鐘湘粵 朱展鵬 王榮杰

（1湖南順通能源科技有限公司 湖南 醴陵 412200）（2咸陽陶瓷研究設(shè)計院 陜西 咸陽 712000）

前言

陶瓷生產(chǎn)過程中的坯體、模具的烘干環(huán)節(jié)是整個陶瓷生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。然而這一環(huán)節(jié)給眾多的陶瓷生產(chǎn)企業(yè)造成了能耗大、污染重、環(huán)境差、經(jīng)濟效益低的后果。為了降低能耗、減少污染、改善環(huán)境、提高經(jīng)濟效益，陶瓷企業(yè)在苦苦地尋求一條烘干陶瓷坯體環(huán)節(jié)比較節(jié)能的新思路。

陶瓷窯爐余熱利用新裝置，科學(xué)系統(tǒng)的利用陶瓷窯爐余熱，將其作為全部熱源進行坯體、模具烘干的新技術(shù)裝置，可大大降低能耗、減少污染、改善生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)外的工作、生活環(huán)境，提高了經(jīng)濟效益。

現(xiàn)就陶瓷坯體烘干環(huán)節(jié)和陶瓷窯爐余熱利用新裝置分述如下：

1 陶瓷坯體烘干環(huán)節(jié)的內(nèi)容

陶瓷產(chǎn)品是經(jīng)過由濕泥做成坯體（也叫濕法成形），濕坯體通過烘干、修坯、上釉后進入窯爐燒成。從濕坯體、濕模具到烘干進入窯爐前的過程我們把它稱之為坯體烘干環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)的內(nèi)容包括：烘干熱源的選擇（自身熱源有：窯爐余熱利用。外增熱源有：熱風(fēng)爐、鍋爐、等熱源輸送和氣燒紅外線爐、電熱爐、藕煤爐等供熱）、鏈干機脫模干燥、烘房脫模干燥、坯體洗水、施釉后再烘干和生產(chǎn)車間整套熱風(fēng)輸送管道布局等。

2 陶瓷坯體烘干的現(xiàn)狀

根據(jù)我們對湖南、江西、河南、河北、四川、重慶、廣東、廣西、江蘇、山東等陶瓷產(chǎn)地的調(diào)查，陶瓷坯體烘干主要存在以下幾個方面的問題：

2.1 窯爐取熱的問題

人們?nèi)岵扇≡诶鋮s帶分段取熱的辦法，不分產(chǎn)品的大小與形狀，機械地分段取熱。結(jié)果是取熱不充分，窯尾出瓷溫度高達100℃左右，需要通過一段時間機械冷卻后才能進行質(zhì)檢工序。

2.2 輸送熱的問題

首先如果沒有處理好進風(fēng)管與供熱點出風(fēng)管的關(guān)系問題，一般都是進風(fēng)管直徑太小，沒有形成一定的風(fēng)速，造成只有熱量而沒有熱風(fēng)流動的高溫烘烤現(xiàn)象。其次是在輸熱管道架設(shè)的過程中，常常出現(xiàn)90°或小于90°的對接角（也叫死角），這樣使熱量經(jīng)過死角時，減慢了熱氣流的流速，損失了熱量。因此，在熱氣流的輸送過程中損失了大量的熱量，不能達到及時烘干濕坯體的作用。

2.3 用熱的問題

由于窯尾取熱和輸送熱的過程達不到要求，所需濕坯體僅靠窯爐余熱想要全部及時烘干就很難做到，更談不上合理調(diào)配用熱的問題，只能增加補助熱源，用高溫烤干濕坯體和模具。

由于存在以上3個問題，僅靠窯爐自身余熱無法烘干其燒成產(chǎn)品，企業(yè)一般只好沿襲原來的做法：

1）只要加熱就能使坯體得到烘干。因此增加輔助熱源對坯體盲目加熱，認為溫度越高對濕坯體的干燥速度就會越快。例如：株洲某陶瓷有限公司，采取高溫烘（烤）干濕坯體的辦法。1條80m長的4板輥道窯增加了2臺燃氣熱風(fēng)爐，這2臺熱風(fēng)爐每天燃氣1 120m3左右，年耗天然氣392 000m3。由于增加2臺熱風(fēng)爐供熱，增加電機的裝機容量為46.5kW·h，年多耗電量387 600kW·h。從經(jīng)濟成本方面計算：一年增加成本112萬元、電費27萬元、熱風(fēng)爐操作工資及熱風(fēng)爐維修費8萬元，共計147萬元。造成在生產(chǎn)成本增加的同時還使生產(chǎn)車間環(huán)境溫度升高，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，同時還危及工人的身體健康。

