摘 要:陶瓷行業(yè)是我國傳統(tǒng)的高能耗行業(yè)，本文結合陶瓷企業(yè)能源消耗結構和流向，從陶瓷產品生產工序和主要用能設備論述了一些具體的節(jié)能措施。

關鍵詞:陶瓷;能源消耗;節(jié)能措施

1 前言

我國是建筑衛(wèi)生陶瓷生產大國，建筑衛(wèi)生陶瓷的產量已連續(xù)15年位居世界第一，日用瓷和工藝美術陳設瓷的產量則連續(xù)30年位居世界第一[1]。2008年全國建筑陶瓷產量總體保持繼續(xù)增長趨勢，瓷磚產量達到57.55億平方米，增長12.8%;衛(wèi)生陶瓷產量達1.54億件，增長9.35%[2]。與此同時，建筑衛(wèi)生陶瓷也是傳統(tǒng)的高能耗行業(yè)，但目前我國陶瓷工業(yè)能源利用率僅為28%~30%，與發(fā)達國家50%~57%的能源利用率差距較大，能源浪費嚴重[3]。

隨著我國經濟社會的逐步發(fā)展，我國已成為世界第二大能源消耗大國，2007年能源消費總量為26.6[4]億噸標準煤，2008年則增長為29.1[5]億噸標準煤，能源消費量僅次于美國。今后幾年我國能源消費量將繼續(xù)保持高速增長趨勢，能源供需矛盾日益嚴重，能源供應安全已成為關系我國經濟發(fā)展的重大問題。

自進入二十一世紀以來，經濟全球化進一步發(fā)展，世界能源消費量高速增長，國際能源市場出現了能源供應緊張的局面，能源價格不斷上漲，供需矛盾日益突出。能源成本的大幅度提升對“高能耗、高污染、資源性”的行業(yè)帶來了巨大沖擊，能源成本嚴重威脅著這些工業(yè)的生存和發(fā)展，其中就包括建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)。因此，節(jié)能降耗成為每個陶瓷企業(yè)經營者都必須嚴肅面對及思考的問題。同時，陶瓷的高耗能必然會帶來高污染的情況，全國迅猛發(fā)展的陶瓷業(yè)對我國的環(huán)境也造成了很大的污染，特別是陶瓷業(yè)發(fā)展迅速的產區(qū)如廣東省的佛山、潮州、清遠、肇慶、河源等地區(qū)更為嚴重。

節(jié)能已被稱為世界第五大能源，它不僅可以緩解能源供需矛盾，促進經濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展，而且是減少有害氣體排放、降低大氣污染的最現實、最經濟的途徑。開展節(jié)能減排工作、降低企業(yè)生產成本、提高企業(yè)市場競爭力是我國陶瓷企業(yè)的必由之路，也是促進建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。

從建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)來看，節(jié)能減排的途徑主要有管理節(jié)能和技術節(jié)能兩個大方面。管理節(jié)能主要是通過加強企業(yè)員工技能培訓、提高員工節(jié)能意識、合理安排生產、減少浪費來做到節(jié)能;技術節(jié)能主要是依靠新工藝、新技術、新設備、新材料的使用，提高能源利用效率，達到節(jié)能的目的。

2 陶瓷企業(yè)主要生產工藝、設備及能源消耗流向情況簡介

2.1主要生產工藝

建筑陶瓷產品主要有拋光磚和瓷片兩大類，主要生產工藝流程分別如圖1和圖2所示。

拋光磚、瓷片生產工藝主要包括:配料、球磨、噴霧干燥、陳腐、壓機成形、干燥、燒成、拋光。

(1) 配料:根據產品的工藝要求，按照一定的原材料配方，將各種泥沙按比例和需要生產的數量要求來配備;

(2) 球磨:將已配備好的原材料，裝入球磨機中，按工藝要求，加入一定量的水和各種助劑，配成漿料。然后加入磨球，大顆粒的漿料在球磨機中通過與球石的碰撞與摩擦，不斷地粉碎，直到達到生產所要求的細度;

(3) 噴霧干燥:漿料在噴霧干燥塔內，熱煙氣將漿料的水分蒸發(fā)成為干燥粉料;

