高富強，劉艷春，曾令可，王 慧，程小蘇，劉平安

（華南理工大學材料學院，廣東 廣州 510640）

陶瓷行業(yè)的低碳技術(shù)＊

高富強，劉艷春，曾令可，王 慧，程小蘇，劉平安

（華南理工大學材料學院，廣東 廣州 510640）

隨著“低碳經(jīng)濟時代”的到來，對陶瓷行業(yè)提出了前所未有的挑戰(zhàn)和機遇，本文介紹了在陶瓷行業(yè)這個高能耗的工業(yè)領(lǐng)域中如何實行可行性的低碳技術(shù)，跟隨時代腳步，最終達到陶瓷行業(yè)的低碳．

陶瓷行業(yè)；低碳技術(shù)；低碳經(jīng)濟

2009年12月7日至18日令世界矚目的哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會之后，環(huán)保理念及全面控制二氧化碳等溫室氣體排放、節(jié)能、新材料的應用等都成了當今世界的熱門話題．與此同時，11月25日，我國官方宣布控制溫室氣體排放的行動目標——到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，并提出相應的政策措施和行動．在今年的“兩會”上，綠色、低碳經(jīng)濟、節(jié)能減排成為談論和關(guān)注的重點及焦點．這些舉措意味著將對高耗能產(chǎn)業(yè)展開新一輪大整頓，對于高能耗、二氧化碳排放量較大的陶瓷行業(yè)來說，無形中又提出了一個新的課題．在節(jié)約資源、節(jié)約能源、環(huán)境保護已成為全球的大趨勢下，陶瓷行業(yè)面臨著前所未有的大挑戰(zhàn)和大機遇．陶瓷行業(yè)內(nèi)只有直面低碳時代，以積極而果敢的姿態(tài)迎接這個時代的到來，才能把握先機，贏得光明的未來．

1 低碳與低碳經(jīng)濟

1．1 低碳

低碳，英文為low carbon．意指較低（更低）的溫室氣體（二氧化碳為主）排放．隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、人口的劇增、人類欲望的無限上升和生產(chǎn)生活方式的無節(jié)制，世界氣候面臨越來越嚴重的問題，二氧化碳排放量越來越大，地球臭氧層正遭受前所未有的危機，全球災難性氣候變化屢屢出現(xiàn)，已經(jīng)嚴重危害到人類的生存環(huán)境和健康安全，即使人類曾經(jīng)引以為豪的高速增長或膨脹的GDP也因為環(huán)境污染、氣候變化而大打折扣（也因此，各國曾呼喚“綠色GDP”的發(fā)展模式和統(tǒng)計方式）．

面對全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同減低或控制二氧化碳排放，1997年的12月，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第三次締約方大會在日本京都召開．149個國家和地區(qū)的代表通過了旨在限制發(fā)達國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》．2005年2月16日，《京都議定書》正式生效，這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放，把“低碳”法律化．

1．2 低碳經(jīng)濟

“低碳經(jīng)濟”一詞首次出現(xiàn)在2003年英國政府發(fā)表的題為《我們未來的能源：創(chuàng)建低碳經(jīng)濟》的能源白皮書中，當時并沒有給出低碳經(jīng)濟確切的定義以及相關(guān)的界定方法和標準，但“低碳經(jīng)濟”作為專有名詞迅速成為引起全世界廣泛關(guān)注的熱門話題．2006年10月英國政府又發(fā)布《氣候變化的經(jīng)濟學：凱特恩報告》，呼吁全球向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型．2007年亞太經(jīng)合組織（APEC）第15次領(lǐng)導人會議上，胡錦濤發(fā)表重要講話中，一共說了4次“碳”：“發(fā)展低碳經(jīng)濟”、研發(fā)和推廣“低碳能源技術(shù)”、“增加碳匯”、“促進碳吸收技術(shù)發(fā)展”．

2009年，中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會發(fā)布了《中國發(fā)展低碳經(jīng)濟途徑研究》，正式把“低碳經(jīng)濟”界定為：“一個新的經(jīng)濟、技術(shù)和社會體系，與傳統(tǒng)經(jīng)濟體系相比在生產(chǎn)和消費中能夠節(jié)省能源，減少溫室氣體排放，同時還能保持經(jīng)濟和社會發(fā)展的勢頭．”

所謂低碳經(jīng)濟，是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導下，通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護雙贏的一種經(jīng)濟發(fā)展形態(tài)．發(fā)展低碳經(jīng)濟，一方面是積極承擔環(huán)境保護責任，完成國家節(jié)能降耗指標的要求；另一方面是調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，提高能源利用效益，發(fā)展新興工業(yè)，建設生態(tài)文明．其實質(zhì)是提高能源利用效率和清潔能源結(jié)構(gòu)、追求綠色GDP的問題，核心是能源技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變．