2）每條窯爐因坯體（干燥）原因不能按其設(shè)計燒成產(chǎn)品總量去生產(chǎn)，而是有多少坯體就燒成多少。這樣一來等于用大的窯爐生產(chǎn)少量的產(chǎn)品，為了達到完成產(chǎn)量的目的，只好增加窯爐的數(shù)量，利用回收的余熱進行坯體的烘干。表面上看，濕坯體是利用窯爐余熱烘干的，但實際其窯爐所消耗的能源不少于熱風(fēng)爐所消耗的能源。同時在無形中又增加了大量的勞動力消耗。例如，山東淄博市某陶瓷有限公司，采用余熱烘干濕坯體的辦法。該公司擁有2條日燒成5萬件左右杯類產(chǎn)品的天然氣隧道窯及配套生產(chǎn)線和1條日燒成6萬件左右杯類產(chǎn)品的天然氣隧道窯及配套生產(chǎn)線。而生產(chǎn)需求量只要日產(chǎn)10萬件杯類產(chǎn)品就夠了。由于濕坯體（干燥）問題，他們多使用了1條日燒成6萬件左右杯類產(chǎn)品的天然氣隧道窯及配套生產(chǎn)線。因此每天多耗天然氣2 400m3，每年多耗天然氣840 000m3。增加電機的裝機容量70kW·h，年多耗電量588 000kW·h。每天多增加33個勞動工作日，年增加11 550個勞動工作日。從經(jīng)濟成本方面計算：1年多耗成本為天然氣238萬元、電費47萬元、勞動工資67萬元，共計352萬元。根據(jù)該廠的方法，日燒成10萬件產(chǎn)品所需坯體仍無法正常烘干，從鏈干機下來的坯體還需利用坯架，占據(jù)大量生產(chǎn)場地，通過4～5d時間的自然干燥后才能進入窯爐燒成。在現(xiàn)有設(shè)備、設(shè)施及窯爐余熱利用情況下，冷天無法正常脫模干坯，而熱天生產(chǎn)環(huán)境溫度高，員工工作環(huán)境差，生產(chǎn)場地擁擠等現(xiàn)象非常嚴重。

3）增加廠房，增加坯架，延長坯體干燥周期，讓部分坯體自然干燥。其結(jié)果是：浪費了廠房面積，坯體自然干燥受天氣和環(huán)境的影響，其干燥時間快慢不一致，嚴重影響企業(yè)的生產(chǎn)效益，坯體排出的濕廢氣污染車間環(huán)境。例如，廣東潮州市某陶瓷廠，該廠是一家生產(chǎn)衛(wèi)生潔具的企業(yè)，有1條日燒成衛(wèi)生潔具600件產(chǎn)量的液化氣隧道窯，窯爐余熱（包括窯頭窯尾余熱）全部用于裝坯烘房。注漿區(qū)域模具、坯體烘干根本沒有熱源供應(yīng)，主要靠自然室溫加上電動吊風(fēng)扇攪拌，經(jīng)過長時間的自然烘干來完成。因此配套注漿成形、烘坯體工作場地所占用面積為20 000m2（4 000m2×5層）共5層樓，每層樓分布注漿模具432套，共安裝電動吊風(fēng)扇170臺。按其正常用熱理念只需3層就夠了，不需要使用吊風(fēng)扇。從經(jīng)濟成本方面計算：浪費二層樓房8 000m2，也就是說多用了二層生產(chǎn)廠房的面積，年多耗電10萬元。

陶瓷坯體烘干環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，主要是沒有很好地利用窯爐余熱，而且沒有將窯爐余熱與坯體烘干很好地結(jié)合起來，使大量的余熱被白白浪費，給企業(yè)帶來巨大的生產(chǎn)成本，給環(huán)境帶來很大的污染，嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益。

3 陶瓷窯爐余熱利用新裝置的誕生

湖南某能源科技有限公司負責(zé)人帶著他的團隊從自辦風(fēng)機廠到做干燥設(shè)備，后來又對陶瓷機械進行認真的鉆研，不斷總結(jié)，對整個陶瓷機械包括陶瓷窯爐等產(chǎn)生了極大的性趣。經(jīng)過十幾年的努力，他們在陶瓷窯爐余熱利用和陶瓷坯體烘干技術(shù)方面有了重大的突破，研制出了一整套陶瓷窯爐余熱利用新技術(shù)與新設(shè)備。新技術(shù)包括取熱技術(shù)、輸熱技術(shù)、用熱技術(shù)。結(jié)合其新技術(shù)的設(shè)備包括風(fēng)機、輸熱管道、各種類型的鏈式干燥機及烘房等成套新設(shè)備。新技術(shù)設(shè)備全稱叫陶瓷窯爐余熱利用裝置，已獲國家專利（ZL 200720065120.5），并在幾十家陶瓷企業(yè)得到了推廣應(yīng)用。

