.福州出入境檢驗(yàn)檢疫局；. 福州西門特工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司 朱曉南 江信健 陳枝華 王友強(qiáng) 鄭家慧 鄭 荔 趙凌云

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回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝的應(yīng)用與評(píng)價(jià)*

1.福州出入境檢驗(yàn)檢疫局；2. 福州西門特工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司 朱曉南1江信健1陳枝華1王友強(qiáng)1鄭家慧1鄭 荔1趙凌云2

該文分析了目前出境木質(zhì)包裝的現(xiàn)狀，針對(duì)熱處理能耗較大、成本較高等問題，研發(fā)設(shè)計(jì)了熱能自動(dòng)回收裝置，將原來作為廢氣排放的窯爐高溫?zé)煔饧右岳茫ㄟ^伺服自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)熱處理，達(dá)到降低成本、節(jié)約能源、降低能耗、低碳環(huán)保的目的。

木質(zhì)包裝 熱處理 檢疫 陶瓷 熱能回收

在國際貿(mào)易中，對(duì)貨物起承載和支撐作用的木質(zhì)包裝是一種被廣泛使用的包裝材料，據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）調(diào)查，全球進(jìn)出口貿(mào)易中約有70％的商品使用木質(zhì)包裝材料。我國是世界出口貿(mào)易大國，進(jìn)出口貿(mào)易總額居世界第一，出口商品中有1/3以上使用了木質(zhì)包裝，涉及的商品類別廣、出口國家多，對(duì)我國外貿(mào)具有重大影響。

木質(zhì)包裝往往由新鮮木材加工而成，極易攜帶天牛、蠹蟲、白蟻、樹蜂等重要林木害蟲，如果不經(jīng)除害處理，將成為林木害蟲傳播擴(kuò)散的重要載體和介質(zhì)。因此，有關(guān)國際組織和各國政府紛紛研究對(duì)策、出臺(tái)措施，加強(qiáng)對(duì)木質(zhì)包裝攜帶有害生物的控制。2002年3月，國際植物保護(hù)公約組織（IPPC）發(fā)布國際植物檢疫措施標(biāo)準(zhǔn)第15號(hào)（ISPM15），要求以原木為原料加工的木質(zhì)包裝物須進(jìn)行檢疫除害處理，并加施國際通行的IPPC標(biāo)識(shí)，成員國將在口岸對(duì)出入境木質(zhì)包裝物實(shí)施檢疫查驗(yàn)監(jiān)管，以防止植物檢疫性有害生物隨木質(zhì)包裝在國際間傳播[1]。我國是IPPC成員國，遵守國際公約是我國政府應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。為此，2005年，國家質(zhì)檢總局發(fā)布第69號(hào)令，明確對(duì)未按規(guī)定的方法進(jìn)行除害處理的貨物木質(zhì)包裝，不準(zhǔn)進(jìn)出境。

福建是進(jìn)出口貿(mào)易大省，2013年的進(jìn)出口總額位列全國第七。陶瓷產(chǎn)品是福建出口商品中重要的一類，包括瓷磚和電瓷產(chǎn)品等，主要集中在閩清和晉江等地區(qū)，每年約出口3萬批次、貨值達(dá)4億美元。由于陶瓷屬于易碎品，出口時(shí)需要完善的木質(zhì)包裝保護(hù)。福建每年裝運(yùn)陶瓷產(chǎn)品出口的20'集裝箱約有18萬多個(gè)，所需的木質(zhì)包裝約為361萬件。木質(zhì)包裝成本在出口陶瓷成本中占有一定比重，在近年外貿(mào)形勢不樂觀的背景下，出口陶瓷利潤下降，企業(yè)千方百計(jì)設(shè)法降低成本，如果能夠有效降低木質(zhì)包裝的成本，將有利于陶瓷產(chǎn)業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此，福州出入境檢驗(yàn)檢疫局申報(bào)立項(xiàng)研發(fā)了“回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝系統(tǒng)”，在陶瓷出口企業(yè)試點(diǎn)應(yīng)用，取得了良好效果。