2 發(fā)展低碳陶瓷

中國陶瓷工業(yè)產(chǎn)量在世界上遙遙領(lǐng)先（2009年瓷磚總量達到67．24億m2，衛(wèi)生潔具1．77億件，占全球的60%以上），但總體上存在能耗高、綜合能源利用率低、生產(chǎn)效率低等問題．陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展正面臨自然生態(tài)環(huán)境的嚴峻考驗，能源短缺又給陶瓷行業(yè)的發(fā)展提出了越來越高的要求．陶瓷企業(yè)是高能耗、高污染的企業(yè)，具有很大的節(jié)能潛力．因此，“十二五”節(jié)能專項規(guī)劃將會給全國陶瓷行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響，低碳是陶瓷生產(chǎn)的大勢所趨，也是陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要條件．

發(fā)展低碳陶瓷，制造業(yè)是重點，只有實現(xiàn)了陶瓷生產(chǎn)的低碳化，陶瓷低碳經(jīng)濟發(fā)展才有堅實的基礎．要實現(xiàn)陶瓷生產(chǎn)的低碳化主要有以下幾點：首先，要創(chuàng)造出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低碳陶瓷生產(chǎn)技術(shù)；其次，盡快出臺低碳經(jīng)濟發(fā)展路線圖等的實施原則和操作細則；其三，積極開展低碳試點示范，爭取在重點地區(qū)、重點行業(yè)取得率先突破；最后，更新人們的生活觀念和消費觀念，形成陶瓷綠色消費的生活氛圍．

3 低碳經(jīng)濟下陶瓷發(fā)展戰(zhàn)略

3．1 節(jié)能減排實現(xiàn)低碳化

近幾年，國家對高能耗行業(yè)加大了節(jié)能減排的力度，這從不斷出臺節(jié)能、節(jié)約資源標準、淘汰落后設備及關(guān)閉小企業(yè)等政策就可以看出．2007年國家標準化管理委員會會同國家發(fā)改委等部門編制了《2008－2010年資源節(jié)能與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》和《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能耗評價體系和監(jiān)測方法》，其出臺為節(jié)能減排提供了技術(shù)支持和參考標準．

3．1．1 采用先進的燒成技術(shù)

（1）采用低溫快燒技術(shù)．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，且燒成時間縮短10%，產(chǎn)量增加10%，熱耗降低4%．因此，應用低溫快燒技術(shù)，不但可以增加產(chǎn)量，節(jié)約能耗，而且還可以降低成本，實現(xiàn)低碳目標．如佛山某企業(yè)和華南理工大學合作，采用超低溫配方燒成，將現(xiàn)有的建筑陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度降低約200℃，達到1000℃以下，單位制品的燃耗降低25%，每公斤瓷能耗為3～5 MJ，僅為普通燒成技術(shù)的75%左右，大大降低了生產(chǎn)成本．

（2）采用一次燒成技術(shù)．采用一次燒成技術(shù)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，綜合效應更佳，同時可以解決制品的后期龜裂，延長制品的使用壽命，制品的合格率也大大提高．如廣東某建筑陶瓷企業(yè)自從實現(xiàn)一次燒成后，燒成的綜合燃耗和電耗都下降30%以上，大大節(jié)約了設備和其它設施的投資，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量．

3．1．2 微波輔助氣體燒成技術(shù)

微波輔助氣體燒成技術(shù)（MAGF）是一種較實用、合理的燒成方法．微波被用來加熱制品，使制品從內(nèi)到外快速升溫，燃氣產(chǎn)生輻射熱源，使坯體表面升溫，防止表面熱損失而使溫度偏低，減少制品中不均勻性溫度分布的產(chǎn)生．采用微波輔助氣體燒成技術(shù)，制品的熱應力和非均質(zhì)性比普通工藝要低得多，溫度分布均勻，而且由于坯體內(nèi)外溫差小，可快速燒成，故能耗低．據(jù)國外資料報道，采用MAGF技術(shù)燒成可增產(chǎn)4倍，節(jié)能70%以上，能源成本下降40%，有害物質(zhì)的揮發(fā)量大大減少，而且由于燒成中的熱應力小，產(chǎn)品的機械性能亦有所改善．