4 陶瓷窯爐余熱烘干濕坯體的理論依據(jù)

在陶瓷燒成過程中，人們將連續(xù)式燒成陶瓷窯爐的燒成流程分為預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶，陶瓷窯爐余熱出自預(yù)熱帶和冷卻帶。預(yù)熱帶的余熱也叫做窯頭煙氣余熱，其熱氣不能直接使用，因為其含有大量的腐蝕煙氣。冷卻帶的余熱也叫窯尾余熱，其熱清潔可靠，主要來自產(chǎn)品通過燒成帶后所排出來的熱量。

針對余熱能不能滿足該窯爐設(shè)計燒成產(chǎn)品總量的濕坯體烘干所需熱量的問題，株洲市能源利用監(jiān)測站對醴陵某日用炻瓷廠1條4組板的輥道窯的能源利用監(jiān)測數(shù)據(jù)就足以得到證明：

基本數(shù)據(jù)：1d燒成炻瓷20t，耗天然氣4 000m2，每立方米天然氣發(fā)熱量38 385.62KJ。1d生產(chǎn)濕坯27t，需要蒸發(fā)的水量為27×0.21＝5.67t。全月用工作模具90t，日干燥模具為3t，需要蒸發(fā)的水量為3×0.3＝0.9t。

根據(jù)理論計算，每蒸發(fā)1kg水，需要2 511.6KJ熱量，則每天用于坯體干燥需要熱量為5.67×1 000×600×4.186＝14 240 772KJ，每天用于干燥模具需要熱量為0.9×1 000×600×4.186＝2 260 440KJ，則每天干燥坯體和模具需要利用余熱量合計為16 501 212KJ，根據(jù)窯爐日消耗天然氣4 000m2，產(chǎn)生總熱量為153 542 480KJ。

產(chǎn)品燒成后，產(chǎn)品及窯具將熱量帶到冷卻帶，根據(jù)株洲市能源監(jiān)測站對該窯的監(jiān)測數(shù)據(jù)，每天產(chǎn)生的總余熱量為燃燒產(chǎn)生的總熱量31.7%，則有36 680 000×31.7%×4.186＝48 672 966.16KJ，由于熱效率影響、窯體散熱、窯具帶走熱量，以及余熱管道熱損耗，干燥烘房熱量流失等，只要有50%的余熱能得到利用，則11 627 560×50%×4.186＝24 336 483.08KJ，此熱量大于每天需要利用余熱量16 501 212KJ。因而利用余熱烘干坯體和模具，是綽綽有余。這就是陶瓷余熱利用新裝置利用陶瓷窯爐余熱烘干其濕坯體和模具的理論依據(jù)。

5 陶瓷窯爐余熱利用新裝置的技術(shù)內(nèi)容

在實際生產(chǎn)中如何將余熱利用好，做到窯爐余熱能及時烘干其窯爐設(shè)計燒成產(chǎn)品總量的濕坯體問題，這就是陶瓷窯爐余熱利用新裝置所解決的問題。

濕坯體的烘干與溫度和風(fēng)速有著密切的關(guān)系，溫度和風(fēng)速是濕坯體快速烘干的2個重要因素。有溫度沒有風(fēng)速濕坯體難以及時很好地烘干，有風(fēng)速沒有溫度濕坯體也難以及時很好地烘干。根據(jù)這一理念陶瓷窯爐余熱利用新裝置很好地解決了取熱、輸熱、用熱三大技術(shù)。

1）取熱。取熱是將窯爐余熱取出。真正的余熱是從高溫瓷和窯具中取出來的熱，熱從瓷內(nèi)和窯具內(nèi)取出來，要有一定的風(fēng)速和過程才能及時將余熱取出。

