回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝的應用與評價*

.福州出入境檢驗檢疫局；. 福州西門特工業自動化設備有限公司 朱曉南 江信健 陳枝華 王友強 鄭家慧 鄭 荔 趙凌云

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回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝的應用與評價*

1.福州出入境檢驗檢疫局；2. 福州西門特工業自動化設備有限公司 朱曉南1江信健1陳枝華1王友強1鄭家慧1鄭 荔1趙凌云2

該文分析了目前出境木質包裝的現狀，針對熱處理能耗較大、成本較高等問題，研發設計了熱能自動回收裝置，將原來作為廢氣排放的窯爐高溫煙氣加以利用，通過伺服自動控制系統實現自動熱處理，達到降低成本、節約能源、降低能耗、低碳環保的目的。

木質包裝 熱處理 檢疫 陶瓷 熱能回收

在國際貿易中，對貨物起承載和支撐作用的木質包裝是一種被廣泛使用的包裝材料，據聯合國糧食及農業組織（FAO）調查，全球進出口貿易中約有70％的商品使用木質包裝材料。我國是世界出口貿易大國，進出口貿易總額居世界第一，出口商品中有1/3以上使用了木質包裝，涉及的商品類別廣、出口國家多，對我國外貿具有重大影響。

木質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，如果不經除害處理，將成為林木害蟲傳播擴散的重要載體和介質。因此，有關國際組織和各國政府紛紛研究對策、出臺措施，加強對木質包裝攜帶有害生物的控制。2002年3月，國際植物保護公約組織（IPPC）發布國際植物檢疫措施標準第15號（ISPM15），要求以原木為原料加工的木質包裝物須進行檢疫除害處理，并加施國際通行的IPPC標識，成員國將在口岸對出入境木質包裝物實施檢疫查驗監管，以防止植物檢疫性有害生物隨木質包裝在國際間傳播[1]。我國是IPPC成員國，遵守國際公約是我國政府應盡的責任和義務。為此，2005年，國家質檢總局發布第69號令，明確對未按規定的方法進行除害處理的貨物木質包裝，不準進出境。

福建是進出口貿易大省，2013年的進出口總額位列全國第七。陶瓷產品是福建出口商品中重要的一類，包括瓷磚和電瓷產品等，主要集中在閩清和晉江等地區，每年約出口3萬批次、貨值達4億美元。由于陶瓷屬于易碎品，出口時需要完善的木質包裝保護。福建每年裝運陶瓷產品出口的20'集裝箱約有18萬多個，所需的木質包裝約為361萬件。木質包裝成本在出口陶瓷成本中占有一定比重，在近年外貿形勢不樂觀的背景下，出口陶瓷利潤下降，企業千方百計設法降低成本，如果能夠有效降低木質包裝的成本，將有利于陶瓷產業和地方經濟的發展。為此，福州出入境檢驗檢疫局申報立項研發了“回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝系統”，在陶瓷出口企業試點應用，取得了良好效果。

1 我國出境木質包裝除害處理現狀

1.1 除害處理方式

ISPM 15中批準的木質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，IPPC在該標準中指出，“鼓勵國家植保機構推動使用本標準批準的其他處理措施。使用溴甲烷應當考慮植物檢疫措施委員會有關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，2008）的建議”，一些國家和地區已經禁止了含溴甲烷成分的木質包裝進境。另外，由于溴甲烷價格高、除害處理設施條件要求嚴，而熱處理具有安全性高、相對環保、處理效果穩定等優點，所以熱處理將逐漸取代溴甲烷熏蒸處理[2]。

木質包裝熱處理技術來源于木材干燥技術。將木質包裝置于熱處理窯內，通過人工調節干燥介質（空氣、過熱蒸汽等）的溫度、濕度和氣流循環速度，利用高溫高濕作用，殺滅木質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 木質包裝熱處理存在的問題

