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        廣東省建筑陶瓷行業(yè)能效水平及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

        2023-11-30 12:35:04梁?jiǎn)?/span>
        佛山陶瓷 2023年11期
        關(guān)鍵詞:陶瓷磚窯爐吸水率

        梁?jiǎn)?/p>

        (廣東省節(jié)能中心,廣州 510000)

        1 引言

        陶瓷行業(yè)產(chǎn)品包括建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷和藝術(shù)陶瓷等,其中建筑陶瓷是陶瓷行業(yè)最主要的產(chǎn)品,也是行業(yè)能耗最主要的來(lái)源。我國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的比例超過(guò)60%,是世界上最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)[1],廣東省是全國(guó)建筑陶瓷最重要的生產(chǎn)基地之一。近年來(lái),受下游房地產(chǎn)市場(chǎng)低迷等因素影響,建筑陶瓷行業(yè)整體經(jīng)營(yíng)形勢(shì)不佳,《廣東省“兩高”項(xiàng)目管理目錄(2022 年版)》將建筑陶瓷制品制造分類(lèi)下所有企業(yè)納入“兩高”企業(yè)管理,對(duì)行業(yè)節(jié)能降耗提出了更高的要求。一方面隨著市場(chǎng)需求下滑,行業(yè)能源消費(fèi)總量穩(wěn)定下降,單位產(chǎn)品能耗因生產(chǎn)線開(kāi)工率下降而波動(dòng);另一方面隨著部分瓷磚產(chǎn)品向加工工藝復(fù)雜的高附加值產(chǎn)品轉(zhuǎn)型,單位產(chǎn)品能耗持續(xù)下降面臨一定的阻力。行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展需要持續(xù)強(qiáng)化節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。

        2 廣東省陶瓷行業(yè)生產(chǎn)及能源消費(fèi)現(xiàn)狀

        據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),廣東全省共有約700 條建筑陶瓷生產(chǎn)線,約占全國(guó)瓷磚生產(chǎn)線的四分之一。目前,全省建筑陶瓷企業(yè)及產(chǎn)能主要分布在肇慶、佛山、清遠(yuǎn)、云浮、江門(mén)等地,5 個(gè)地市企業(yè)數(shù)量、總產(chǎn)值、產(chǎn)品產(chǎn)量占全省比例超過(guò)80%。

        陶瓷行業(yè)窯爐能耗占全廠能耗的比重可達(dá)60%~80%[2-3],噴霧干燥能耗占全廠能耗的比重約20%[4],是建筑陶瓷生產(chǎn)工藝過(guò)程中主要耗能環(huán)節(jié),行業(yè)最主要的能源品種是煤和天然氣。近年來(lái),廣東省大力推進(jìn)陶瓷行業(yè)煤改氣工程,目前除個(gè)別不滿足條件的區(qū)域外,全省85%以上的建筑陶瓷企業(yè)均完成了煤改氣。

        2.1 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)

        建筑陶瓷行業(yè)與房地產(chǎn)市場(chǎng)深度關(guān)聯(lián),房地產(chǎn)需求減弱導(dǎo)致建筑陶瓷市場(chǎng)持續(xù)萎靡,廣東省內(nèi)多數(shù)企業(yè)開(kāi)窯率不足50%,部分企業(yè)已停產(chǎn)。另一方面,煤炭、天然氣及大宗原材料持續(xù)上漲且長(zhǎng)時(shí)間維持高位,給企業(yè)生產(chǎn)成本帶來(lái)巨大壓力。行業(yè)能源成本占生產(chǎn)成本比例從2020 年的約31%升高到2022 年底的超過(guò)40%,相較于尚未開(kāi)展煤改氣的外省陶瓷企業(yè),省內(nèi)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力顯著下降。2023 年第一季度全省建筑陶瓷產(chǎn)量繼續(xù)下滑,部分企業(yè)對(duì)未來(lái)市場(chǎng)和經(jīng)營(yíng)預(yù)期仍不樂(lè)觀。

        建筑陶瓷行業(yè)主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐漸向高附加值類(lèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。廣東省建筑陶瓷企業(yè)主要以生產(chǎn)低吸水率產(chǎn)品為主,2020 年以來(lái),隨著陶瓷大板、巖板(通常吸水率E<0.05%)在浴室柜面、衣櫥柜面、廚房臺(tái)面等家居領(lǐng)域應(yīng)用需求不斷提高,行業(yè)內(nèi)企業(yè)逐漸淘汰高吸水率產(chǎn)品(如吸水率E>10%的陶瓷磚),轉(zhuǎn)向生產(chǎn)高附加值的低吸水率產(chǎn)品(見(jiàn)圖1)。