陶瓷窯爐在燒成過程中，燒成帶的熱不能進入冷卻帶，只能通過急冷風(fēng)進行阻攔，而急冷風(fēng)的出現(xiàn)為取出高溫瓷和窯具內(nèi)的熱開啟了方便之門。因此，陶瓷窯爐余熱利用裝置要求：最大限度的從窯爐冷卻帶中的“緩冷區(qū)”后（距急冷風(fēng)遠一些的地方）按產(chǎn)品形狀大小設(shè)立靈活的分散取熱點（也叫“遠程取熱”）。在保證窯爐壓力曲線穩(wěn)定的前提下（也就是說抽出的熱風(fēng)與打入的急冷風(fēng)保持一定的平衡），加大抽出真實的熱（產(chǎn)品內(nèi)吐出的熱）的熱風(fēng)量。保證產(chǎn)品和窯具得到有效的降溫，最后使產(chǎn)品和窯具通過冷卻后的出窯溫度只比環(huán)境溫度高5～10℃，達到有效的降低產(chǎn)品和窯具的熱強度，而且克服產(chǎn)品因冷卻不合理造成的燒成缺陷，確保窯具的使用次數(shù)增加50～80次。

2）輸熱。輸熱就是將窯爐內(nèi)取出來的余熱輸送到每一個供熱點（鏈干機或烘房）。輸熱的過程是將熱從一個空間轉(zhuǎn)移到另一個空間的過程。也就是說將多的余熱轉(zhuǎn)換成有用的熱的過程暨由熱量變?yōu)闊犸L(fēng)的過程。

在熱風(fēng)的輸送過程中，既要保持一定的風(fēng)速又要將熱量的損耗降到最低。因此，陶瓷窯爐余熱利用新裝置要求：增大流量，加快流速，合理布局熱風(fēng)輸送管道走向，合理設(shè)計制造管道規(guī)格，確保熱風(fēng)流動順暢。在管道與管道的連接上，不能有90°或小于90°的死角。在3板以上的輥道窯或隧道窯余熱利用中，使用流量為64 000m3／h，功率為45kW的鍋爐引風(fēng)機，熱風(fēng)在直徑為1 000mm的主管道中的流速達到了22.6m／s。由于在余熱取出匯集管中的熱風(fēng)溫度達240～270℃，而風(fēng)機的正常使用溫度則≤250℃，所以在風(fēng)機前摻入冷（環(huán)境溫度）空氣，熱風(fēng)溫度將降至供熱點的55～70℃，既保證了風(fēng)機的安全運行又增加了熱風(fēng)總量，最重要的是熱風(fēng)溫度的降低減小了熱風(fēng)與環(huán)境介質(zhì)的溫度梯度，有效地降低了熱損失。在干燥室（鏈干機和烘房）內(nèi)設(shè)計了可控制的熱風(fēng)出口，熱風(fēng)以不同的角度并以高于原2倍以上的風(fēng)速噴出，形成了相互攪拌，使干燥室（鏈干機和烘房）內(nèi)溫度更均勻，高速的熱風(fēng)將產(chǎn)品表面的水分及時帶出，加快了干燥速率。

3）用熱。用熱就是如何將余熱用好，首先要考慮的是用熱的對象所需熱的規(guī)律，而陶瓷窯爐余熱用熱的對象是陶瓷濕坯體及模具。

陶瓷坯體和模具內(nèi)的水分排出有其規(guī)律，要想將濕坯體和模具烘干，就必須讓其水分排出。而這個排出的過程是一個相對緩慢的過程，如果溫度過高用烤的方法，反而濕坯體、模具內(nèi)部的水分不容易排不出來，同時還會造成坯體開裂，模具受損，降低其使用壽命。因此，只能用適當(dāng)?shù)臏囟群惋L(fēng)速讓濕坯體、模具內(nèi)的水分相對緩慢排出，然后將水分帶走，這樣才能得到良好的烘干效果。

陶瓷窯爐余熱利用新裝置要求：將熱風(fēng)循環(huán)使用和錯開時間段使用。如將鏈式干燥機后箱已烘坯體的帶濕熱風(fēng)輸送到鏈式干燥機前箱進行脫模。根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程將余熱利用時間錯開分配合理利用，白天余熱主要供給鏈式干燥機脫模干坯，晚上余熱主要供給坯烘房干坯、干模。干燥室（鏈干機和烘房）內(nèi)的相對濕度達到一定飽和時，及時啟動排濕系統(tǒng)，將飽和濕氣排出。至使當(dāng)天的濕坯體第二天能全部及時進行下一工序后進窯燒成。

陶瓷窯爐余熱利用新裝置的技術(shù)內(nèi)容，要求在取熱、輸熱、用熱方面都必須遵循其內(nèi)在的規(guī)律，科學(xué)、系統(tǒng)地結(jié)合成一個整體。從取熱到用熱后的排濕，整個過程一環(huán)緊扣一環(huán)，在有限的熱量（陶瓷窯爐余熱）范圍內(nèi)，保證窯爐設(shè)計燒成產(chǎn)品總量的坯體、模具的及時烘干，并提高產(chǎn)品的合格率和延長模具的使用次數(shù)。達到節(jié)能減排，改善環(huán)境，提高經(jīng)濟效益的效果。