(4) 陳腐:將經過噴霧干燥的粉料放入儲料粉箱中存放;

(5) 壓制成形:粉料通過輸送設備送到壓機，經自動壓機壓制成形;

(6) 干燥:磚坯成形后經干燥進入燒成;

(7) 燒成:干燥后的磚坯進入燒成窯中高溫燒結;

(8) 拋光:利用拋光機械對陶瓷制品的表面進行加工(主要是拋光磚類產品);

(9) 磨邊:對燒成后的產品，按照質量標準進行表面加工(主要是瓷片類產品)。

2.2主要用能設備

建筑陶瓷與衛(wèi)生陶瓷的主要耗能設備以及能源消耗種類分別如表1所示。需要說明的是，隨著能源成本的升高，陶瓷廠噴霧塔現在基本都以燒水煤漿為主，輥道窯以燒水煤氣為主，部分地區(qū)輥道窯采用天然氣作為原料。此外，隨著技術的進步，原先干燥窯都需要通過熱風爐燃燒重油、柴油或者水煤漿供熱，現在大部分都取消了熱風爐供熱，而直接利用輥道窯的余熱。

2.3建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)能源流向情況

表2為某陶瓷企業(yè)全年的能源消耗量及能源結構表，表3、圖3則為該企業(yè)各種能源的流向情況。

從表3可以看出，原料車間及燒成車間是企業(yè)的主要耗能部門，兩個部門全年耗能占到公司總能耗的96.33%，其中原料車間占35.07%，燒成車間占61.26%，因此可以看出，陶瓷企業(yè)節(jié)能空間主要在原料車間及燒成車間。

3陶瓷企業(yè)的主要技術節(jié)能措施

3.1原料加工過程的節(jié)能

從上一節(jié)我們知道，陶瓷企業(yè)原料加工過程所消耗的能源約占全公司能源消耗的35.07%，主要的耗能設備有漿池攪拌機、球磨機、噴霧塔及風機。其中噴霧塔是用熱設備，其余全部為用電設備。原料制作工藝的節(jié)能措施主要分為節(jié)電措施和余熱利用措施。

3.1.1 漿池攪拌機節(jié)電

原料漿池攪拌是球磨之前的一個過程，其主要目的是使得原料與水混合均勻，為后續(xù)的球磨工序提供合適的漿料。一般而言攪拌機用電量相比球磨機要小很多， 攪拌機節(jié)電主要要注意選擇合適功率的攪拌機，避免“大馬拉小車”的現象;另外就是采用變頻技術，根據漿料的性質改變攪拌速度，節(jié)約用電。

3.1.2 球磨機節(jié)電

從表3可以看出，原料車間用電占到全廠用電的30.84%，而根據有關報道，球磨機用電要占到整體生產線用電的45%，占原料加工用電的85%，合占總成本的8%~10%[6]，因此開展球磨機節(jié)能對于陶瓷企業(yè)來說意義重大。球磨機節(jié)電要做到以下幾點:

(1) 嚴把陶瓷原料進廠關，做到原料的標準化、系列化，以保證產品質量的穩(wěn)定性，減少后續(xù)球磨工序的時間;

(2) 盡量采用大噸位球磨機，并采用變頻器控制，與小噸位球磨機相比，大噸位球磨機可以節(jié)省電耗10%~30%;此外，大噸位球磨機產量可提高10倍以上，可以連續(xù)性加料和出料，不需要停機，并可以制濃漿，使后續(xù)的噴霧干燥節(jié)省能耗20%~30%;

(3) 合理選用高效減水劑以及助磨劑，減水劑可以改善泥漿的特性，減少球磨時間、節(jié)約用電，此外還可以減少后續(xù)噴霧塔用能;

(4) 合理搭配球磨機球石。球石的選擇既要考慮單個球石的硬度、抗折強度、抗沖擊強度、重量和比重，也要考慮球石的整體參數性質，如磨耗率和孔隙率。實際生產中球石的選擇既要根據“金字塔”原理和“黃金分割”原理，又要結合實際的生產情況，合理搭配球石的大、中、小球石比率，且做好跟蹤處理，按照球石的消耗情況及時進行補充;

