Review on Energy Efficiency Progresses, Technologies and Strategies in the Ceramic Sector Focusing on Waste Heat Recovery

Abstract

Thermal processes represent a considerable part of the total energy consumption in manufacturing industry, in sectors such as steel, aluminium, cement, ceramic and glass, among others. It can even be the predominant type of energy consumption in some sectors. High thermal energy processes are mostly associated to high thermal losses, (commonly denominated as waste heat), reinforcing the need for waste heat recovery (WHR) strategies. WHR has therefore been identified as a relevant solution to increase energy efficiency in industrial thermal applications, namely in energy intensive consumers. The ceramic sector is a clear example within the manufacturing industry mainly due to the fuel consumption required for the following processes: firing, drying and spray drying. This paper reviews studies on energy efficiency improvement measures including WHR practices applied to the ceramic sector. This focuses on technologies and strategies which have significant potential to promote energy savings and carbon emissions reduction. The measures have been grouped into three main categories: (i) equipment level; (ii) plant level; and (iii) outer plant level. Some examples include: (i) high efficiency burners; (ii) hot air recycling from kilns to other processes and installation of heat exchangers; and (iii) installation of gas turbine for combined heat and power (CHP). It is observed that energy efficiency solutions allow savings up to 50–60% in the case of high efficiency burners; 15% energy savings for hot air recycling solutions and 30% in the when gas turbines are considered for CHP. Limitations to the implementation of some measures have been identified such as the high investment costs associated, for instance, with certain heat exchangers as well as the corrosive nature of certain available exhaust heat.

Internationalization trends of carbon emission linkages: A case study on the construction sector

“…Dentro de las industrias intensivas en consumo energético como las del hierro y acero, cemento, vidrio (Castro et al, 2020) química, pulpa y papel (Sato et al, 2019) se encuentra la industria cerámica. En esta el subsector de baldosas cerámicas es el más representativo en volumen de ventas y consumo energético, llegando al 52% de participación en el mercado total de cerámica (Castro et al, 2020).…”

“…Dentro de las industrias intensivas en consumo energético como las del hierro y acero, cemento, vidrio (Castro et al, 2020) química, pulpa y papel (Sato et al, 2019) se encuentra la industria cerámica. En esta el subsector de baldosas cerámicas es el más representativo en volumen de ventas y consumo energético, llegando al 52% de participación en el mercado total de cerámica (Castro et al, 2020). En el 2019 la producción mundial de baldosas ascendió a 12.673 millones de m 2 (Tile Edizioni S.r.L., 2020) y los principales productores son los países asiáticos y la Unión Europea con el 77% de la producción mundial, mientras que los principales consumidores son también los países asiáticos junto a los del centro y América del Sur con el 75% (Tile Edizioni S.r.L., 2020).…”

“…El peso del costo de los energéticos dentro del costo de producción puede estar entre 10% (Agrafiotis & Tsoutsos, 2001) y el 30% (Castro et al, 2020), los porcentajes podrían variar principalmente por la oscilación del precio de la energía, incremento de la producción o aumento del consumo específico de energía (Trinomics et al, 2018). El incremento de la participación del costo de la energía resta competitividad a las industrias y podría generar relocalización de fábricas en países con tarifas menores (Trinomics et al, 2018).…”

“…Al igual que otras industrias intensivas en energía térmica (hierro y acero, aluminio, cemento, vidrio), la producción de baldosas cerámicas tiene grandes pérdidas de calor (waste heat). En el caso de la cerámica, hasta el 50% (Castro et al, 2020) del calor no es aprovechado y es emitido al ambiente por chimenea. Muchas de las tecnologías o iniciativas se han enfocado en el aprovechamiento de este calor y específicamente en el tema térmico, siendo las tecnologías de ahorro de energía eléctrica muy escasas.…”

“…Agrafiotis & Tsoutsos (2001), Branchini et al (2021) han investigado el proceso de cogeneración, el cual permite la generación de energía eléctrica mediante la combustión de gas natural y el aprovechamiento de los gases residuales de combustión, los cuales tienen una alta temperatura, en otras etapas del proceso productivo, como lo es en el proceso de atomización. El ahorro de energía térmica con cogeneración se ha estimado en 30% (Castro et al, 2020). Agrafiotis & Tsoutsos (2001), Carabalí (2017), Jouhara et al (2018) desarrollaron trabajos específicos relacionados con los quemadores de los hornos.…”