1.2.1成本居高不下

傳統木質包裝熱處理使用木頭、煤炭、柴油、天然氣等資源作為熱源，需要人工手動調節控制干燥介質的溫度、濕度和氣流循環速度等，這些成本約占熱處理成本的80%。近年來，隨著國內原材料價格和人工成本的不斷上漲，傳統的熱處理工藝成本水漲船高，成為熱處理企業發展的阻礙。成本增加導致木質包裝出廠價格上漲，進而增加出口企業負擔，對我國的出口貿易造成不利影響。

1.2.2破壞自然環境

一方面，一些企業為了降低成本，在明知林業部門禁止砍伐、運輸木材的情況下，鋌而走險違規運輸、使用非正常渠道的木材燃料，對我國的林業資源造成嚴重破壞。以福建閩清為例，每年以木頭為熱源產生的熱能相當于砍伐近萬棵胸徑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，產生大量的可吸入顆粒物，嚴重污染空氣，許多地方的環保部門已經明令禁止使用木頭作為燃料，但一些企業在利益驅使下，仍然在夜間生產，偷排廢氣。

1.2.3行業良莠不齊

木質包裝除害處理技術含量相對較低，企業入門門檻低，各企業的生產條件、技術能力差距很大，給確保我國出境木質包裝的質量和檢驗檢疫部門監督管理造成困難。有的企業為了搶占市場，違規操作，降低成本，蓄意壓低價格，進行惡性競爭；有的企業之間結成行業聯盟，壟斷市場，抬高價格，謀取暴利。這些都不利于穩定我國外貿出口、促進外向型經濟發展。

2 回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝

中國是陶瓷生產大國和出口大國，出口陶瓷涉及工藝陶瓷、日用陶瓷、工業陶瓷、建筑陶瓷、衛生陶瓷等。經估算，全國出口陶瓷行業每年用于木質包裝除害處理的費用高達1.8億元。

為了有效降低出口陶瓷企業木質包裝成本，確保木質包裝除害處理效果，保護我國生態資源、林木資源和旅游資源，福州出入境檢驗檢疫局在大量走訪調研轄區出口陶瓷企業生產經營狀況的基礎上，創新性提出了回收陶瓷生產剩余熱能用于木質包裝除害處理的技術理論。經國家質檢總局立項，成功設計研發了“回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝系統”。該系統通過回收陶瓷生產剩余熱能，經自動化控制設備，調整進風量，從而達到減少能源浪費，提高熱源利用效率，保證除害處理效果的目的。該系統具有以下功能：（1）在引風機的動力作用下，通過管道將收集的陶瓷窯爐廢氣注入熱處理窯內；（2）利用研發的智能儀表裝置，根據預先設置好的工藝條件和現場采集的溫度數據，控制變頻器輸出指令，從而控制引風機的啟停和轉速，以達到節能減排的效果；（3）智能儀表將現場數據實時傳輸給上位機，由上位機記錄存儲，用戶可以實時觀察窯內情況，隨時調取歷史記錄。

3 效益評價

回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝系統已經在福建閩清地區的4家陶瓷生產企業（分別以A、B、C、D表示）試點應用，取得了顯著的經濟和社會效益，見表1。

3.1 經濟效益

3.1.1木材節約情況

表1 陶瓷生產企業木材節約情況

僅這4家企業每年節約木材約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，以其他燃料計算，相當于節約了16.56萬kg標準煤，46.36萬m3煤氣，13.63萬m3天然氣，11.25萬kg汽油，大大保護了福建寶貴的森林資源，降低了能源消耗。

3.1.2電能節約情況

本系統設計采用了變頻節能電機，并從軟件上加入了節能控制模塊，可以根據現場采集的溫、濕度數據，對照預先設定的工藝要求，實時調控引風機的啟停和轉速，較傳統的定速引風機節能效率達到18%，每窯可以節約7.95kWh電能，試點的4家企業每年可節約3259.5 kWh電能。