(5) 做好球磨機的日常維護管理。球磨機的安裝維護保養(yǎng)對球磨的傳動和諧性、綠色環(huán)保性、使用安全性和節(jié)能性有極大影響。俗話說“三分設計，七分保養(yǎng)”，設計得再好，安裝維護保養(yǎng)不到位，結果還是功虧一簣。球磨機日常維護保養(yǎng)一定要做到主軸頭軸承、傳動軸承及波箱齒輪的注油滑定期保養(yǎng)，皮帶機電器設備隨時保養(yǎng)，其它機件的事故維修特別保養(yǎng)。

3.1.3噴霧塔節(jié)能

噴霧塔也是原料生產過程中用能較大的工序之一，主要是噴霧干燥過程用能較多。目前噴霧塔節(jié)能主要有以下幾個方面:

(1) 保持噴霧塔熱風進出塔的溫度恒定。一般而言，噴霧塔的入風溫度保持在600℃左右，出塔風溫保持在75℃以上[3]，一方面保證了熱風的利用率及熱效率;另一方面保證了粉料的含水率符合要求;

(2) 循環(huán)利用出塔熱風余熱，利用熱交換器對出塔熱風余熱進行回收，用于預熱泥漿，從而降低泥漿的粘度、改善泥漿的霧化性能，防止因泥漿凝結而堵塞霧化噴嘴(特別是在冬季的時候，效果更明顯)，從而保證生產的連貫性，減少故障發(fā)生，提高能源利用效率;

(3) 采用復合減水劑，降低泥漿含水率，從而降低噴霧工序蒸發(fā)水量，降低噴霧工序熱單耗;

(4) 做好噴霧塔的密閉性控制，由于噴霧塔系統(tǒng)采用負壓操作，若有漏風就會增加能耗，所以設備各部位及連接法蘭處;熱風爐、熱風管道、排風管道的熱電偶插孔;塔體上的負壓測量孔;以及塔體下錐翻板下料器出料口、旋風除塵下料口等部位必須密封好，不能漏風，要做好日常維護檢修工作，確保該系統(tǒng)的密閉性。

3.2磚坯壓制及燒成過程的節(jié)能

從表3可以看出，燒成車間的總能耗占到全廠能耗的61.26%，特別是燒成過程用能較大，主要的用能設備有壓機、輥道窯及風機。主要的節(jié)能措施有以下幾個方面:

3.2.1壓機節(jié)電

磚坯壓制主要是利用壓機將粉料壓制成磚坯形狀，主要是利用電能，壓制過程應盡量采用大噸位的壓機。因大噸位壓機壓力大、產量大，壓制的磚坯質量好、合格率高，在同等條件下，電耗可以減少30%以上。目前，國產液壓壓磚機的最大噸位已經達到7800t，各種噸位的大型壓機也已經廣泛應用于國內陶瓷企業(yè)，節(jié)能效果顯著。如廣東科達機電近期推出的寬體陶瓷壓磚機，在能耗不變的情況下，產能可提高30%;佛山南海捷成工機械有限公司近期推出的3850t全自動液壓壓磚機，主機功率僅為90kW，比國內外同類產品的110kW小20kW，每小時可以節(jié)省電20kWh[13]。通過這些技術進步，能為陶瓷企業(yè)節(jié)能減排工作提供有力的技術支持。

3.2.2輥道窯風機節(jié)電

輥道窯風機用電量較大，風機的節(jié)能問題和節(jié)能技術必須引起陶瓷生產企業(yè)的足夠重視。一要注意風機等設備的選型，要選用節(jié)能型，盡量避免“大馬拉小車”現象;二要從設計、安裝施工中注意風道、節(jié)流環(huán)節(jié)的合理性，以減少節(jié)流損失，盡量使風機的運行風壓和流量接近于額定壓力和流量，使運行工作點長時間地保持在高效率區(qū);三是采用經濟而可靠的調節(jié)方式控制風機的運行。

3.2.3輥道窯節(jié)能

輥道窯主要通過燃燒煤氣(或者重油)等化石能源，產生高溫，磚坯在高溫下發(fā)生化學反應。但磚坯燒成后，輥道窯還有大量的熱量未被利用，主要通過窯體散熱、磚坯及熱風帶走，其中窯體散熱損失大概占10%左右，而磚坯及熱風帶走的熱量占到70%左右[7]。因此，輥道窯節(jié)能主要在提高燃燒效率、余熱回收利用、發(fā)展低溫快燒技術方面:

(1) 采用高效燃燒技術，減少煙氣量

改進燃燒方法，采用新的燃燒方式也是陶瓷工業(yè)節(jié)能降耗的一條重要途徑。燃料燃燒過程中都是采用空氣進行供氧，但空氣中79%的體積為非反應氣體(主要為氮氣)，這些氣體是煙氣的主要組分，燃燒后這些氣體含有大量的余熱，因此實現煙氣節(jié)能最好的方法是減少煙氣量。富氧燃燒和高溫低氧燃燒是當代最新的燃燒技術，近幾年，富氧燃燒和貧氧燃燒技術逐步興起并應用到玻璃、冶金等工業(yè)領域中，但在國內陶瓷磚輥道窯上的實踐卻很少。富氧燃燒，甚至全氧或純氧燃燒，大大減少了化學惰性的氮的引入量，因此燃燒溫度會大大提高，從而加快輻射傳熱，提高產品產量和質量，降低對助燃空氣的預熱溫度的要求，還有可能擴大低熱值劣質燃料的應用范圍。貧氧燃燒的火焰溫度分布更加均勻，燃燒充分、噪音低。最可貴的是，因為不存在常規(guī)燃燒時的局部高溫富氧區(qū)，產生的氮氧化物NOx極少，因而節(jié)能與減排效果更佳。此外還有脈沖燃燒技術、高溫空氣燃燒技術等也都是較為成熟的技術，但目前在我國陶瓷窯爐的應用還較少，應當加快研發(fā)應用步伐，可以預見，今后這些高效燃燒技術是陶瓷窯爐節(jié)能的一個主要發(fā)展方向[9～10]。

(2) 煙氣余熱利用

輥道窯煙氣余熱利用具體內容為在輥道窯冷卻區(qū)安裝節(jié)能管屏式冷卻系統(tǒng)，由輥道窯快冷段最末端抽出熱風作為系統(tǒng)的一級取熱，使產品出窯溫度下降30℃以上，這樣既不影響窯爐生產又不消耗系統(tǒng)以外能量;熱風進入管屏系統(tǒng)進行加熱，管屏系統(tǒng)產生的多余的高溫熱空氣用管道送至噴霧干燥塔，作為熱空氣進行配風，用以干燥泥漿，實現能量的梯級利用。

(3) 減少輥道窯散熱損失

窯體的砌筑材料應盡量選用輕質耐火材料，其重要特點有:密度小、蓄熱低、絕熱性能好、耐高溫、熱穩(wěn)定性好。據有關資料，輕質陶瓷纖維與重質耐火磚相比:質量輕、導熱系數小、重量只有重質材料的1/6、容重為傳統(tǒng)耐火磚的1/25、蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30～1/10、窯外壁溫度降到30～60℃[8]。在窯內襯表面噴涂新型熱輻射涂料，可以提高陶瓷纖維抗粉化的能力，增加窯爐內傳熱效率，強化爐內輻射傳熱作用，達到節(jié)能降耗的效果。

(4) 大力發(fā)展低溫快燒技術

在陶瓷生產中，燒成溫度越高，能耗就越高。據熱平衡計算，若燒成溫度降低100℃，則單位產品的熱耗可降低10%以上，且燒成時間縮短10%，產量增加10%，可以節(jié)約大量的能源[11]。佛山某企業(yè)和華南理工大學合作，采用超低溫配方燒成，將現有的建筑陶瓷產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3～5MJ，僅為普通燒成技術的75%左右，大大降低了生產成本。通過改進原料配方，降低陶瓷磚的燒成溫度，實現低溫快速燒成是陶瓷企業(yè)降低生產成本、提高企業(yè)競爭力的一個關鍵領域。

3.3磚坯拋光(磨邊)過程節(jié)能

磚坯的拋光(磨邊)工序是陶瓷企業(yè)用電較大的工序，從表2和表3可以看出，拋光(磨邊)車間用電量達到總用電量的34.53%。由于拋光(磨邊)一般要經過幾次，很多企業(yè)存在轉運或者轉拋過程，生產不連續(xù)，拋光機空載現象時有發(fā)生，因此磚坯拋光節(jié)能應當注意做好生產調度安排，保障生產的連續(xù)性，減少空轉現象發(fā)生。此外，要做好拋光線路的無功補償，減少線路無用功損耗等。

