衛生陶瓷生產能耗淺析*

林 毅

(廣東翔華科技股份有限公司 廣東 潮州 521000)

隨著國家強制性標準GB 21252-2013《建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額》的推進及國家環保政策的進一步強化的要求，廣東省要打贏“藍天保衛戰”就必須要走在全國前列，廣東省將出臺制定《廣東省陶瓷工業大氣污染物排放標準》對大氣污染物中“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物”的排放濃度限值比國標低30%(于2019年7月1日起執行)、《廣東省2019年推動落后產能退出工作方案》要求，廣東省衛生陶瓷行業尤其是潮州產區將有2 000左右家小型工廠面臨著被淘汰出局的危機，同時也是規模以上衛生陶瓷企業的機遇。

1 中國衛生陶瓷的現狀

改革開放40年以來，中國衛生陶瓷業的發展伴隨著經濟的發展而發展，尤其在20世紀90年代后期發展更為迅速。自1994年開始，連續10多年產量以兩位數迅速增長，成為世界上最大的衛生陶瓷生產國、消費國和出口大國。衛生陶瓷的發展是全方位、多方面的，成績是巨大的，包括產區企業的數量、規模、工藝技術水平、裝備水平、產品的花色品種、質量水平、配套水平、產品的節水功能水平等。

2018年全國規模以上的衛生陶瓷產量超過2.34億件，主要產區除河北依舊保持14%的增長外，廣東、河南、湖北、湖南產量均有不同程度下降，分別為-9.4%、-4.9%、-22.7%、-6.3%；而出口總體較為平穩，出口8275萬件，同比增長-0.02%，增幅下降11.5%，出口額為50.49億美元，同比增長18.69%，平均單價從51.40美元/件增長到61.01美元/件，同比增18.70%，出口額和出口單價均有較大的提升，體現了我國衛生陶瓷產品已逐步從靠產量拼低價到重質量提高附加值的質的轉化。

2018年是全面貫徹實施黨的十九大精神的開局年，同時也是世界經濟格局大發展、大變革、大調整的一年，全球經濟出現“分化與博弈”新特征，國內外形勢錯綜復雜以及2018中國經濟增速出現放緩態勢的大背景下，中國建筑陶瓷和衛生潔具行業在面對市場與環保的雙重下行壓力、房地產政策宏觀調控、中美貿易摩擦升級、消費升級、競爭加強、稅收規范、成本攀升、渠道變革、出口形勢喜憂參半、行業洗牌加速等一系列挑戰與重壓下，行業遭遇了自1998年亞洲金融危機以來前所未有的“寒冬”，行業經濟運行依舊駐足于盤整區間。同時隨著綠色環保、節能減排政策的不斷推進與落地，企業轉型升級步伐進一步加快，轉變發展方式進一步深化，環保意識，創新意識進一步深化。

中國衛生陶瓷行業已告別長期以來依靠市場需求驅動行業粗擴式發展時代，逐步轉型進入成熟化、規范化、綠色制造、智能制造、高質量發展階段。

2 新政策將淘汰部分落后衛生陶瓷企業

新國標GB 21252-2013《建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額》于2014年12月1日實施，取代了原標準GB 21252-2007《建筑衛生陶瓷單位產品能耗限額》成為對建筑衛生陶瓷生產的一項強制性考核標準。明顯提高了我國建筑衛生陶瓷行業的能耗限額水平，體現了節能降耗技術的進步，符合國家節能降耗政策。國家發改委(發改環資【2011】2873號、【2012】1923號)、廣東省經信委(粵經信節能【2012】95號)等文件明確要求政府的節能監管部門面對陶瓷企業2015年度的節能考核時，要全面執行按GB 21252-2013標準的能耗限額計算產品單位能耗來進行考核。2019年4月1日，廣東省工業和信息化廳發布《廣東省2019年推動落后產能退出工作方案》(以下簡稱《方案》)表示，按照國家統一部署，結合廣東省產業發展實際和結構調整需要，以鋼鐵、水泥、陶瓷(包括衛生陶瓷)等12個行業為重點，著力推動能耗、環保、質量、安全、技術達不到標準和生產不合格產品或淘汰類產能，依法依規關停退出。根據《方案》，陶瓷行業需要執行最新編制的《陶瓷工業大氣污染物排放標準》，并根據《廣東省打好污染防治攻堅戰三年行動計劃(2018～2020)的通知》要求實施煤改氣，全面淘汰建筑衛生陶瓷企業使用煤作為燃料。