3.1.3人工節約情況

由于采用了全自動化的電氣控制系統，操作人員只需開啟系統，然后該系統將進行自動化的除害處理，全程不需要人為進行任何操作，熱處理結束后系統將自動關閉。每窯節約10h的人工，試點的4家企業每年可節約4100h的人工成本。

3.1.4總體成本節約情況

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

3.2 生態效益

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

使用本項目裝置則完全避免了燃燒木材等對環境的污染。企業在木質包裝熱處理方面使用的是陶瓷生產的多余熱能，使該項目在推廣使用后實現了零附加排放，達到了減排的最大效益，按閩清近300家陶瓷生產企業計算，每年將減少煙塵的排放近108.57萬Kg，廢氣1.8億m3。

3.3 社會效益

出境木質包裝熱處理新工藝的應用與推廣，強化了市場競爭，打破了熱處理企業區域壟斷局面，使木質包裝熱處理價格回歸合理，順應了地方政府和企業的呼吁和訴求，帶動行業健康有序發展，為引導出口企業自覺、規范使用木質包裝奠定了良好基礎，獲得地方政府和出口企業的一致支持。

4 創新點

傳統的木質包裝熱處理是直接利用燃燒木頭、煤炭、柴油、天然氣等產生高溫煙氣，通過散熱器使窯體升溫，以濕空氣為介質對窯內出境木質包裝進行熱處理，并保持一定時間，達到對木質包裝的除害處理效果。而“回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝系統”利用回收的陶瓷窯爐廢氣進行木質包裝熱處理，通過改進傳統熱處理裝置結構，直接回收利用陶瓷生產中排放的300℃高溫煙氣余熱，通過自動化控制系統調控溫度，達到既滿足除害處理要求，又降低成本、節能環保、降耗減排的目的。

該系統具有以下創新意義：一是結構創新。結構上首次從陶瓷生產窯體的緩冷段取氣，并通過循環風機將熱氣導入熱處理窯，實現木質包裝除害處理系統、熱氣回收裝置和機電自動控制系統三者無縫對接，通過自動化控制系統實現對陶瓷窯爐取氣、熱處理過程的監控，達到木質包裝熱處理的最佳效果。二是技術創新。采用動態頻率階段控溫法，將采集到的數據與工藝要求進行比較，控制變頻器的輸出頻率和啟停，調整電機的運行頻率，并保持指定的時間，從而控制引風機的風量，使木芯溫度和干球溫度達到工藝要求的設置溫度值，達到了節能增效的目的。三是應用創新。目前國內外對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行使用，本研究裝置首次將窯爐余熱作為陶瓷木質包裝的檢疫熱處理，通過窯爐尾氣對處理的木質包裝進行熱處理，達到對木質包裝進行檢疫除害的目的。

5 結論

回收陶瓷生產剩余熱能處理木質包裝系統將熱氣回收裝置、熱處理窯和電氣控制系統三者無縫對接，形成了三位一體的整套技術解決方案，能夠滿足陶瓷生產企業利用剩余熱能進行木質包裝除害處理的要求。該系統造價成本低，經濟收益大，在福建閩清應用以來，取得了顯著的經濟效益、生態效益和社會效益，在全國同類出口商品中具有很大的應用推廣空間。

[1] 黃冠勝. 國際植物檢疫措施標準匯編[M]. 北京：中國標準出版社，2010.

[2] 景卿. 淺談國際貿易中木質包裝的除害處理方式[J]. 商場現代化，2012（9）：11.

[3] 楊光，吳新華，季健清，等. 出境木質包裝熱處理設施及其應用現狀[J]. 植物檢疫，2010，24（3）：65-67.

[4] 鄭文華，楊偉東，林朝森. 深圳口岸出口木質包裝熱處理[J]. 植物檢疫，2000（1）：37-39.

國家質檢總局科技計劃項目（2013IK124）。