4 其它方面的節(jié)能

4.1煤氣站余熱利用

隨著原油價格的升高，佛山地區(qū)陶瓷廠大部分都采用將煤轉換成煤氣的形式用于輥道窯的燒成。一般來說，煤氣站冷卻時會產生大量的蒸汽水，這些蒸汽水含有大量的熱能，一般的陶瓷廠都是經過簡單的冷卻后作為廢水排放，浪費大量的能源。這些蒸汽水的余熱可以用于加熱原料車間的泥漿用水，提高泥漿的溫度，從而提高泥漿活性、減少球磨時間。據報道，通過這些蒸汽水用于原料車間的泥漿，可以使球磨機運行時間減少1/4[12];此外，還可以通過熱交換方式，用于加熱員工生活熱水。

4.2煤氣站煤渣重新利用

原煤通過煤氣站進行煤轉氣后，煤氣站產出的煤渣還存在大量的沒有被利用的殘?zhí)坎糠?。據某企業(yè)測試，煤氣站煤渣熱值高達1300～1500kcal/kg，這部分煤渣可以通過加入到煤粉中，用于球磨水煤漿，供企業(yè)的噴霧塔使用，從而充分利用煤氣站的煤渣，節(jié)約用能。

4.3生產管理節(jié)能

我國陶瓷企業(yè)與國外先進的陶瓷企業(yè)相比，管理方面還存在較大的差距，管理節(jié)能還存在巨大的空間。與技術節(jié)能相比，管理節(jié)能相對投入較少，但效果較好。我國陶瓷企業(yè)日常用能管理可以從以下幾個方面加強:

(1) 把好原煤入廠的檢測關

原煤在陶瓷企業(yè)能源結構中一般占到75%以上，且大部分通過煤氣站轉換成水煤氣用于輥道窯，而原煤的熱值高低直接關系到單位質量煤的出氣量。因此入廠煤的品質好壞直接關系到煤的利用效率。企業(yè)應當設置專門的檢測部門，對入廠的每一批次煤炭進行化驗，不達指標的原煤堅決不入，從而保證單位質量原煤的出氣量。

(2) 合理安排生產調度，減少轉產次數

一般而言，原料工序生產是根據生產產品種類進行批次的生產，品種更換后，球磨機等要進行徹底的沖洗，沖洗次數越多能源消耗越大。因此，生產企業(yè)應當對生產訂單進行合理科學的安排，同一類型的產品盡量安排在同一批次生產，減少噴霧塔沖洗次數，以及壓機的換磨具次數，保障生產的連續(xù)性，提高能源利用效率。

(3) 加強員工節(jié)能培訓，提高節(jié)能意識

通過開展清潔生產審核和能源審計工作，對企業(yè)員工進行培訓;此外還可以通過車間海報、企業(yè)雜志等形式宣傳節(jié)能知識，提高企業(yè)員工的節(jié)能意識，鼓勵他們從身邊小事做起，養(yǎng)成良好的用能習慣。

5 結語

改革開發(fā)以來，我國陶瓷工業(yè)取得了長足的發(fā)展，但由于陶瓷行業(yè)高能耗、高污染和資源消耗型的特性，給它帶來了資源和環(huán)境方面的巨大壓力，特別是隨著能源成本的增加以及國外發(fā)達國家大肆利用環(huán)保手段抑制我國陶瓷產品的出口，這足以影響到我國陶瓷工業(yè)的生存與發(fā)展。

“節(jié)能降耗”可以很好地降低企業(yè)的生產成本，減少污染物的排放，從源頭上扭轉自身發(fā)展的被動局面。因此，我國陶瓷工業(yè)應當從國情出發(fā)，理論研究結合實際，從原料生產工序、成形工序、干燥、燒成工序以及廢料的利用，全方面開展節(jié)能降耗潛力研究，使我國陶瓷工業(yè)在建設節(jié)約型社會、節(jié)能減排方面做出更顯著的成績。

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