陶瓷原料生產節能新技術探討

張裕泰 江海東 陸剛 黃寶榮

摘 要：中國政府承諾到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，到2030年，單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%。這意味著節能降耗工作將繼續進行下去。建筑陶瓷是佛山的主要產業之一，品牌、規模和技術工藝在全國處于領先地位，在我市一百多家國家萬家用能企業中，陶瓷企業能源消耗總量占36%，而生產過程中，原料加工工序能耗約占總能耗的30%，所以深入挖掘原料加工過程的節能潛力，對全面完成“十三五”節能目標有重要意義。本文通過對多家陶瓷生產企業調研，對一些正在實施的節能新技術進行分析評估，對“立磨預粉磨+連續球磨技術”、“干法制粉技術”等可應用于原料加工工序的節能技術進行分析，供同行業參考。

關鍵詞：陶瓷原料；節能新技術；干法制粉；連續球磨技術

1 引言

佛山是建筑陶瓷主產區，集中了新明珠、蒙娜麗莎、歐神諾等著名品牌企業以及科達機電、摩德娜、中窯公司等陶瓷裝備龍頭企業，使佛山市的建筑陶瓷企業無論在品牌、品種、工藝、技術裝備和管理都處于全國領先水平。經過近十年的努力，佛山建陶業實施了變頻改造、余熱利用等多項節能效果明顯的措施，產品能耗明顯下降。

原料加工是陶瓷生產三個主要耗能工序之一，主要設備有球磨機、噴霧干燥塔等，能耗約占生產總能耗的15%，雖然占比不大，但目前該工序的生產工藝仍較為落后，所以深入挖掘原料加工過程的節能潛力，對全面完成“十三五”節能目標有重要意義。

本文通過對多家陶瓷生產企業調研，對一些正在實施的節能新技術進行分析評估，對“立磨預粉磨+連續球磨技術”、“干法制粉技術”等可應用于原料加工工序的節能技術進行分析，供同行參考。

2 能源結構與工序能耗情況

據2014年統計資料，列入我市重點用能企業監管名單共194家，能源消費總量714.12萬噸標煤（tce，下同），其中陶瓷企業55家，綜合能耗261.13萬tce ，占總能耗的36.6%。圖1為佛山市重點用能企業陶瓷行業綜合能耗變化，從圖1可以看出，我市陶瓷生產企業2010年～2014年四年間用能能耗有所下降，年均下降2.87%，能耗下降主要有以下幾方面原因：

1） 部分產能轉移至外地；

2） 市場需求減緩；

3） 產品向精細化、高檔化發展，燒成速度減慢，總能耗有所下降；

4） 廣泛應用節能技術，單位產品能耗逐年下降。

2.1 陶瓷企業能源結構

2.1.1陶瓷企業能源消耗量

對佛山市六家較大型建筑陶瓷企業2014年能源消費狀況進行分析，按能源品種進行分類，生產過程中煤或煤制品能耗占85%，電耗占9.87%，如表1所示。

2.1.2陶瓷企業各工序能源消耗量

根據五家建筑陶瓷企業的測試數據，在某生產周期內各工序能耗數據如表2所示。從表2可以看出，燒成工序是主要耗能工序，占67.41%，原料工序能耗占企業總能耗約30.35%，其中電耗占31.12%。

2.2 原料加工節能新技術

2.2.1立式磨與連續球磨工藝

傳統的球磨工藝為間歇式生產，物料在粉磨過程中不可避免地會出現“過度粉碎”現象，已達到了細度要求的物料不及時排出，仍然在機內繼續球磨消耗能量，使粉碎機生產能力降低，能耗增加。

連續球磨工藝是通過把傳統的間歇式陶瓷原料研磨工藝，改進為連續式的球磨工藝。用較少的設備、人工和占地，達到持續不斷地生產，從而提高產量，降低原料制造成本。

立式磨機是利用磨機的渦輪與反擊機構把物料帶起并高速運轉，在離心力的作用下，向磨機筒體的周邊甩出，沖擊、撞向筒壁，同時在氣流的作用下，物料自下而上形成一圓形物料墻幕，物料不斷加入，又不斷甩出，不斷被拋向和撞擊著反彈回來的物料，也就是物料打擊物料，致使物料一個或者多個斷面上產生無數的裂紋并不斷擴大、加深和延伸，從而使物料裂解成微粒碎，它集沖擊、撞擊、擠壓、剪切、磨剝于一身，快速完成物料破碎過程。

立式預粉磨與連續球磨機在陶瓷原料粉磨中的聯合應用，是針對目前傳統單一球磨加工工藝的二段粉磨技術，是今后陶瓷原料加工發展方向。其將砂石料經立式預粉磨機進行粉磨處理后，再進行篩分，合格粉料送入下工序的連續球磨機進行研磨，不合格粉料回磨。其他泥料經破碎、化漿、分離，合格漿料送入連續球磨機進行混合研磨。此工藝避免大的物料在球磨機初始粉碎階段的大能量消耗，大大地縮短了原料的球磨時間和能耗。

