摘 要：改革開放20多年來，廣東陶瓷行業(yè)取得了令人矚目的成績，但也存在著能源消耗大、利用率低等問題。本文就廣東陶瓷行業(yè)的原料制備、制品成形、干燥和燒成過程中的能耗現(xiàn)狀進行了綜合的分析和評價，并提出了相應(yīng)的節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：能耗，節(jié)能

1基本情況

廣東陶瓷產(chǎn)業(yè)在全國乃至全世界都占有相當重要的地位。廣東省建筑陶瓷產(chǎn)量約占全世界產(chǎn)量的30%，約占全國產(chǎn)量的60%以上、出口量的70%；衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量約占全國產(chǎn)量的25%、出口量的30%。

廣東陶瓷工業(yè)雖然在全國處于領(lǐng)先地位，但卻存在能源消耗過于嚴重的問題。因此，節(jié)能是今后廣東陶瓷工業(yè)發(fā)展的重大課題。

2陶瓷工業(yè)能耗的現(xiàn)狀

我國陶瓷工業(yè)雖然產(chǎn)量在世界上遙遙領(lǐng)先，但總體上存在產(chǎn)品檔次低、能耗高、綜合利用率低、生產(chǎn)效率低等問題。據(jù)報道，陶瓷工業(yè)的能耗中約有61%用于燒成工序，20%用于干燥工序。目前我國陶瓷工業(yè)的能源利用率與國外相比，差距較大：發(fā)達國家的能源利用率一般高達50%以上，美國達57%，而我國僅達到28%～30%。能耗差距如表1所示。

2004年廣東建筑陶瓷產(chǎn)量為18 億m²，按消耗原材料20～24kg/m²計算，需要原材料0.360～0.432億t；按耗電5kWh/m²計算，電耗為90億kWh；按耗煤8kg/m²計算，需煤0.144億t；按耗油1.4～1.5L/m²計算，每年消耗燃油高達25～27億L。衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量3400萬件，按消耗原材料13kg/件計算，需要原材料44.2萬t；按耗電400kWh /t計算，電耗為2.176億kWh；按煤耗1.1t/t產(chǎn)品計算，需煤59.84萬t。日用陶瓷至少27億t產(chǎn)品，需要消耗煤近210萬t、電12.5億kWh；加上其它系列陶瓷（如電子陶瓷、工藝陶瓷、工業(yè)陶瓷和電瓷等），每年至少消耗原材料0.5億t、電110億kWh、煤0.17億t。隨著產(chǎn)量逐年增加，相應(yīng)的原材料、電和煤用量也增加。這對制造業(yè)發(fā)達、能源需求緊張的廣東，無疑是雪上加霜。

“十一五”節(jié)能專項規(guī)劃將對我國及廣東省陶瓷行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。就陶瓷生產(chǎn)而言，節(jié)能降耗將是大勢所趨，也是可持續(xù)發(fā)展的重要條件。因此，分析陶瓷工業(yè)能耗的現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)非常必要。

3陶瓷工業(yè)的節(jié)能技術(shù)措施

3.1 陶瓷原料制備過程中的節(jié)能措施

據(jù)資料介紹，原料制備的能耗在整個陶瓷生產(chǎn)過程中占很大比例，其中占燃料耗用量的49%，占裝機容量的72%，因此節(jié)能潛力較大。其節(jié)能措施有：（1）采用連續(xù)式、大噸位球磨機進行細磨，產(chǎn)量可提高10倍以上、電耗為原來的20%；（2）球磨機的內(nèi)襯采用橡膠襯，既減小了球磨機負荷，又增加了球磨機的有效容積，產(chǎn)量提高40%、單位產(chǎn)品電耗降低20%以上；（3）制定合理的料、球、水的比例，添加相應(yīng)助劑和采用氧化鋁球，既可縮短球磨時間，又可節(jié)電35%左右。

廣東陶瓷行業(yè)比較發(fā)達，陶瓷原料需求量大，有必要實現(xiàn)陶瓷原料的專業(yè)化、標準化和系列化生產(chǎn)，這樣可充分利用資源、節(jié)省能源，并具有以下優(yōu)點：（1）系統(tǒng)化、專業(yè)化生產(chǎn)提高了原料的有效利用率、擴大了原料的來源，并能提高原料化學組成的穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品的質(zhì)量；（2）減少了原料車間的重復(fù)性建設(shè)，將分散性、簡單性和間歇性加工提升為連續(xù)、集中專業(yè)原料處理，提高了設(shè)備的有效利用率；（3）減少了工廠原料的儲備，節(jié)約場地投資及減少城市粉塵、噪音污染等。

