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III, IV категорий".