1 我國出境木質(zhì)包裝除害處理現(xiàn)狀

1.1 除害處理方式

ISPM 15中批準(zhǔn)的木質(zhì)包裝除害處理措施有2種：溴甲烷熏蒸處理和熱處理。由于溴甲烷是一種消耗臭氧層的物質(zhì)，IPPC在該標(biāo)準(zhǔn)中指出，“鼓勵(lì)國家植保機(jī)構(gòu)推動(dòng)使用本標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)的其他處理措施。使用溴甲烷應(yīng)當(dāng)考慮植物檢疫措施委員會(huì)有關(guān)替代或減少使用溴甲烷作為植物檢疫措施（植物檢疫措施委員會(huì)，2008）的建議”，一些國家和地區(qū)已經(jīng)禁止了含溴甲烷成分的木質(zhì)包裝進(jìn)境。另外，由于溴甲烷價(jià)格高、除害處理設(shè)施條件要求嚴(yán)，而熱處理具有安全性高、相對(duì)環(huán)保、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以熱處理將逐漸取代溴甲烷熏蒸處理[2]。

木質(zhì)包裝熱處理技術(shù)來源于木材干燥技術(shù)。將木質(zhì)包裝置于熱處理窯內(nèi)，通過人工調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)（空氣、過熱蒸汽等）的溫度、濕度和氣流循環(huán)速度，利用高溫高濕作用，殺滅木質(zhì)包裝攜帶的各類有害生物，并通過干燥處理將木材含水率控制在一定程度，防止有害生物再次感染[3-4]。

1.2 木質(zhì)包裝熱處理存在的問題

1.2.1成本居高不下

傳統(tǒng)木質(zhì)包裝熱處理使用木頭、煤炭、柴油、天然氣等資源作為熱源，需要人工手動(dòng)調(diào)節(jié)控制干燥介質(zhì)的溫度、濕度和氣流循環(huán)速度等，這些成本約占熱處理成本的80%。近年來，隨著國內(nèi)原材料價(jià)格和人工成本的不斷上漲，傳統(tǒng)的熱處理工藝成本水漲船高，成為熱處理企業(yè)發(fā)展的阻礙。成本增加導(dǎo)致木質(zhì)包裝出廠價(jià)格上漲，進(jìn)而增加出口企業(yè)負(fù)擔(dān)，對(duì)我國的出口貿(mào)易造成不利影響。

1.2.2破壞自然環(huán)境

一方面，一些企業(yè)為了降低成本，在明知林業(yè)部門禁止砍伐、運(yùn)輸木材的情況下，鋌而走險(xiǎn)違規(guī)運(yùn)輸、使用非正常渠道的木材燃料，對(duì)我國的林業(yè)資源造成嚴(yán)重破壞。以福建閩清為例，每年以木頭為熱源產(chǎn)生的熱能相當(dāng)于砍伐近萬棵胸徑20cm、高6m的樹木；另一方面，熱處理燃燒過程中，特別是木頭和煤炭燃燒后，產(chǎn)生大量的可吸入顆粒物，嚴(yán)重污染空氣，許多地方的環(huán)保部門已經(jīng)明令禁止使用木頭作為燃料，但一些企業(yè)在利益驅(qū)使下，仍然在夜間生產(chǎn)，偷排廢氣。

1.2.3行業(yè)良莠不齊

木質(zhì)包裝除害處理技術(shù)含量相對(duì)較低，企業(yè)入門門檻低，各企業(yè)的生產(chǎn)條件、技術(shù)能力差距很大，給確保我國出境木質(zhì)包裝的質(zhì)量和檢驗(yàn)檢疫部門監(jiān)督管理造成困難。有的企業(yè)為了搶占市場，違規(guī)操作，降低成本，蓄意壓低價(jià)格，進(jìn)行惡性競爭；有的企業(yè)之間結(jié)成行業(yè)聯(lián)盟，壟斷市場，抬高價(jià)格，謀取暴利。這些都不利于穩(wěn)定我國外貿(mào)出口、促進(jìn)外向型經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝

中國是陶瓷生產(chǎn)大國和出口大國，出口陶瓷涉及工藝陶瓷、日用陶瓷、工業(yè)陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷等。經(jīng)估算，全國出口陶瓷行業(yè)每年用于木質(zhì)包裝除害處理的費(fèi)用高達(dá)1.8億元。