由于“立式預粉磨+連線球磨技術”改造量大，工藝調整內容多，有較大的技術難度，部分企業會采取過渡方案，即：“立式磨機+傳統球磨機”組合方案，采用立式磨機分類粉碎，后段用傳統方法球磨，工藝流程如圖2所示。

2.2.2干法制粉技術

濕法制粉是墻地磚生產的傳統工藝，原料加水細磨成含水量為40%左右的泥漿，泥漿過篩后經液壓柱塞泵送入噴霧干燥器造粒，造粒后經篩分及陳腐成為含水量約5%～7%的陶瓷粉料，然后干壓成型。

干法制粉工藝是將各種原料單獨粉碎到一定粒度后配料細磨，細磨后篩余料返回細磨工序，符合粒度要求的篩下料經增濕造粒機增濕造粒成含水量約10%～12%的陶瓷粉料顆粒，再經干燥及振動篩分后，篩上料經微破碎后再次進入振動篩，篩下料送至料倉陳腐后，干壓成型。干法制粉工藝流程如圖3所示。

干法制粉需解決的關鍵技術：陶瓷原材料預均化處理，粉磨與分選，干法造粒，成套的、連續的干法制粉裝備達到產業化規模并實現自動化。

干法制粉與濕法制粉兩種工藝的能耗水耗對比如表4所示。

3 節能潛力計算

3.1 立式磨與連續球磨工藝節能潛力

“立式預粉磨+連線球磨技術”已有成功案例，預計到“十三五”末，在我市推廣面可達到20%。以2014年陶瓷重點用能企業能源消耗量261.13 tce為計算基數，按電力占總能耗9.87%，原料工序電耗占總電耗30.68%，球磨機占原料工序電耗約70%，節能率50%計算：

項目年節能量=綜合能耗計算基準×電能占百分比×原料工序電耗占比×球磨機占原料工序電耗比×推廣面×節電率=261.13×9.87%×31.12%×70%×20%×50%=0.56

萬tce。

“立式磨機+傳統球磨機”組合，球磨機漿料粉磨時間可縮短40%～45%，節能40%。預計到“十三五”末期50%陶瓷企業應用此技術。

項目節能量=綜合能耗計算基準×電能占百分比×原料工序電耗占比×球磨機占原料工序電耗比×推廣面×節能率=261.13×9.87%×31.12%×70%×50%×40%=1.12萬tce。

球磨系統改造合計節能量：0.56+1.12=1.68萬tce。

3.2 干法制粉技術節能潛力

干法制粉是一個系統工程，需要科研、裝備制造單位和用戶多方共同努力才能使此技術日漸成熟，預計到“十三五”末將有20%建筑陶瓷企業采用干法制粉工藝。

節能量=綜合能耗計算基準×建筑陶瓷企業能耗占比×原料工序能耗比×推廣面×節能率=261.13×90%×30.35%×20%×45%=6.42萬tce。

3.3 節能潛力匯總

連續球磨技術與干法制粉兩種工藝的節能潛力匯總如表5所示。

3.3.1新技術節能量占工序能耗消費量比例

原料工序用能量：綜合能耗總量×原料工序能耗比=261.13×30.35%=79.25萬tce；

兩項新技術節能潛力：8.10萬tce；

節能量占工序能耗消費量比例：8.10×100%/79.25=10.22%。

3.3.2影響節能潛力的因素

本文提出的兩個項目，按預測在“十三五”產生的節能量占工序能耗比例并不高，主要有以下影響因素：

（1）工藝成熟度。立式快磨或連續球磨技術成熟度高，在礦石加工、水泥生產等行業已廣泛應用，容易實施。而干法制粉因成球機理影響壓片成型，目前還未能得到完全解決。

（2）裝備配套。雖然建筑陶瓷企業有改進制粉工藝的需求，但企業自身研發能力有限，必須依靠科研單位、裝備制造單位，從目前來看，行業內未能集中力量攻關。

如果干法制粉工藝應用面提高至40%，兩個項目節能量將達到14.52萬tce，節能量比例提高至18.32%。

4 結語

“十一五”、“十二五”期間應用于建筑陶瓷企業原料加工過程的節能技術主要有電機變頻、降低漿液水分、余熱回收等，原工藝下的節能潛力已達到瓶頸，必須在工藝上有突破：變單段球磨為雙段，變間歇式球磨為連續球磨，提高生產效率。干法制粉取消了耗能大的噴霧干燥工序，對建筑陶瓷節能降耗產生深遠影響。

Abstract：The Chinese government promised to 2020， the unit GDP carbon dioxide emissions than in 2005 decreased by 40% ～ 45%， by 2030， the unit GDP carbon dioxide emissions than in 2005 decreased by 60% ～ 65%. This means that the work of saving energy and reducing consumption will continue to carry on. Ceramics is one of the major industries in Foshan， ceramics enterprises energy consumption accounted for 36%， while the production process， raw material processing energy consumption accounts for about 30% of the total energy consumption， so dig the potential of energy-saving raw material processing， for the full completion of the "135" energy-saving target has important significance.

Key words：Ceramic raw materials； Energy saving new technology；Dry milling；Continuous gringding