        圖1 不同類(lèi)型建筑陶瓷產(chǎn)品占比變化情況

        2.2 能源消費(fèi)現(xiàn)狀

        總體看來(lái),廣東省建筑陶瓷行業(yè)能源消費(fèi)總量逐年下降,低碳能源比例不斷提高。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021年全省建筑陶瓷行業(yè)綜合能源消費(fèi)量同比下降16.0%,2022 年同比下降17.5%。其中行業(yè)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)不佳,產(chǎn)品產(chǎn)量下降起到了決定性作用,以行業(yè)最主要產(chǎn)品吸水率E≤0.5%的陶瓷磚為例,2022 年該類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)量同比下降13.3%,行業(yè)產(chǎn)能利用率僅約63%。

        此外,廣東省建筑陶瓷行業(yè)能源消費(fèi)總量同比下降的另一個(gè)主要原因是行業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)得到優(yōu)化,相關(guān)節(jié)能技術(shù)的持續(xù)推廣應(yīng)用。同樣以吸水率E≤0.5%的陶瓷磚為例,2022 年該類(lèi)產(chǎn)品行業(yè)平均單位產(chǎn)品能耗同比下降5.7%。通過(guò)近年來(lái)行業(yè)煤改氣的推進(jìn)實(shí)施,建筑陶瓷行業(yè)低碳能源比例持續(xù)提高,同時(shí)煤改氣結(jié)合用能工藝和設(shè)備改進(jìn),可以獲得較顯著的節(jié)能效果[5]。自2020 年以來(lái),行業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中電力消費(fèi)占比略有提高,原有能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中約一半以上的原煤由天然氣替代(見(jiàn)圖2),同時(shí)一批陶瓷企業(yè)持續(xù)推動(dòng)窯爐生產(chǎn)線技改升級(jí),生產(chǎn)線趨于數(shù)字化智能化,對(duì)于行業(yè)提高能源利用效率以及未來(lái)行業(yè)盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰將產(chǎn)生十分積極的影響。

        圖2 行業(yè)主要能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化情況

        3 行業(yè)能效水平及對(duì)標(biāo)情況

        根據(jù)《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南(2022 年版)》(建筑、衛(wèi)生陶瓷行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南)數(shù)據(jù)顯示,截至2020 年底,全國(guó)建筑、衛(wèi)生陶瓷行業(yè)能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能占比小于5%,能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能占比小于5%;同時(shí)提出到2025年,建筑、衛(wèi)生陶瓷行業(yè)能效標(biāo)桿水平以上的產(chǎn)能比例均達(dá)到30%,能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零。經(jīng)實(shí)際監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì),2022 年廣東省吸水率0.5%<E≤10%的陶瓷磚、吸水率E≤0.5%的陶瓷磚和吸水率E>10%的陶瓷磚的平均單位產(chǎn)品能耗對(duì)標(biāo)《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 21252-2013)和《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平(2021 年版)》(兩個(gè)文件中先進(jìn)值與標(biāo)桿水平一致,準(zhǔn)入值與基準(zhǔn)水平一致),均達(dá)到準(zhǔn)入值和基準(zhǔn)水平。如按生產(chǎn)企業(yè)整體統(tǒng)計(jì),近30%企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)值和能效標(biāo)桿水平,約66%的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入值和能效基準(zhǔn)水平,約5%的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限定值、但未達(dá)到能效基準(zhǔn)水平。其中,生產(chǎn)吸水率0.5%<E≤10%陶瓷磚的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入值及能效基準(zhǔn)水平,56%的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)值和能效標(biāo)桿水平;部分生產(chǎn)吸水率E≤0.5%的陶瓷磚和吸水率E>10%的陶瓷磚企業(yè)單位產(chǎn)品能耗未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入值和能效基準(zhǔn)水平,占比分別為1%和23%,不存在超能耗限額標(biāo)準(zhǔn)企業(yè),但與指南相關(guān)目標(biāo)要求仍有一定差距。

        表1 2022 年各類(lèi)型陶瓷磚企業(yè)對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)情況

        4 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)

        建筑陶瓷行業(yè)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用主要聚焦在窯爐和噴霧干燥塔。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),廣東省建筑陶瓷行業(yè)傳統(tǒng)成熟的節(jié)能技術(shù)(包括采用節(jié)能燃燒器、加強(qiáng)余熱利用、采用新型保溫材料、降低泥漿含水率、煙氣加熱助燃風(fēng)等)應(yīng)用較普遍,采用3 種以上技術(shù)的企業(yè)占比超過(guò)97%;但干法制粉工藝、低溫快燒技術(shù)、寬體窯爐等節(jié)能效果顯著的技術(shù)應(yīng)用比例不高,值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