為了有效降低出口陶瓷企業(yè)木質(zhì)包裝成本，確保木質(zhì)包裝除害處理效果，保護(hù)我國生態(tài)資源、林木資源和旅游資源，福州出入境檢驗(yàn)檢疫局在大量走訪調(diào)研轄區(qū)出口陶瓷企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性提出了回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能用于木質(zhì)包裝除害處理的技術(shù)理論。經(jīng)國家質(zhì)檢總局立項(xiàng)，成功設(shè)計(jì)研發(fā)了“回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝系統(tǒng)”。該系統(tǒng)通過回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能，經(jīng)自動(dòng)化控制設(shè)備，調(diào)整進(jìn)風(fēng)量，從而達(dá)到減少能源浪費(fèi)，提高熱源利用效率，保證除害處理效果的目的。該系統(tǒng)具有以下功能：（1）在引風(fēng)機(jī)的動(dòng)力作用下，通過管道將收集的陶瓷窯爐廢氣注入熱處理窯內(nèi)；（2）利用研發(fā)的智能儀表裝置，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的工藝條件和現(xiàn)場采集的溫度數(shù)據(jù)，控制變頻器輸出指令，從而控制引風(fēng)機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能減排的效果；（3）智能儀表將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)，由上位機(jī)記錄存儲(chǔ)，用戶可以實(shí)時(shí)觀察窯內(nèi)情況，隨時(shí)調(diào)取歷史記錄。

3 效益評(píng)價(jià)

回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝系統(tǒng)已經(jīng)在福建閩清地區(qū)的4家陶瓷生產(chǎn)企業(yè)（分別以A、B、C、D表示）試點(diǎn)應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，見表1。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1木材節(jié)約情況

表1 陶瓷生產(chǎn)企業(yè)木材節(jié)約情況

僅這4家企業(yè)每年節(jié)約木材約38.5萬kg，按含水雜木平均比重723kg/m3，以胸徑在20cm，6m長的木材體積約為0.2m3換算，每年將少砍伐近2663棵樹，以其他燃料計(jì)算，相當(dāng)于節(jié)約了16.56萬kg標(biāo)準(zhǔn)煤，46.36萬m3煤氣，13.63萬m3天然氣，11.25萬kg汽油，大大保護(hù)了福建寶貴的森林資源，降低了能源消耗。

3.1.2電能節(jié)約情況

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了變頻節(jié)能電機(jī)，并從軟件上加入了節(jié)能控制模塊，可以根據(jù)現(xiàn)場采集的溫、濕度數(shù)據(jù)，對(duì)照預(yù)先設(shè)定的工藝要求，實(shí)時(shí)調(diào)控引風(fēng)機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速，較傳統(tǒng)的定速引風(fēng)機(jī)節(jié)能效率達(dá)到18%，每窯可以節(jié)約7.95kWh電能，試點(diǎn)的4家企業(yè)每年可節(jié)約3259.5 kWh電能。

3.1.3人工節(jié)約情況

由于采用了全自動(dòng)化的電氣控制系統(tǒng)，操作人員只需開啟系統(tǒng)，然后該系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)化的除害處理，全程不需要人為進(jìn)行任何操作，熱處理結(jié)束后系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉。每窯節(jié)約10h的人工，試點(diǎn)的4家企業(yè)每年可節(jié)約4100h的人工成本。

3.1.4總體成本節(jié)約情況

以裝載陶瓷的木托盤為例，傳統(tǒng)的熱處理成本約為10元/件，采用回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝系統(tǒng)后，熱源采用陶瓷窯爐生產(chǎn)的廢氣，這部分成本可以忽略不計(jì)，其他成本，包括電能和人工，約為5元/件，較傳統(tǒng)的處理方式節(jié)約50%，試點(diǎn)的4家企業(yè)每年可節(jié)約102.5萬元成本。

3.2 生態(tài)效益

采用燃燒木材進(jìn)行熱處理的方式對(duì)大氣造成極大污染，其排放的煙塵（含PM2.5顆粒）和氣體（含NOx，CO）等對(duì)人類和環(huán)境均造成較大傷害。以如上4家企業(yè)為例，原來熱處理每年需要燃燒木材38.5萬kg，按木材產(chǎn)生煙塵系數(shù)37.6g/kg、工業(yè)廢氣6.24m3/kg（第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊第10分冊）計(jì)算，采用新系統(tǒng)后，僅以上4家企業(yè)每年就減排煙塵1.45萬kg，廢氣240.24萬m3。