3.2 陶瓷制品成形與干燥過程中的節(jié)能措施

對于建筑陶瓷，在選擇壓磚機上，應(yīng)選用大噸位、寬間距的壓機，實現(xiàn)一機一窯。因為大噸位壓磚機壓力大、產(chǎn)量大，壓制的磚坯質(zhì)量好、合格率高。在同等條件下，電耗可減少30%以上。意大利SACMI和SITI公司生產(chǎn)的7200t壓機可壓出1200mm×1800mm的大磚，產(chǎn)量達10000m²/d。廣東科達機電股份有限公司和佛陶集團力泰機械有限公司開發(fā)的大噸位液壓全自動陶瓷壓磚機系列，最高噸位達到7800t。

微波干燥技術(shù)也日益受到關(guān)注。微波可以透入物料內(nèi)部，使內(nèi)外同時受熱，干燥時間大大縮短，極大地提高了生產(chǎn)效率；微波能源利用率高，對設(shè)備及環(huán)境不加熱，僅對物料本身加熱，運行成本比傳統(tǒng)干燥低（如表2）。從表2可以看出微波干燥的優(yōu)越性：在相同功率下，傳統(tǒng)干燥時間是微波干燥的30～32倍、能耗為2.5倍，而生產(chǎn)能力僅為微波干燥的一半。

3.3 陶瓷制品燒成過程中的節(jié)能措施

3.3.1 采用低溫快燒技術(shù)^[2]

在陶瓷生產(chǎn)中，燒成溫度越高，能耗就越高。據(jù)熱平衡計算，若燒成溫度降低100℃，則單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上、燒成時間縮短10%、產(chǎn)量增加10%、熱耗降低4%。因此，在陶瓷行業(yè)中采用低溫快燒技術(shù)，可以顯著增加產(chǎn)量、節(jié)約能耗。

3.3.2 采用一次燒成技術(shù)

一次燒成比一次半燒成（900℃左右低溫素燒，再高溫釉燒）和兩次燒成更節(jié)能、綜合效應(yīng)更佳，同時可以解決磚的后期龜裂、延長磚的使用壽命。如廣東某企業(yè)自從實現(xiàn)一次燒成后，燒成的綜合燃耗和電耗都下降了30%以上，大大節(jié)約了設(shè)備和其它設(shè)施的投資，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3.3 墻地磚的升級換代產(chǎn)品——超薄磚

大規(guī)格超薄磚規(guī)格為1000×3000mm，厚度只有3～5mm，其重量只有現(xiàn)行墻地磚的1/4。生產(chǎn)超薄磚使用的原料可以減少60%以上、能源節(jié)約至少40%，這樣既保護資源，又節(jié)約生產(chǎn)成本^[3]。按2004年廣東建筑陶瓷磚產(chǎn)量為18億m²來計算，厚度一般為10mm左右，需要原材料0.468億t、電耗90億kWh、煤0.144億t。如果采用超薄磚，則所需原材料下降為0.187億t、電54億kWh、煤0.086億t。因此，可以大大節(jié)約能耗。

3.3.4 窯型向輥道化發(fā)展

在陶瓷行業(yè)中，使用較多的窯型有：隧道窯、輥道窯及梭式窯三大類。其中，輥道窯具有產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量好、能耗低、自動化程度高、占地面積小等優(yōu)點，是當今陶瓷窯爐的發(fā)展方向(見表3)。

3.3.5 采用高效、輕質(zhì)保溫耐火材料及新型涂料

常見的保溫材料有重質(zhì)耐火磚、輕質(zhì)保溫磚、莫來石輕質(zhì)磚，高鋁輕質(zhì)磚和輕質(zhì)陶瓷纖維等。合理選擇保溫材料對節(jié)能降耗有很大影響。如輕質(zhì)陶瓷纖維與重質(zhì)耐火磚相比具有如下優(yōu)點：質(zhì)量輕，重量只有重質(zhì)磚的1/6，容重為傳統(tǒng)耐火磚的1/25；導(dǎo)熱系數(shù)小，蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30～1/10，窯外壁溫度降至30～60℃；纖維節(jié)能可達到16.67%。

涂層技術(shù)應(yīng)用范圍很廣，其中紅外輻射涂層和多功能涂層在窯爐中的應(yīng)用值得關(guān)注。如熱輻射涂料（簡稱HRC），在高溫階段涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率從0.7升至0.96，可節(jié)能33087×4.18kJ/m²·h；在低溫階段涂上HRC后，窯壁輻射率從0.7升至0.97，可節(jié)能4547×4.18 kJ/m²·h。

3.3.6 改善窯體結(jié)構(gòu)

