陳再輝 劉華蘭 賀鵬 徐剛

（湖南出入境檢驗檢疫局醴陵辦事處，湖南醴陵412200）

1 引言

我國是日用陶瓷生產(chǎn)大國，日用陶瓷產(chǎn)量居世界第一，然而陶瓷行業(yè)是我國的高耗能行業(yè)，日用陶瓷又因其生產(chǎn)工序多、產(chǎn)品燒成溫度較高等原因，產(chǎn)品單位能耗居陶瓷行業(yè)之首，是建筑衛(wèi)生陶瓷的2～5倍，這種狀況嚴重制約著日用陶瓷工業(yè)的健康發(fā)展。隨著全社會對能源和環(huán)境的日益重視，在實現(xiàn)節(jié)能的同時保證行業(yè)的持續(xù)發(fā)展是陶瓷企業(yè)面對的重大課題。

2 原料加工過程中的節(jié)能技術(shù)

目前，陶瓷原料加工主要是使用間歇式球磨機作為細磨設(shè)備，其內(nèi)襯主要用燧石襯。因此，有很大的潛力可以挖掘。如采用連續(xù)式、大噸位的球磨機進行細磨，產(chǎn)量可提高10倍以上，電力消耗可下降80％。同時，球磨機的內(nèi)襯采用橡膠襯，既減小球磨機的負荷，又增加球磨機的有效容積，可以提高產(chǎn)量，降低電耗。另外，通過加入高效減水劑、助磨劑和水的比例，既可縮短球磨時間，又可節(jié)電35％左右[1]。

3 成型過程中的節(jié)能技術(shù)

當(dāng)前，日用陶瓷成型工藝有滾壓成型、注漿成型、塑壓成型、等靜壓成型、高壓注漿成型、微波注漿成型和激光快速成型，其中后半部分具有較大的發(fā)展和應(yīng)用前景。從效率、節(jié)能和成熟程度等考慮，等靜壓成型是目前最理想的成型方法，其具有瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻致密、質(zhì)量高、工序簡單、無雜質(zhì)、抗彎強度高、可成型復(fù)雜形狀、尺寸精確、生產(chǎn)周期短、耗能低等優(yōu)點，取消了石膏模和干燥工序、能適應(yīng)于多種產(chǎn)品的生產(chǎn)等。用等靜壓機生產(chǎn)直徑為22厘米的產(chǎn)品，每小時約600件，不需石膏模，坯件光潔規(guī)正，不需加工干燥，可直接由自動生產(chǎn)設(shè)備送到窯車上，從而大幅度地節(jié)約能源，縮短生產(chǎn)周期，降低成本[1]。

4 干燥過程中的節(jié)能技術(shù)

表1 傳統(tǒng)干燥與微波干燥比較Tab.1 Com parison between traditionaldrying and m icrowave drying

陶瓷的干燥是陶瓷生產(chǎn)工藝中非常重要的工序之一。據(jù)統(tǒng)計，干燥過程中的能耗占燃料總消耗的15％以上，故干燥過程的節(jié)能是關(guān)系到企業(yè)節(jié)能的大事[2]。陶瓷的干燥速度快、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)，無污染等是新世紀對干燥技術(shù)的基本要求。日用陶瓷工業(yè)的干燥經(jīng)歷了自然干燥、室式烘房干燥，到現(xiàn)在的各種熱源的連續(xù)式干燥、遠紅外干燥、太陽能干燥和微波干燥技術(shù)。其中微波干燥技術(shù)備受關(guān)注，微波干燥中微波可以穿透物料內(nèi)部，使內(nèi)外同時受熱，蒸發(fā)時間比常規(guī)加熱大大縮短，可以最大限度的加快干燥速度，極大地提高生產(chǎn)效率。由此節(jié)約了大量的能源消耗，且微波能源利用率高，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。從表1可以看出，在相同的功率下，微波干燥與傳統(tǒng)干燥相比具有干燥時間短、能耗少、產(chǎn)量高等優(yōu)點[2-4]。