        4.1 干法制粉工藝

        目前建筑陶瓷企業(yè)通常采用濕法制粉工藝,其主要環(huán)節(jié)噴霧干燥過(guò)程中需蒸發(fā)大量水分導(dǎo)致生產(chǎn)能耗較高,推廣干法制粉工藝可實(shí)現(xiàn)能耗的大幅度降低。佛山市某陶瓷企業(yè)2015 以來(lái)對(duì)原濕法生產(chǎn)線進(jìn)行改造,經(jīng)實(shí)測(cè),采用陶瓷粉料高效節(jié)能干法制備技術(shù)后相比改造前濕法制粉單位產(chǎn)品能耗下降超過(guò)40%。相關(guān)研究顯示干法制粉技術(shù)可減少陶瓷制粉過(guò)程約60%左右的能源消耗,但實(shí)際應(yīng)用中,推廣干法制粉還需結(jié)合具體生產(chǎn)工藝進(jìn)一步解決原料分散、雜質(zhì)去除、粉料適應(yīng)性等技術(shù)問(wèn)題[6-7]。

        4.2 低溫快燒技術(shù)

        據(jù)熱力學(xué)平衡計(jì)算,陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中燒成溫度降低100℃,單位制品熱耗降低約10%;燒成時(shí)間每縮短10%,產(chǎn)量可增加10%,單位制品熱耗可降低4%左右[3][8]。要實(shí)現(xiàn)陶瓷的低溫快燒,除需要選用合適的燒成工藝和熱工設(shè)備外,最關(guān)鍵的是要優(yōu)化配方,如利用低溫熔劑原料和開(kāi)發(fā)新型燒成添加劑等,相關(guān)材料需要結(jié)合企業(yè)原料特性和產(chǎn)品種類(lèi)進(jìn)一步研究。

        4.3 寬體窯爐

        陶瓷窯爐的長(zhǎng)度、寬度對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效率和單位產(chǎn)品能耗有明顯影響。窯爐寬度增加,單位制品熱耗降低,同時(shí)窯墻與外界散熱減少;窯爐內(nèi)寬和內(nèi)高一定,窯爐長(zhǎng)度增加,單位制品熱耗降低,煙氣帶走的熱量減少[3][9]。通過(guò)合理設(shè)計(jì)窯爐結(jié)構(gòu),可獲得較大的節(jié)能效益。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示廣東省陶瓷輥道窯采用寬斷面、長(zhǎng)窯的企業(yè)占32%,仍有近70%的企業(yè)可通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

        針對(duì)噴霧干燥環(huán)節(jié)節(jié)能降耗,《國(guó)家工業(yè)和信息化領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄(2022 年版)》建材行業(yè)節(jié)能提效技術(shù)中收錄的陶瓷集成制粉新工藝技術(shù),采用機(jī)械脫水和充分利用窯爐各類(lèi)低溫余熱干燥等工藝取代傳統(tǒng)噴霧干燥塔;《廣東省節(jié)能技術(shù)、設(shè)備(產(chǎn)品)目錄(2021 年本)》收錄的陶瓷干法微煤直噴燃燒技術(shù),用于替代噴霧干燥塔水煤漿燃燒爐,以上兩項(xiàng)技術(shù)均是廣東省企業(yè)自主研發(fā)成果,對(duì)降低陶瓷制粉能耗效果十分顯著,是“十四五”期間行業(yè)值得重點(diǎn)推廣應(yīng)用的技術(shù)。

        此外,部分陶瓷行業(yè)前沿技術(shù),如氫能利用、電燒窯、微波干燥等技術(shù),仍需要持續(xù)開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用將對(duì)行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和發(fā)揮重要作用。

        5 結(jié)語(yǔ)

        受下游市場(chǎng)需求等影響,建筑陶瓷行業(yè)近年來(lái)面臨比較嚴(yán)峻的經(jīng)營(yíng)形勢(shì);天然氣等能源及原材料價(jià)格上漲,能耗雙控及碳減排政策的實(shí)施,對(duì)行業(yè)未來(lái)發(fā)展路徑選擇提出了更高的要求。陶瓷行業(yè)企業(yè)在持續(xù)改進(jìn)工藝和升級(jí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的同時(shí),要深挖各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力,廣泛推廣應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)和新工藝,提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和綠色化水平,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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