廣東省陶瓷行業的能耗現狀及節能措施
2006-01-01 00:00:00曾令可鄧偉強
佛山陶瓷 2006年2期
摘 要：改革開放20多年來，廣東陶瓷行業取得了令人矚目的成績，但也存在著能源消耗大、利用率低等問題。本文就廣東陶瓷行業的原料制備、制品成形、干燥和燒成過程中的能耗現狀進行了綜合的分析和評價，并提出了相應的節能措施。
關鍵詞：能耗，節能
1基本情況
廣東陶瓷產業在全國乃至全世界都占有相當重要的地位。廣東省建筑陶瓷產量約占全世界產量的30%，約占全國產量的60%以上、出口量的70%；衛生陶瓷產量約占全國產量的25%、出口量的30%。
廣東陶瓷工業雖然在全國處于領先地位，但卻存在能源消耗過于嚴重的問題。因此，節能是今后廣東陶瓷工業發展的重大課題。
2陶瓷工業能耗的現狀
我國陶瓷工業雖然產量在世界上遙遙領先，但總體上存在產品檔次低、能耗高、綜合利用率低、生產效率低等問題。據報道，陶瓷工業的能耗中約有61%用于燒成工序，20%用于干燥工序。目前我國陶瓷工業的能源利用率與國外相比，差距較大：發達國家的能源利用率一般高達50%以上，美國達57%，而我國僅達到28%～30%。能耗差距如表1所示。
2004年廣東建筑陶瓷產量為18 億m2，按消耗原材料20～24kg/m2計算，需要原材料0.360～0.432億t；按耗電5kWh/m2計算，電耗為90億kWh；按耗煤8kg/m2計算，需煤0.144億t；按耗油1.4～1.5L/m2計算，每年消耗燃油高達25～27億L。衛生陶瓷產量3400萬件，按消耗原材料13kg/件計算，需要原材料44.2萬t；按耗電400kWh /t計算，電耗為2.176億kWh；按煤耗1.1t/t產品計算，需煤59.84萬t。日用陶瓷至少27億t產品，需要消耗煤近210萬t、電12.5億kWh；加上其它系列陶瓷（如電子陶瓷、工藝陶瓷、工業陶瓷和電瓷等），每年至少消耗原材料0.5億t、電110億kWh、煤0.17億t。隨著產量逐年增加，相應的原材料、電和煤用量也增加。這對制造業發達、能源需求緊張的廣東，無疑是雪上加霜。
“十一五”節能專項規劃將對我國及廣東省陶瓷行業產生深遠的影響。就陶瓷生產而言，節能降耗將是大勢所趨，也是可持續發展的重要條件。因此，分析陶瓷工業能耗的現狀及節能技術非常必要。
3陶瓷工業的節能技術措施
3.1 陶瓷原料制備過程中的節能措施
據資料介紹，原料制備的能耗在整個陶瓷生產過程中占很大比例，其中占燃料耗用量的49%，占裝機容量的72%，因此節能潛力較大。其節能措施有：（1）采用連續式、大噸位球磨機進行細磨，產量可提高10倍以上、電耗為原來的20%；（2）球磨機的內襯采用橡膠襯，既減小了球磨機負荷，又增加了球磨機的有效容積，產量提高40%、單位產品電耗降低20%以上；（3）制定合理的料、球、水的比例，添加相應助劑和采用氧化鋁球，既可縮短球磨時間，又可節電35%左右。
廣東陶瓷行業比較發達，陶瓷原料需求量大，有必要實現陶瓷原料的專業化、標準化和系列化生產，這樣可充分利用資源、節省能源，并具有以下優點：（1）系統化、專業化生產提高了原料的有效利用率、擴大了原料的來源，并能提高原料化學組成的穩定性，保證產品的質量；（2）減少了原料車間的重復性建設，將分散性、簡單性和間歇性加工提升為連續、集中專業原料處理，提高了設備的有效利用率；（3）減少了工廠原料的儲備，節約場地投資及減少城市粉塵、噪音污染等。
3.2 陶瓷制品成形與干燥過程中的節能措施