但微波干燥在大能量長時間照射下，對人體健康帶來不利影響。因此，單獨采用微波干燥有它的優(yōu)劣之處。為了更好的發(fā)揮微波技術(shù)的優(yōu)點，可采用混合加熱或混合干燥技術(shù)。如在快速干燥室內(nèi)，增加微波發(fā)生器。在坯體的升溫階段，微波發(fā)生器以最大功率運行，在很短的時間內(nèi)使坯體溫度升高。然后逐漸減少微波功率，而熱風(fēng)干燥以最大強度運行，這樣總的加熱時間將減少50％，總能耗并沒有增加，而且坯體合格率高。

用兩種或兩種以上的干燥方法聯(lián)合使用，可以大大加快干燥速度，節(jié)約能源，例如把輻射干燥與高速熱氣流定向噴射交替進行；如把高頻感應(yīng)加熱、輻射和氣流三結(jié)合進行干燥；又如把微波干燥與對流干燥結(jié)合進行干燥。

5 燒成過程中的節(jié)能技術(shù)

從日用陶瓷工業(yè)各道生產(chǎn)工序的能耗分布狀況來看：燒成工序占陶瓷生產(chǎn)總能耗的60％以上，可見日用陶瓷生產(chǎn)能耗主要集中在制品燒成工序。

5.1 積極開發(fā)低溫快燒原料

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，燒成溫度降低100℃，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％。由此可見，降低陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度對于節(jié)能具有十分重要的意義。低溫?zé)傻奶沾僧a(chǎn)品，關(guān)鍵在于開發(fā)和利用低溫原料。目前日用陶瓷廠大量生產(chǎn)鎂質(zhì)瓷，其燒成溫度約1200℃左右，瓷質(zhì)白，光澤度高，熱穩(wěn)定性好，膨脹系數(shù)低，可生產(chǎn)薄型的產(chǎn)品，因此可有效節(jié)能。目前各國陶瓷研究機構(gòu)已成功篩選出許多種低溫陶瓷原料及低溫熔劑原料。現(xiàn)在已知可用作低溫?zé)膳黧w原料的常規(guī)陶瓷礦物原料有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母粘土、葉蠟石、珍珠巖等。

在烤花工藝過程中，使用低溫花紙。目前花紙烤花溫度一般都在500℃以上，但是也有采用新工藝烤花溫度在200℃左右的花紙，燒成時間1.5～2小時。

5.2 采用合理的燒成技術(shù)

目前陶瓷的燒成技術(shù)主要分為一次燒成和二次燒成。一次燒成的主要工藝：生坯施釉→干燥后入窯→高溫一次燒成。相對于二次燒成，一次燒成技術(shù)減少了素?zé)ば?，更加?jié)能，而且可以解決陶瓷釉面后期龜裂的問題，延長產(chǎn)品的使用壽命。傳統(tǒng)日用陶瓷生產(chǎn)多為一次燒成，但隨著產(chǎn)品檔次和質(zhì)量要求的提高，二次燒成工藝采用也很普遍。我們應(yīng)該在陶瓷工藝和燒成技術(shù)上取得突破，實現(xiàn)一次燒成新工藝，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，燒成的綜合能耗和電耗將下降很多。

5.3 選用清潔高效的燃料

我國陶瓷工業(yè)的傳統(tǒng)燃料是煤，不僅能源利用效率低、生產(chǎn)成本高，而且給環(huán)境造成較大的污染。因此，陶瓷工業(yè)的燃料應(yīng)從固體燃料向清潔氣體、液體燃料轉(zhuǎn)變，如柴油、煤油、天然氣、液化石油氣、焦?fàn)t煤氣、水煤氣等。采用清潔的氣體、液體燃料，不僅是裸裝明焰快速燒成工藝的保證，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。表2是燒成溫度為1370℃時，氣體燃料與煤、重油能耗的對比數(shù)據(jù)，可以看出，采用潔凈氣體為燃料時，節(jié)能降耗效果明顯。