3．1．3 富氧燃燒技術(shù)節(jié)能

針對陶瓷燒成的燃燒技術(shù)，一般認為，助燃空氣中的氧氣含量大于21%所采取的燃燒技術(shù)，簡稱為富氧燃燒技術(shù)．燃料在富氧狀態(tài)下能降低燃點溫度，且使燃燒速度加快，燃燒完全，從而提高了火焰強度，獲得較好的熱傳導．由于采用富氧燃燒技術(shù)，燃燒相對完全，火焰長度相對縮短，火焰上部溫度降低，減輕了窯爐、蓄熱室的熱負荷，即減輕了對其的侵蝕，窯爐壽命相應延長．采用富氧空氣后可以適當減少二次助燃風量，從而減少了廢氣排放量，也就減少了廢氣帶走的熱量，提高了熱效率，達到節(jié)能的目的，進而達到減少二氧化碳的排放達到低碳目標．

3．2 研發(fā)新產(chǎn)品實現(xiàn)低碳化

3．2．1 瓷磚薄型化

目前，市面上的大規(guī)格陶瓷磚厚度一般都在10 mm以上，大規(guī)格瓷片也在10 mm左右，而大規(guī)格拋光磚厚度則超過14 mm，“磚王”甚至厚達25 mm．如果瓷磚厚度由10 mm降到8 mm，按目前我國墻地磚60億平米年產(chǎn)量計算，瓷磚減薄了20%，則每年可節(jié)約原料2400－4000萬t，同時每年的綜合能耗可減少約102億kg標準煤，經(jīng)濟效益和社會效益都非?？捎^，瓷磚的薄型化將成為行業(yè)未來發(fā)展的主要方向．2007年國家標準化管理委員會會同國家發(fā)改委等部門編制了《超薄陶瓷板（薄型陶瓷磚）》標準，2009年建設部正式發(fā)布了GJ／T172—2009《建筑陶瓷薄板應用技術(shù)規(guī)程》和《陶瓷板》，其出臺不僅為陶瓷板的施工提供技術(shù)支持，也為陶瓷板的大量應用掃除了障礙，也將進一步促進節(jié)能、降耗產(chǎn)品的大力發(fā)展．蒙娜麗莎是國內(nèi)陶瓷薄板的先行者，一經(jīng)推出，就在行業(yè)內(nèi)引發(fā)了一場節(jié)能減排的風暴；超薄板磚一般規(guī)格為1000 mm×3000 mm，厚度3～6 mm，比傳統(tǒng)的陶瓷磚每平方米節(jié)約原料30－60%，節(jié)約用水63%，節(jié)約用電26%，減少污染物排放70%以上．此外，還有海棠企業(yè)推出主打低碳牌的BOBO薄板．陶瓷薄板在吸收現(xiàn)有陶瓷生產(chǎn)技術(shù)的基礎上，通過合理利用現(xiàn)有資源，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有傳統(tǒng)陶瓷機械的基礎上，實現(xiàn)全面創(chuàng)新與升級，目前已經(jīng)能實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化．從國內(nèi)外瓷磚的發(fā)展方向來看，大規(guī)格薄板將是陶瓷低碳的重要途徑．

3．2．2 瓷磚輕質(zhì)化

瓷磚的減輕不僅可以通過減薄來實現(xiàn)，還可以通過改變瓷磚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)．目前，輕質(zhì)磚是采用陶瓷生產(chǎn)廢料為主要原料，通過加入特殊的發(fā)泡材料，在高溫下燒制而成的一種具有陶瓷性能、比重小的新型裝飾材料．輕質(zhì)新型建材與同類產(chǎn)品相比，單位面積建筑陶瓷材料用量降低50%以上，節(jié)約60%以上的原料資源，降低綜合能耗50%以上．經(jīng)國家建筑材料測試中心檢測，主要性能指標均達到或超過國家相關(guān)標準，廣泛應用于建筑外墻裝飾工程、商業(yè)空間裝飾工程、家庭空間裝飾等．2009年以來陸續(xù)面市的輕質(zhì)磚包括歐神諾的輕質(zhì)磚、晶立方及蒙娜麗莎的QQ板等產(chǎn)品，在拋光磚的廢渣循環(huán)利用上取得了突破．

3．3 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟實現(xiàn)低碳化

3．3．1 廢料回收利用技術(shù)