執行建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額(GB 21252-2013)，超過限額將限期整改，不整改或整改不到位責令關停退出。廣東衛生陶瓷企業將面臨《陶瓷工業大氣污染物排放標準》、20萬件/年以下低檔生產線、淘汰建筑衛生陶瓷土窖、倒焰窯、多孔窯、烘燒明焰隧道窯、隔焰燧道窯、匣缽裝燧道窯以及省抽質量監督抽查生產安全等多方面的壓力。

依據GB 21252-2013強制性國家標準規定：衛生陶瓷單位產品綜合能耗限定值≤720(kgce/t)；準入值≤630(kgce/t)；先進值≤300(kgce/t)，達不到強制性能耗限額標準要求的產能，應在6個月內整改；確需延長整改期限的，可提出不超過3個月的延期申請；逾期未整改或經整改仍未達標的，依法關停退出。《廣東省2019年推動落后產能退出工作方案》要求，明確產能退出工作任務清單，對不符合產業政策要求的淘汰類落后工藝裝備，發現一起、淘汰一起。

3 衛生陶瓷能耗狀況

從20世紀80年代起，我國的建筑衛生陶瓷產業已經高速發展了20年，建筑衛生陶瓷產量的急劇增加，雖然節能技術也不斷提升，能耗不斷下降，但總能耗也在逐漸增加。

20多年來，隨著衛生陶瓷行業的不斷進步發展，機械化、電氣化、自動化水平的不斷提高、生產設備的不斷更新改進、生產效率逐步提高、規模經濟的實施使產品的單位能耗在逐步下降。

表1 衛生陶瓷1995～2015年產品單位能耗表(kg/t)

*注:衛生陶瓷按25 kg/件計，綜合能耗參考不同產區各種不同窯爐及不同燃料折算。

4 衛生陶瓷生產能源品種

衛生陶瓷生產燃料主要是：煤、柴油、液化石油氣、天然氣。由于國家環保政策的推動，衛生陶瓷生產企業除了個別地區仍有少數使用煤化氣做燃料外，大部分產區已全部改成液化石油氣及天然氣為燃料。衛生陶瓷的發展方向是提高產品檔次、增加附加值，并使用清潔能源。煤化氣由于生產過程產生一氧化硫、二氧化硫等有毒氣體，加上造成嚴重的環境污染，加之煤氣中夾帶雜質，只能生產劣質低端的產品。隨著產品質量和檔次的提高、環保政策的嚴格，將會淘汰煤化氣等落后的生產工藝設備，取而代之的將是天然氣等清潔燃料，天然氣是衛生陶瓷企業增長最快的燃料品種。

5 衛生陶瓷節能技術及應用

根據陶瓷熱工學計算原理，越是高溫燒成時，能源消耗越多，從1 200～1 300 ℃時，耗費的能源大約是產品燒成總能耗的40%左右。因此低溫快燒是衛生陶瓷行業節能減排的重要課題。

20～30年前，衛生陶瓷燒成窯爐是能耗高的燃煤倒焰窯(匣缽燒成)及以重渣油為燃料的隧道窯，燒成溫度高(1 250 ℃左右)、燒成周期長(20～24 h)、能耗高、污染大。后來通過行業引進窯爐設備國內消化吸收，近幾年國內衛生陶瓷燒成已普遍采用寬斷面節能隧道窯，用潔凈的石油氣、天然氣為燃料，采用輕型節能窯車、微機自動化控制，燒成工藝向低溫快燒方向發展，燒成溫度為1 200 ℃左右，燒周期控制在16 h左右，能耗大幅度降低，同時大大減少了對環境的污染，明顯提高了產品的質量檔次水平，產品合格率由過去的不到80%提高到90%左右。