表2 氣體燃料與煤、油能耗對比Tab.2 Energy consum ption com parison between gas，coaland oil firing

5.4 采用先進燃燒設(shè)備

5.4.1 選擇合適的窯爐和結(jié)構(gòu)

窯爐是日用陶瓷生產(chǎn)主要耗能設(shè)備，近十幾年以來，陶瓷窯爐技術(shù)的快速發(fā)展和窯爐燃料的天然氣化，其耗能大幅下降，能源利用率由上世紀80年代的不到20％提高到30％以上，但與國外發(fā)達國家陶瓷工業(yè)50％左右的能源利用率相比，仍有較大差距。目前，日用陶瓷生產(chǎn)中使用較多的窯爐是隧道窯、輥道窯、梭式窯三大類。其中，輥道窯具有產(chǎn)量大、質(zhì)量好、能耗低、自動化程度高等優(yōu)點，是目前陶瓷窯爐的主要發(fā)展方向。表3是燒成溫度為1370℃時，輥道窯和隧道窯的能耗對比數(shù)據(jù)。從表3中可以看出，在采用相同的裝燒方式的情況下，輥道窯的單位能耗還是比新型隧道窯要低。

5.4.2 選擇合適的裝窯方式

目前，我國陶瓷窯爐燒成方式主要有：缽裝明焰、裸裝隔焰和裸裝明焰。根據(jù)試驗，裸裝明焰燒成方式最節(jié)能。明焰裸燒煙氣與制品之間直接傳熱，減小了傳熱阻熱，大大提高了傳熱速度，從而有利于縮短燒成周期，提高窯爐生產(chǎn)能力，因此，單位產(chǎn)品的耗能低。

5.4.3 高速節(jié)能燒嘴

窯爐中的燒嘴是燃料燃燒的關(guān)鍵設(shè)備。一般油燒嘴需要霧化，燃油在霧化后再與助燃風(fēng)混合后燃燒，由于霧化的好壞變化，容易結(jié)焦，需要定期清理，影響燒成質(zhì)量。而高速節(jié)能氣燒嘴，燃氣和空氣在窯爐內(nèi)部產(chǎn)生強大的熱量和氣流攪動，兩種氣體經(jīng)過充分混合，可以提高火焰質(zhì)量，從而節(jié)約能源和提高產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)油燒嘴相比，高速節(jié)能氣燒嘴具有燃燒效率高，燃燒污染物少，火焰剛性強，噪音小，不回火，不脫火，燃氣流量調(diào)節(jié)范圍寬，燃燒器操作彈性大等優(yōu)點。

5.4.4 合理選擇耐火保溫材料

選擇合理的保溫材料對延長窯爐的使用壽命、節(jié)能降耗有很大的影響。如輕質(zhì)陶瓷纖維與重質(zhì)耐火磚相比，重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小，重量只有輕質(zhì)材料的1/6，容重為傳統(tǒng)耐火磚的1/25，蓄熱量為磚砌式爐襯的1/30～1/10，窯外壁溫度可降到30℃～60℃。在節(jié)能方面，從總耗能的20.6％下降到16.67％。另外，在窯爐中使用多功能涂層材料，如熱輻射涂料，可以在提高陶瓷纖維的抗粉化能力情況下提高窯爐內(nèi)的傳熱效率。如在高溫階段，將熱輻射涂料涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由0.7升到0.96升，可節(jié)能138.3MJ/m2·h；而在低溫階段涂上熱輻射涂料后，窯壁輻射率由0.7升到0.97升，可節(jié)能20MJ/m2·h[1，2]。

表3 窯爐能耗對比Tab.3 Energy consum ption com parison between kilns

采用輕質(zhì)耐火材料制作窯車和窯具對節(jié)能降耗非常重要。產(chǎn)品與窯具的重量比越小，其熱耗越高。窯車應(yīng)使用蓄熱低、容重小、強度高、隔熱性能好的材料來制備，同時選擇合適的窯車車襯材料。據(jù)報道，采用全硅酸鋁耐火纖維做車襯時，產(chǎn)品熱耗僅為采用重質(zhì)磚的59.1～66.3％[2]。