如今越來越多陶瓷企業(yè)加入到利用廢渣生產(chǎn)陶瓷產(chǎn)品的行列，看中的是廢渣利用的成本優(yōu)勢，目前陶瓷原礦價格每噸達70元，而陶瓷廢渣的收購價每噸僅25元，加上精加工費用，廢渣變成生產(chǎn)原料每噸成本才50元．用這種廢渣做成的輕質(zhì)磚和保溫磚，預計比普通外墻磚價格高20%左右．廢棄物的回收和利用在很大程度上節(jié)省了資源，也減輕了對環(huán)境的危害．專家估計，若按我國每年建筑陶瓷產(chǎn)品總重量為1億噸計算，含固體廢料在內(nèi)的陶瓷廢料近千萬噸，其中拋光廢渣超過300萬噸．與發(fā)達國家50%的礦產(chǎn)資源總回收利用率相比，我國僅為30%．全國可回收而沒有回收利用的再生資源價值達到350－400億元，每年有200－300億元的再生資源白白流失浪費．目前中國建筑能耗的排放量已經(jīng)達到25%，而在同樣的溫差環(huán)境下使用，用陶瓷廢渣制成的保溫磚的隔熱性能是普通瓷磚的四倍．由于本身可以使建筑節(jié)能，而制作的原料又有一大部分來自廢渣，保溫磚的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品本身都符合了低碳經(jīng)濟的要求．

3．3．2 余熱回收利用技術(shù)

積極采用先進的煙氣余熱回收技術(shù)，降低陶瓷窯爐排煙熱損失是實現(xiàn)工業(yè)窯爐節(jié)能的主要途徑．當前國內(nèi)外煙氣余熱利用主要用于干燥、烘干制品和生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)．采用換熱器回收煙氣余熱來預熱助燃空氣和燃料，具有降低排煙熱損失、節(jié)約燃料和提高燃料燃燒效率、改善爐內(nèi)熱工過程的雙重效果．一般認為：空氣預熱溫度每提高100℃，即可節(jié)約燃料5%．

現(xiàn)有余熱利用方式主要有以下幾種：①在換熱器中用煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣；②設置預熱段或輥道干燥窯，用煙氣余熱干燥濕坯；③設置余熱鍋爐，用煙氣余熱生產(chǎn)蒸汽；④加熱空氣作為烘干坯件的熱源；⑤利用煙氣余熱發(fā)電和供暖；⑥利用冷卻帶預熱作為噴霧塔干燥熱源可取消原有的熱風爐等．加大余熱回收利用無疑也是發(fā)展低碳陶瓷的一條很好的途徑．

3．4 窯爐技術(shù)革新實現(xiàn)低碳化

3．4．1 窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著窯爐內(nèi)高的增加，單位制品熱耗和窯墻散熱量也增加．如當輥道窯內(nèi)高由0．2 m升高至1．2 m時，熱耗增加4．43%，窯墻散熱升高33．2%，所以從節(jié)能的角度講，窯內(nèi)高度越低越好；隨著窯內(nèi)寬度的增大單位制品熱耗和窯墻散熱減少．如當輥道窯窯內(nèi)寬從1．2 m增大到2．4 m時，單位制品熱耗減少2．9%，窯墻散熱降低25%．如把輥道窯的內(nèi)寬由2．5 m擴大到3．0 m，產(chǎn)量則可以從10000 m2增加到15000 m2，窯體散熱面積由1206 m2增加到1422 m2，每生產(chǎn)1 m2磚，窯墻散熱面積由0．1206 m2減少到0．0948 m2；如果窯墻外表面溫度與環(huán)境的溫度差不變，則窯體外壁的散熱損失可減少27．2%，所以在一定范圍內(nèi)，窯越寬越好；窯越寬，節(jié)能率越高，故只要能很好地解決斷面溫差的問題，寬體窯是未來發(fā)展的方向；當窯內(nèi)寬和內(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．如當輥道窯的窯長由50 m增加到100 m時，單位制品熱耗降低1%，窯頭煙氣帶走熱量減少13．9%．輥道窯長度低于100 m，產(chǎn)量5000 m2左右，長度超過100 m產(chǎn)量可達10000 m2，長200～300 m，產(chǎn)量可達20000 m2，長300 m以上，產(chǎn)量可達25000～3000 m2，故早期的窯爐均為幾十米長，現(xiàn)在的輥道窯最長達450 m，隧道窯長140多米．因此，應重點研究和優(yōu)化窯爐結(jié)構(gòu)，減少能耗，并逐步縮小窯內(nèi)各斷面的溫差，加快燒成周期，以達到節(jié)約能耗實現(xiàn)低碳的目的．