5.1 衛生陶瓷燒成窯爐的發展

燃煤倒焰窯——燃煤隧道窯——寬斷面燃氣(梭式窖)隧道窯

匣缽燒成——無匣缽燒成——電腦梭式窯——自動隧道(輥道)窯

5.2 衛生陶瓷燒成燃料的發展

燃煤——重油——煤氣——液化石油氣、天然氣

6 衛生陶瓷生產工藝過程主要工序簡述

從原料進廠到產品出廠，衛生陶瓷產品的生產過程大體可分為以下工序：產品概念、設計、模具制作、注漿成形、產品修坯、坯體烘干、坯體施釉、產品燒成、外觀檢驗、安裝配件、功能檢測、產品包裝等工序，不同的工序配有不同的檢驗檢測設備。

7 衛生陶瓷生產主要節能措施

7.1 高壓注漿成形工藝節約能耗

衛生陶瓷采用高中壓注漿成形后，成形時模具所吸收的水分無須通過干燥排除，而是用壓縮空氣吹出，節省了模具干燥熱耗，成形后坯體水分下降了2%，可節省坯體干燥熱耗，可節約綜合能耗的12%左右。

7.2 隧道窖窯爐余熱利用減少能耗

采用逐級回收余熱的方式實現超低溫余熱排放，極項節能及降低CO2、NOx的排放量。

針對隧道窖的排水氧化分解、排煙管道、急冷等不同階段的結構特點，設置熱發生爐、螺旋形吸熱空氣管道、無縫管的冷熱風換取裝置等不同余熱回收利用技術裝置，達到余熱綜合利用及降低排放的目的。

設置蓄熱相變復合材料的余熱利用裝置，使窯爐出現余熱供應不足或溫度波動時，通過蓄熱相變復合材料的熱釋放滿足生產要求，達到在回收煙氣余熱的同時，提高換熱效率、降低CO2、NOx的排放量的有機結合。

利用窯爐冷卻帶余熱回收得到潔凈熱空氣，直接用作窯爐助燃空氣(220～250 ℃，可節省6%～8%的燃料)或用于坯體干燥及石膏模具的干燥。利用窯爐800～900 ℃的高溫煙氣回收熱能用于坯體干燥及泥漿加熱節約能耗、利用換熱器充分回收窯爐的余熱，進一步提高能源綜合利用率：陶瓷窯爐的余熱回收大有文章可做，因為排放煙氣帶走的熱量高達總熱量的30%～40%，傳統的余熱回收方法(預埋鋼管法、煙氣直接利用法等)回收效率都比較低。換熱器是一種余熱回收效率較高的新技術，一般將換熱器安裝在窯爐排煙的煙道中，將煙氣余熱回收后加熱空氣，熱風可用作助燃空氣和干燥坯體。換熱器由四周管箱和中間隔板組成，中間隔板將兩側通道隔開，熱管為全翹片管，單根熱管可更換。工作時，高溫煙氣從左側通道向上流動沖刷熱管，此時熱管吸熱，煙氣放熱溫度下降。將熱管吸收的熱量導至右端，冷空氣從右側通道向下逆行沖刷熱管，此時熱管放熱，煙氣放熱溫度下降，熱管將吸收的熱量導致右端，冷空氣從右側通道向下逆向沖刷熱管，此時熱管放熱，空氣吸熱溫度升高。余熱回收器出口煙氣溫度不低于露點。其綜合能耗可節約10%～15%。

7.3 節能設備利用減少能耗

在衛生陶瓷生產工業中，原料加工設備的動力能耗一般占整個動力耗能的60%左右，而球磨機的動力能耗最大，采用大噸位球磨機節電效果非常顯著，20 t、30 t、50 t以至100 t的間隔式球磨機已投入使用已取得更為顯著的節電效果。

7.4 建立干燥室減少能耗

20年前大多數衛生陶瓷企業在坯體干燥方面都存在共性問題，沒有專門的快速干燥(室)設備，坯體在成形室原位干燥，不但占用很大的面積，而且會影響成形工人的勞動環境，廠房面積大，干燥溫度低，濕度無法控制，能源浪費嚴重。把坯體干燥和模具干燥分開，建造衛生陶瓷坯體快速干燥室，成形后的濕坯在第二天移進快速干燥室干燥，縮短坯體干燥周期，同時還改善了成形車間環境。