6 陶瓷窯爐余熱利用新裝置的實際案例

陶瓷窯爐余熱利用新裝置先后在醴陵市范圍內(nèi)的湖南華聯(lián)瓷業(yè)集團有限公司、醴陵陶潤實業(yè)發(fā)展有限公司、豐年華集團豐德利瓷業(yè)有限公司、湖南泰鑫瓷業(yè)有限公司、醴陵市華日瓷業(yè)有限公司等30多家企業(yè)進行了實施，實施的企業(yè)全部取消了原加熱的熱風(fēng)爐、鍋爐、耦煤爐等，完全解決了利用窯爐自身余熱按時烘干其窯爐設(shè)定燒成產(chǎn)品總量坯體的問題，企業(yè)環(huán)境煥然一新。以湖南華聯(lián)瓷業(yè)集團有限公司為例，該公司有日用陶瓷窯爐10條，年生產(chǎn)陶瓷17 860萬件，原來烘干坯體需用補充熱能的熱風(fēng)爐、鍋爐、耦煤爐等，年消耗原煤達11 829.8t，增加輸熱電機耗電476.5萬kW·h，兩項每年共補充能源多耗資金1 364.87萬元。該公司經(jīng)過改造使用陶瓷窯爐余熱利用新裝置后，完全停用了燃煤轉(zhuǎn)換熱源全套的設(shè)備使用，全部實現(xiàn)了余熱干坯，不到10個月就收回全部投資。同時減少了大量的廢渣、廢氣、煙塵的排放，改善了生產(chǎn)、生活及廠區(qū)周邊的環(huán)境。

根據(jù)取熱、輸熱、用熱的新技術(shù)，陶瓷窯爐余熱利用新裝置在湖北枝江玖源包裝制品有限公司被采用，該公司是生產(chǎn)陶瓷酒瓶的企業(yè)，一條長75m3的3板的天然氣輥道窯，日耗氣量3 500m3和一個日耗天然氣量為2000m3熱風(fēng)爐，每天共耗天然氣5 500m3。本來這條窯爐的日設(shè)計燒成產(chǎn)品總量為6.5萬件，由于坯體不能按時烘干，只能生產(chǎn)3.8～4.2萬件。通過改造后日燒成產(chǎn)量達到了6.5萬件；熱風(fēng)爐的用氣量每天下降到只耗1000m3。從經(jīng)濟方面核算：按每立方天然氣2.46元計算，陶瓷窯爐余熱利用裝置在使用前每只陶瓷酒瓶所耗的燃氣成本為0.322 14元，使用后每只陶瓷酒瓶所耗的燃氣成本為0.170 3元。每年可減少生產(chǎn)成本340多萬元。同時生產(chǎn)車間的工作環(huán)境得到了很大的改善。

又如，湖南銅官星光炻瓷廠是專業(yè)生產(chǎn)日用炻瓷的企業(yè)，有86m的4板天然氣輥道窯一條，改造前還使用了2臺熱風(fēng)爐用來烘干坯體，熱風(fēng)爐每天燒原煤7t左右，年耗原煤達2 460t。日燒成產(chǎn)量3.7萬件左右；成形車間5條鏈式干燥機均為前后箱結(jié)構(gòu)，除5號鏈式干燥機是利用輥道窯余熱干坯外，其余4條鏈干機和制模烘房均由熱風(fēng)爐供熱干坯、干模，能源耗費大，生產(chǎn)成本高，而且不能保證正常干坯。陶瓷窯爐余熱利用新裝置利用窯頭余熱烘干模具，用窯尾余熱烘干坯體的理念，經(jīng)過改造后，保證了生產(chǎn)的產(chǎn)量，取消了2臺熱風(fēng)爐和減少了多臺抽熱電機的使用。從經(jīng)濟成本方面計算：每年節(jié)約耗煤成本205萬元、電成本25.5萬元、熱風(fēng)爐操作工資及熱風(fēng)爐維修費10萬元，共計年節(jié)約成本240.5萬元。同時，產(chǎn)品合格率提高了5%，大大改變了周邊環(huán)境。車間風(fēng)機的大量減少，使生產(chǎn)車間內(nèi)的噪聲大幅度下降，對生產(chǎn)車間工作環(huán)境得到很好的改善。在保證日生產(chǎn)坯體、模具的正常烘干的同時還使坯體的日產(chǎn)量加大，則窯爐日燒成產(chǎn)量也相應(yīng)增加了，生產(chǎn)產(chǎn)量得到了大幅度的提高。