從節(jié)能的角度講，窯內(nèi)高度越小越好。如輥道窯高由0.2m升高至1.2m時，熱耗增加4.43%、窯墻散熱升高33.2%。在一定范圍內(nèi)，窯越寬越好。如輥道窯內(nèi)寬從1.2m增大到2.4m時，單位制品熱耗減少2.9%、窯墻散熱降低25%。在窯內(nèi)寬和窯內(nèi)高一定的情況下，隨著窯長的增加，單位制品的熱耗和窯頭煙氣帶走的熱量均有所減少。如輥道窯的窯長由50m增加至100m時，單位制品熱耗降低1%、窯頭煙氣帶走熱量減少13.9%。

3.3.7 采用自動控制技術(shù)

采用微機控制系統(tǒng)，能夠自動控制燃燒過剩空氣系數(shù)，使窯內(nèi)燃燒始終處于最佳狀態(tài)，減少燃料的不完全燃燒、降低窯內(nèi)溫差、縮短燒成時間。據(jù)報道，在排出煙氣中每增加可燃成份1%，則燃料損失要增加3%。如果能夠采用微機自動控制或儀表-微機控制系統(tǒng)，則可節(jié)能5%～10%。

3.3.8 窯車、窯具材料輕型化

采用輕質(zhì)耐火材料作窯車和窯具對節(jié)能有重大意義（如表4）。表4表明：產(chǎn)品與窯具的重量比越小，其熱耗越大。窯車應(yīng)使用低蓄熱、容重小、強度高、隔熱性能好的材料來制備。窯車車襯材質(zhì)的選取對節(jié)能也很重要。據(jù)報道，輕質(zhì)磚、輕質(zhì)磚與硅酸鋁耐火纖維復(fù)合和全硅酸鋁耐火纖維做車襯時，單位產(chǎn)品熱耗分別是傳統(tǒng)重質(zhì)耐火磚做車襯時的91%、79.5%～85.8%和59.1%～66.3%。

3.3.9 采用清潔氣體、液體燃料

采用清潔的氣體、液體燃料，不僅是裸燒明焰快速燒成的保證，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源，更重要的是可以減少對環(huán)境的污染。采用潔凈氣體為燃料，節(jié)能降耗明顯(如表5所示)。

3.3.10 采用高速燒嘴

采用高速燒嘴是提高氣體流速、強化氣體與制品之間傳熱的有效措施，一般可比傳統(tǒng)燒嘴節(jié)能25%～30%。如高效節(jié)能環(huán)保型蓄熱式燒嘴，它是成對存在窯爐中，當其中一個燒嘴工作時，另一個作排煙道，同時蓄熱，待其工作時再預(yù)熱氣體。

3.3.11利用微波輔助燒結(jié)技術(shù)

微波輔助燒結(jié)技術(shù)是通過電磁場直接對物體內(nèi)部加熱，故熱效率很高（一般從微波能轉(zhuǎn)換成熱能的效率可達80%～90%），因此可以大大降低能耗。例如Al²O³的燒結(jié)，傳統(tǒng)方法需要加熱幾個小時，而微波法僅需3～4min。

據(jù)報道，英國某公司有一種新型的陶瓷窯爐生產(chǎn)與制造技術(shù)，該窯爐最大的特點在于：它不僅采用了當今世界上微波燒結(jié)陶瓷的最新技術(shù)，還采用了傳統(tǒng)的氣體燒成技術(shù)。它在傳統(tǒng)窯爐中把微波能和氣體燃燒輻射熱有機結(jié)合起來，這樣既解決了微波燒成不容易控制的問題，又解決了傳統(tǒng)窯爐燒成周期長、能耗大等問題。這種窯爐適用于高技術(shù)陶瓷及其它各種陶瓷的燒成，達到快速燒成、節(jié)能的目的。

4展望

隨著陶瓷技術(shù)及其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，可以估計今后陶瓷窯爐的發(fā)展方向：在窯爐結(jié)構(gòu)上，向連續(xù)式窯爐長度方向發(fā)展；在窯體、窯具的材料上，采用輕質(zhì)陶瓷纖維，采用涂層材料；在燒成技術(shù)上，向溫度均勻性高、低污染方向發(fā)展，如采用微波燒成技術(shù)；在檢測控制方法上，采用多變量模糊控制技術(shù)；在研究方法上，將窯爐熱工理論和計算流體力學相結(jié)合。

此外，積極推廣高紅外、遠紅外、等離子、感應(yīng)加熱等高效加熱新技術(shù)，推廣微波能高溫技術(shù)如微波燒結(jié)、微波高溫合成工藝及相關(guān)設(shè)備；積極開發(fā)與利用新能源如太陽能、潮汐能等。這樣，窯爐的能源利用也將呈現(xiàn)出多元化的局面。

參考文獻

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