3．4．2 選用合理噴嘴

過去噴嘴使用時的溫度控制容易出現(xiàn)偏差．由于高溫火焰流因浮力而上升，形成窯內(nèi)溫度上高下低，使熱電偶檢測到的溫度偏高，故造成熱電偶儀表顯示溫度與窯內(nèi)制品實際溫度發(fā)生很大的偏差．采用新型高速噴嘴或脈沖燒成技術(shù)，可以使窯內(nèi)溫度變得均勻，減小了窯內(nèi)上下溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果．特別對于寬斷面的窯爐，采用脈沖比例燒嘴或高速燒嘴；對于燒成用水煤氣的寬斷面輥道窯，采用二次預混式燒嘴，不但可以減小窯斷面溫差，而且可以節(jié)約能源10%左右．

3．4．3 選用高效的保溫材料和涂層技術(shù)

窯體熱損失主要分為蓄熱損失與散熱損失．對于間歇式窯爐來說兩者均存在，但連續(xù)式窯爐僅存在散熱損失．減少熱損失的主要措施是加強窯體的有效保溫．并且在保證窯墻外表溫度盡可能低的情況下，選用最合理最經(jīng)濟的材料以取得最薄的窯墻結(jié)構(gòu)．高性能保溫材料或絕熱材料在陶瓷窯爐上的應用，將使陶瓷窯爐的窯墻結(jié)構(gòu)發(fā)生革命性的變化，不但可以減少窯墻的蓄散熱，而且可以大大地減薄窯壁的厚度，使窯壁的結(jié)構(gòu)簡單化．

另外，為了提高陶瓷纖維抗粉化能力，增加窯爐內(nèi)傳熱效率，節(jié)能降耗，可使用多功能涂層材料，如熱輻射涂料．在高溫階段，將其涂在窯內(nèi)壁的耐火材料上，材料的輻射率由0．7升為0．96，可節(jié)能138．3 MJ／h·h；而在低溫階段涂上該涂料后，窯內(nèi)壁輻射率從0．7升為0．97，可節(jié)能19．0 MJ／h·h．

4 結(jié) 語

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能減排技術(shù)、研發(fā)新型低碳產(chǎn)品、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和窯爐技術(shù)革新，都可以實現(xiàn)低碳的目標，為全球發(fā)展低碳經(jīng)濟發(fā)揮舉足輕重的作用．

［1］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［J］．佛山陶瓷，2006（2）：1－4．

［2］曾令可，劉濤．陶瓷窯爐的節(jié)能減排技術(shù)（Ⅰ）［J］．陶瓷，2008（1）：57－69．

［3］曾令可，劉濤．陶瓷窯爐的節(jié)能減排技術(shù)（Ⅱ）［J］．陶瓷，2008（2）：57－60．

［4］黃賓．低碳經(jīng)濟時代陶瓷行業(yè)的新課題［J］．佛山陶瓷，2010（5）：1－2．

［5］杜夏芳，姚遠．陶瓷行業(yè)如何應對低碳經(jīng)濟時代的來臨［J］．陶瓷，2010（7）：7－10．

［6］冼志勇，劉樹，曾令可．陶瓷行業(yè)應對節(jié)能減排的措施［J］．佛山陶瓷，2009（6）：13－16．

［7］李振中．陶瓷窯爐節(jié)能減排的探討［J］．佛山陶瓷，2010（4）：6－9．

［8］段先湖．劉幼紅．陶瓷磚薄型減量化生產(chǎn)符合科學發(fā)展觀的要求［J］．陶瓷，2009（9）：15－19．

［9］曾令可．現(xiàn)代窯爐的新技術(shù)與新工藝［J］．建筑衛(wèi)生陶瓷，2007，164（6）：94－95．

［10］戴樹業(yè)，韓建國，李宏．富氧燃燒技術(shù)的應用［J］．玻璃與搪瓷，2000，28（2）：26－29．

［11］譚紹祥，譚漢杰．廣東陶瓷行業(yè)節(jié)能和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的現(xiàn)狀問題與對策［J］．陶瓷，2007（4）：9－13．

［12］馬永平．陶瓷行業(yè)邁向低碳時代［J］．陶瓷，2010（5）：53－55．

Low－carbon technique in ceramic industry

GAO Fu－qiang，LIU Yan－chun，ZENG Ling－ke，WANG Hui，CHENG Xiao－su，LIU Ping－an
（College of Materials Science ＆ Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

With the advent of the Low－carbon economy，it takes the ceramic industry both opportunity and challenge．This paper introduces how to put Low－carbon technique into practice in the ceramic industry．

ceramic industry；low－carbon technique；low－carbon economy

TB

A

1673－9981（2010）04－0600－05

2010－10－07

廣東省重大科技專項（2009A080203003）；粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破項目（20009Z44）

高富強（1986—），男，碩士研究生．