對于建筑陶瓷，在選擇壓磚機上，應選用大噸位、寬間距的壓機，實現一機一窯。因為大噸位壓磚機壓力大、產量大，壓制的磚坯質量好、合格率高。在同等條件下，電耗可減少30%以上。意大利SACMI和SITI公司生產的7200t壓機可壓出1200mm×1800mm的大磚，產量達10000m2/d。廣東科達機電股份有限公司和佛陶集團力泰機械有限公司開發的大噸位液壓全自動陶瓷壓磚機系列，最高噸位達到7800t。
微波干燥技術也日益受到關注。微波可以透入物料內部，使內外同時受熱，干燥時間大大縮短，極大地提高了生產效率；微波能源利用率高，對設備及環境不加熱，僅對物料本身加熱，運行成本比傳統干燥低（如表2）。從表2可以看出微波干燥的優越性：在相同功率下，傳統干燥時間是微波干燥的30～32倍、能耗為2.5倍，而生產能力僅為微波干燥的一半。
3.3 陶瓷制品燒成過程中的節能措施
3.3.1 采用低溫快燒技術[2]
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℃，則單位產品熱耗可降低10%以上、燒成時間縮短10%、產量增加10%、熱耗降低4%。因此，在陶瓷行業中采用低溫快燒技術，可以顯著增加產量、節約能耗。
3.3.2 采用一次燒成技術
一次燒成比一次半燒成（900℃左右低溫素燒，再高溫釉燒）和兩次燒成更節能、綜合效應更佳，同時可以解決磚的后期龜裂、延長磚的使用壽命。如廣東某企業自從實現一次燒成后，燒成的綜合燃耗和電耗都下降了30%以上，大大節約了設備和其它設施的投資，也提高了產品的質量。
3.3.3 墻地磚的升級換代產品——超薄磚
大規格超薄磚規格為1000×3000mm，厚度只有3～5mm，其重量只有現行墻地磚的1/4。生產超薄磚使用的原料可以減少60%以上、能源節約至少40%，這樣既保護資源，又節約生產成本[3]。按2004年廣東建筑陶瓷磚產量為18億m2來計算，厚度一般為10mm左右，需要原材料0.468億t、電耗90億kWh、煤0.144億t。如果采用超薄磚，則所需原材料下降為0.187億t、電54億kWh、煤0.086億t。因此，可以大大節約能耗。
3.3.4 窯型向輥道化發展
在陶瓷行業中，使用較多的窯型有：隧道窯、輥道窯及梭式窯三大類。其中，輥道窯具有產量大、產品質量好、能耗低、自動化程度高、占地面積小等優點，是當今陶瓷窯爐的發展方向(見表3)。
3.3.5 采用高效、輕質保溫耐火材料及新型涂料
常見的保溫材料有重質耐火磚、輕質保溫磚、莫來石輕質磚，高鋁輕質磚和輕質陶瓷纖維等。合理選擇保溫材料對節能降耗有很大影響。如輕質陶瓷纖維與重質耐火磚相比具有如下優點：質量輕，重量只有重質磚的1/6，容重為傳統耐火磚的1/25；導熱系數小，蓄熱量僅為磚砌式爐襯的1/30～1/10，窯外壁溫度降至30～60℃；纖維節能可達到16.67%。
涂層技術應用范圍很廣，其中紅外輻射涂層和多功能涂層在窯爐中的應用值得關注。如熱輻射涂料（簡稱HRC），在高溫階段涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率從0.7升至0.96，可節能33087×4.18kJ/m2·h；在低溫階段涂上HRC后，窯壁輻射率從0.7升至0.97，可節能4547×4.18 kJ/m2·h。
3.3.6 改善窯體結構