表4 改造前窯爐產(chǎn)能及單位能耗表Tab.4 The production capacity and energy consum ption per unit productof the kiln before renovation

表5 改造后窯爐產(chǎn)能及單位能耗表Tab.5 The production capacity and energy consum ption per unit productof the kiln after renovation

5.4.5 余熱綜合利用

余熱利用在國外很受重視，視其為陶瓷工業(yè)節(jié)能的主要環(huán)節(jié)。如果利用窯爐的余熱解決原料和陶瓷制品的干燥，熱風(fēng)助燃，陶瓷生產(chǎn)的綜合能耗可降低30％左右。另外，冷卻帶的余熱可以全部抽去干燥石膏模具和陶瓷制品，排出的廢煙氣也可經(jīng)過換熱器，變成干凈的熱風(fēng)再去干燥制品。特別是隧道窯、輥道窯這類窯爐，窯頭煙氣帶走熱和窯尾熱風(fēng)抽出帶走熱兩項相加的熱量占窯爐總能耗的60～70％。因此，如果這部分熱量利用得好，對節(jié)能指標的實現(xiàn)將產(chǎn)生很大的貢獻。目前，國內(nèi)外將余熱回收后主要應(yīng)用于坯體、物料干燥和加熱助燃空氣方面，以及安裝鍋爐制熱水。歐洲陶瓷企業(yè)普遍采用在窯爐上安裝附加余熱利用裝置，進行窯尾余熱的再回收利用；對于排煙廢熱的利用，也有不少企業(yè)采用換熱器將熱量收集后輸送到所需的場所，其綜合節(jié)能的效果可使窯爐熱效率達到80％以上。

5.4.6 窯爐的自動控制技術(shù)

窯爐的自動控制技術(shù)是目前國內(nèi)外普遍采用的、有效的節(jié)能方法，它主要用于窯爐的自動控制。窯爐采用智能化的計算機進行自動控制，可穩(wěn)定窯爐的溫度、濕度、窯內(nèi)氧濃度、氣氛、壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，可節(jié)約能源。

6 節(jié)能改造實例

以某日用陶瓷公司為例，為實現(xiàn)節(jié)能進行了相關(guān)項目的改造。通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，以液化石油氣代替煤炭作為燃料實現(xiàn)了無匣明焰燒制和烤花，同時通過對窯爐改造和綜合利用余熱系統(tǒng)，大幅度降低了單位能耗，其改裝前后的單位能耗表見表4、表5。改造后干燥所需能源全部利用窯爐余熱，窯爐采用全輕質(zhì)耐火保溫材料，自動控制系統(tǒng)，高效節(jié)能燒嘴，多噴嘴上下交錯布置，窯爐溫度均勻，制品上下同時加熱，產(chǎn)品燒成缺陷大幅降低，燒成合格率由原來的90％提高到95％以上，節(jié)能效果顯著。

7結(jié)論

我國是日用陶瓷生產(chǎn)大國，如何降低日用陶瓷的單位能耗事關(guān)目前節(jié)能減排的大事，只有在陶瓷生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中大力推廣應(yīng)用節(jié)能降耗的技術(shù)措施，積極開發(fā)利用新能源、新原料，建立品牌意識，提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量檔次，才能實現(xiàn)陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1曾令可.陶瓷工業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)措施.陶瓷學(xué)報，2006，27（1）：109～115

2曾令可，鄧偉強.廣東省陶瓷行業(yè)的能耗現(xiàn)狀及節(jié)能措施.佛山陶瓷，2006，（2）：1～4

3彭金輝，何藹平.德國在微波處理材料方面的應(yīng)用研究.昆明理工大學(xué)學(xué)報，1996，21（6）：39～41

4蔡杰，郭景坤.陶瓷材料微波燒結(jié)研究.無機材料學(xué)報，1995，10（2）：164～168