使用本項(xiàng)目裝置則完全避免了燃燒木材等對(duì)環(huán)境的污染。企業(yè)在木質(zhì)包裝熱處理方面使用的是陶瓷生產(chǎn)的多余熱能，使該項(xiàng)目在推廣使用后實(shí)現(xiàn)了零附加排放，達(dá)到了減排的最大效益，按閩清近300家陶瓷生產(chǎn)企業(yè)計(jì)算，每年將減少煙塵的排放近108.57萬Kg，廢氣1.8億m3。

3.3 社會(huì)效益

出境木質(zhì)包裝熱處理新工藝的應(yīng)用與推廣，強(qiáng)化了市場競爭，打破了熱處理企業(yè)區(qū)域壟斷局面，使木質(zhì)包裝熱處理價(jià)格回歸合理，順應(yīng)了地方政府和企業(yè)的呼吁和訴求，帶動(dòng)行業(yè)健康有序發(fā)展，為引導(dǎo)出口企業(yè)自覺、規(guī)范使用木質(zhì)包裝奠定了良好基礎(chǔ)，獲得地方政府和出口企業(yè)的一致支持。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

傳統(tǒng)的木質(zhì)包裝熱處理是直接利用燃燒木頭、煤炭、柴油、天然氣等產(chǎn)生高溫?zé)煔?，通過散熱器使窯體升溫，以濕空氣為介質(zhì)對(duì)窯內(nèi)出境木質(zhì)包裝進(jìn)行熱處理，并保持一定時(shí)間，達(dá)到對(duì)木質(zhì)包裝的除害處理效果。而“回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝系統(tǒng)”利用回收的陶瓷窯爐廢氣進(jìn)行木質(zhì)包裝熱處理，通過改進(jìn)傳統(tǒng)熱處理裝置結(jié)構(gòu)，直接回收利用陶瓷生產(chǎn)中排放的300℃高溫?zé)煔庥酂?，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)控溫度，達(dá)到既滿足除害處理要求，又降低成本、節(jié)能環(huán)保、降耗減排的目的。

該系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新意義：一是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。結(jié)構(gòu)上首次從陶瓷生產(chǎn)窯體的緩冷段取氣，并通過循環(huán)風(fēng)機(jī)將熱氣導(dǎo)入熱處理窯，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)包裝除害處理系統(tǒng)、熱氣回收裝置和機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)三者無縫對(duì)接，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷窯爐取氣、熱處理過程的監(jiān)控，達(dá)到木質(zhì)包裝熱處理的最佳效果。二是技術(shù)創(chuàng)新。采用動(dòng)態(tài)頻率階段控溫法，將采集到的數(shù)據(jù)與工藝要求進(jìn)行比較，控制變頻器的輸出頻率和啟停，調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行頻率，并保持指定的時(shí)間，從而控制引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，使木芯溫度和干球溫度達(dá)到工藝要求的設(shè)置溫度值，達(dá)到了節(jié)能增效的目的。三是應(yīng)用創(chuàng)新。目前國內(nèi)外對(duì)陶瓷窯爐的熱能回收利用研究主要集中在將余熱重新收集返回到窯爐中作為烘干坯件的熱源、作為助燃空氣以提高窯爐本身的熱效率或者作為鍋爐的熱源進(jìn)行使用，本研究裝置首次將窯爐余熱作為陶瓷木質(zhì)包裝的檢疫熱處理，通過窯爐尾氣對(duì)處理的木質(zhì)包裝進(jìn)行熱處理，達(dá)到對(duì)木質(zhì)包裝進(jìn)行檢疫除害的目的。

5 結(jié)論

回收陶瓷生產(chǎn)剩余熱能處理木質(zhì)包裝系統(tǒng)將熱氣回收裝置、熱處理窯和電氣控制系統(tǒng)三者無縫對(duì)接，形成了三位一體的整套技術(shù)解決方案，能夠滿足陶瓷生產(chǎn)企業(yè)利用剩余熱能進(jìn)行木質(zhì)包裝除害處理的要求。該系統(tǒng)造價(jià)成本低，經(jīng)濟(jì)收益大，在福建閩清應(yīng)用以來，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，在全國同類出口商品中具有很大的應(yīng)用推廣空間。

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國家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013IK124）。