從節能的角度講，窯內高度越小越好。如輥道窯高由0.2m升高至1.2m時，熱耗增加4.43%、窯墻散熱升高33.2%。在一定范圍內，窯越寬越好。如輥道窯內寬從1.2m增大到2.4m時，單位制品熱耗減少2.9%、窯墻散熱降低25%。在窯內寬和窯內高一定的情況下，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。如輥道窯的窯長由50m增加至100m時，單位制品熱耗降低1%、窯頭煙氣帶走熱量減少13.9%。
3.3.7 采用自動控制技術
采用微機控制系統，能夠自動控制燃燒過?？諝庀禂?，使窯內燃燒始終處于最佳狀態，減少燃料的不完全燃燒、降低窯內溫差、縮短燒成時間。據報道，在排出煙氣中每增加可燃成份1%，則燃料損失要增加3%。如果能夠采用微機自動控制或儀表-微機控制系統，則可節能5%～10%。
3.3.8 窯車、窯具材料輕型化
采用輕質耐火材料作窯車和窯具對節能有重大意義（如表4）。表4表明：產品與窯具的重量比越小，其熱耗越大。窯車應使用低蓄熱、容重小、強度高、隔熱性能好的材料來制備。窯車車襯材質的選取對節能也很重要。據報道，輕質磚、輕質磚與硅酸鋁耐火纖維復合和全硅酸鋁耐火纖維做車襯時，單位產品熱耗分別是傳統重質耐火磚做車襯時的91%、79.5%～85.8%和59.1%～66.3%。
3.3.9 采用清潔氣體、液體燃料
采用清潔的氣體、液體燃料，不僅是裸燒明焰快速燒成的保證，而且可以提高產品質量、節約能源，更重要的是可以減少對環境的污染。采用潔凈氣體為燃料，節能降耗明顯(如表5所示)。
3.3.10 采用高速燒嘴
采用高速燒嘴是提高氣體流速、強化氣體與制品之間傳熱的有效措施，一般可比傳統燒嘴節能25%～30%。如高效節能環保型蓄熱式燒嘴，它是成對存在窯爐中，當其中一個燒嘴工作時，另一個作排煙道，同時蓄熱，待其工作時再預熱氣體。
3.3.11利用微波輔助燒結技術
微波輔助燒結技術是通過電磁場直接對物體內部加熱，故熱效率很高（一般從微波能轉換成熱能的效率可達80%～90%），因此可以大大降低能耗。例如Al2O3的燒結，傳統方法需要加熱幾個小時，而微波法僅需3～4min。
據報道，英國某公司有一種新型的陶瓷窯爐生產與制造技術，該窯爐最大的特點在于：它不僅采用了當今世界上微波燒結陶瓷的最新技術，還采用了傳統的氣體燒成技術。它在傳統窯爐中把微波能和氣體燃燒輻射熱有機結合起來，這樣既解決了微波燒成不容易控制的問題，又解決了傳統窯爐燒成周期長、能耗大等問題。這種窯爐適用于高技術陶瓷及其它各種陶瓷的燒成，達到快速燒成、節能的目的。
4展望
隨著陶瓷技術及其它相關技術的發展，可以估計今后陶瓷窯爐的發展方向：在窯爐結構上，向連續式窯爐長度方向發展；在窯體、窯具的材料上，采用輕質陶瓷纖維，采用涂層材料；在燒成技術上，向溫度均勻性高、低污染方向發展，如采用微波燒成技術；在檢測控制方法上，采用多變量模糊控制技術；在研究方法上，將窯爐熱工理論和計算流體力學相結合。
此外，積極推廣高紅外、遠紅外、等離子、感應加熱等高效加熱新技術，推廣微波能高溫技術如微波燒結、微波高溫合成工藝及相關設備；積極開發與利用新能源如太陽能、潮汐能等。這樣，窯爐的能源利用也將呈現出多元化的局面。
參考文獻
1 彭金輝，何藹平.德國在微波處理材料方面的應用研究[J].昆明理工大學學報，1996，21（6）：39～41
2 李湘洲.陶瓷窯爐的燃料與節能技術[J].節能技術，1999，（3）：32～36
3 永 平.新型環保超薄磚問世[J].中國建材，2004，（6）：89
4 譚紹祥.中國陶瓷窯爐技術的新發展[J].山東陶瓷，2000，23(3):13～14