20世紀80年代，國產的三通道衛生陶瓷隧道干燥室(利用隧道窯余熱)，干燥周期24 h，單位熱耗為3 700×4.18 kj/kg水；90年代引進帶旋轉風機的衛生陶瓷坯體室式干燥室，干燥周期12～16 h，單位熱耗為(1 370～1 850)×4.18 kj/kg水；國內自主開發的新型干燥器——少空氣室式快速干燥器，干燥周期5～5.5 h，單位熱耗為(800～1 200)×4.18 kj/kg水；大大減少了燃燒熱風爐干燥坯體的使用。

7.5 新型節能窯爐的選用節省能耗

衛生陶瓷生產最大的能耗是產品燒成段，約占產品單位綜合能耗的60%，而窯爐燒成技術的發展可謂是日新月異，先進窯爐的能耗是落后窯爐能耗的一半以上，目前應用的窯爐主要是間斷式燒成的梭式窯及連續式燒成的隧道窯、輥道窯。而較為普遍使用的是間斷式燒成的梭式窯及連續式燒成的隧道窯。梭式窯由于間斷式燒成工藝的特性，機動性大，可取消夜間生產，在潮州產區已經得到了最廣泛的使用，燒成溫度一般在1 200～1 260 ℃，燒成周期12～16 h不等，先進的梭式窯產品單位能耗1 200 kcal/kg；連續式燒成的隧道窯是燒結衛生陶瓷的主流窯爐，全國各大產區，特別是上規模的衛生陶瓷企業都是以隧道窯為主要生產線，約占總產量的60%，由于連續式燒成的特性加上窯爐余熱的回收利用，是目前最為節能的窯爐，廣泛應用于規模較大的衛生陶瓷生產企業，燒成溫度一般在1 200～1 230 ℃，燒成周期16～17 h不等，先進的隧道窯產品單位能耗850 kcal/kg。產品單位綜合能耗低于150 kgce/t，只有新國標GB 21252《建筑衛生陶瓷單位產品能耗限額》中的先進值的不足50%，先進的隧道窯比先進的梭式窯要節能30%左右，因此建議創造條件進行并購來淘汰小規模企業，大力擴大大型寬體節能隧道窯的投產，能更有效地節約能耗。為了有快速的熱反應和節省燃料，整條窯爐的窯墻內襯都使用輕質保溫材料。結合輕質保溫磚的耐用性和陶瓷纖維棉的低蓄熱，針對窯爐的不同區段設計了相應的磚棉混合結構，既保證了窯爐的耐用性又最大限度地提高了窯爐的保溫和低蓄熱，同普通窯爐相比陶瓷纖維棉用多50%，保溫和節燃效果顯著(見圖1)。

圖1 大型寬體節能隧道結構

8 衛生陶瓷企業的未來希望

以上是根據對部分衛生陶瓷企業的了解及參考相關專家的文獻資料。在衛生陶瓷生產的每一個環節進行新技術、新工藝的改造應用，引進先進節能窯爐及規模化生產，提高生產效率，充分提高能源的利用率，先進的衛生陶瓷生產企業的綜合能耗比國家強制性標準GB 21252-2013《建筑衛生陶瓷單位產品能源消耗限額》的要求降低50%左右，綜合能耗先進值可控制≤150 kgce/T瓷，對當前產業升級及國家環保政策的要求還是能找出行業的出路。

面對當前嚴峻的形勢，既是衛生陶瓷產業的危機，也是良好的機遇，希望行業能共同創造條件并構、整合、分散小規模工廠、小作坊，形成規模化生產，減少梭式窯爐生產，大力擴大大型寬體隧道窯的投入，從而進一步降低單位產品能耗，相信衛生陶瓷生產企業一定能走出困境，不斷創新發展，開源節流，重新創造新時期中國建筑衛生陶瓷行業的輝煌。