雙層巖板輥道窯關鍵技術創新集成以及節能效果分析

胡乃友,李展華,朱志剛

（廣東摩德娜科技股份有限公司，佛山 528225）

1 前言

陶瓷巖板起源于歐洲,最早由意大利和西班牙傳入，巖板生產、加工工藝要求高，巖板是陶瓷巖板的簡稱,從2019 年開始，行業正式確立巖板的概念，規格是1200mm×2400mm 及以上。巖板的應用方向很多，家具化是重點突破方向。巖板可以代替天然石材、木材、人造石材、玻璃、金屬等，用巖板制造的櫥柜門板、衣柜門板、等柜體門板，幾乎可以制成任何顏色和圖案，演繹出不一樣的高級感。用于桌子臺面，巖板臺面紋理清晰，有層次，給人一種高貴，雅致，簡潔感。

未來巖板的應用市場主要有3 個領域：定制家具、成品家居、高端建筑空間，已經遠遠超過了陶瓷、石材,突破了瓷磚、石材的很多應用局限,除了傳統陶瓷磚所涉及的室內地墻面、衛浴空間的墻地面裝飾市場,建筑外立面、櫥柜臺面、家具面板等領域都可以運用到。從目前看,巖板除了不能替代石材異型產品外,凡是陶瓷、石材板材可以裝飾的地方,巖板均可以替代,未來可進入建材家居各大領域。主要可替代的建材包括玻璃、石材、鋁板、木板、墻紙和傳統陶瓷板等,可作為建筑幕墻、臺面板板材并可被運用于家具領域。

隨著巖板的不斷普及，未來的需求量也會加大，對于燒制巖板的窯爐需求也會增多，由于雙層窯爐具有產量大、能耗低、占地面積少等特點，市場空間非常巨大。

2 雙層巖板窯爐的優勢

雙層巖板窯爐上、下層有獨立的傳動系統、燃燒系統、風管路系統，控制系統，互不干擾，可獨立運行，在先進智能系統的控制下實現不同規格產品的高質量輸出，充分集合了國內外先進技術、智能化程度高、易于操作，清潔節能的生產性能。

雙層巖板窯爐可滿足生產厚度為3-25mm 的多種規格高品質巖板產品,還可兼顧常規拋釉磚的全規格產品，能滿足不同家居設計方案對高品質定制化的需求，真正實現巖板設備的柔性化多樣化生產。

2.1 單位產品能耗要比同樣長度和內寬單層窯爐的低

由于雙層窯是兩條窯爐疊加在一起，減少了窯爐的散熱表面積，燃氣消耗量相應的也會減少，可節約能源消耗，綜合節能效果可超過12%，實現了國家碳達峰碳中和的戰略目標。

2.2 可同時生產兩種不同厚度，不同規格的產品

生產線上布置雙壓機，雙釉線，產品分別進入上下層窯爐，可以同時生產兩種不同的產品，因此可以減少一半的轉產，提升產品的交付效率，提升企業的經濟效益。單層巖板窯爐只能同時生產一種產品，這是單層巖板窯爐無法比擬的優勢。

2.3 可節約一半的燒成車間空間

巖板的燒成周期比較長，單窯產量相對較小，所以已有限制的空間只布置一條窯爐，不但產能比較低，還會導致因訂單多而產生的生產轉換次數過高，使得排產困難，雙層窯爐能更有效地解決此類問題。

2.4 可有效解決巖板產品切割裂的行業難題

雙層窯是兩條獨立的窯爐疊加一起，故冷卻區域的散熱較普通窯減少40%，再加上其雙層窯爐特有的窯墻結構等因素，使窯爐在生產過程中，保溫蓄溫的效果較好，這樣就可以有效解決產品切割裂問題。

2.5 可以減少一條單層輥道窯生產線上的人工

由于雙層窯是相當于兩條單層窯爐疊加在一起，1條雙層窯產量相當于2 條單層輥道窯產量，因此也可以減少一條生產線的工作人員，從人員結構上可以明顯提高企業的經濟效益。

3 雙層巖板窯爐解決巖板生產難題的技術方案

雙層巖板窯爐可以為高品質巖板提供質量保障，不僅比同樣長度和內寬單層窯爐產品的能耗低、而且可以有效解決產品平整度、落臟、色差、切割裂等技術難題，產量是同樣長度、同樣內寬單層窯爐的兩倍，可以明顯提高企業的經濟效益。

3.1 降低單位產品能耗的技術方案

(1)耐火材料的合理選型，根據雙層窯爐的獨特結構特點，采用了TIS 加強保溫窯體結構，整窯采用優質耐火材料以及采用進口納米保溫板；雙層窯爐不同于單層窯爐,下層窯爐由于承受的重力較大，因此上下層窯爐因結構的不同要搭配相應比重的耐火材料，再結合巧妙的結構設計，更加有效均衡截面溫差。

(2)研發了新一代高速等溫天然氣節能燒嘴，該燒嘴采用創新的多層混合結構，能使燃氣和空氣充分混合，燃燒充分，火焰剛性強，穩定性好，加強窯內熱氣流的攪拌，使窯內溫度趨于均勻。在最小的空燃比情況下完全燃燒，減少了過量的空氣，達到節能目的，而改進之前的噴槍，燃氣完全燃燒的情況下，空燃比遠大于1：10，有的甚至達到1：16。

(3)全窯長短焰燒嘴的合理布局，燒嘴選好了，與其相應配套的碳化硅燒嘴套出口大小不配合好的話，依然達不到理想效果，在部分區域布置長短焰燒嘴，同時交錯布置不同形狀的碳化硅燒嘴套。這樣長短焰結合，既照顧了橫斷面中間部位溫度，又照顧了斷面兩側的溫度，從而使斷面上的溫度趨于更均勻。

(4) 窯爐余熱的合理利用積極采用先進的煙氣余熱回收技術，降低排煙熱損失。從換熱器抽取的熱風作為燒嘴的助燃風用，溫度可加熱到150-200℃左右。一般認為：空氣預熱溫度每提高100℃，即可節約燃料5%。

3.2 平整度方面的技術解決方案

(1) 在輥棒選型方面，窯爐全部傳動采用不同的棒徑、棒距和不同溫度需求的高溫棒，以解決其他普通窯爐普遍存在的磚坯釉面有輥棒紋缺陷的問題，既保證了磚坯走位平穩，又有助于提高坯體高溫抗變形能力。

(2)在傳動方面，陶瓷巖板對傳動設計及安裝精度要求特別高，采用DRI 傳動設計升級系統，此傳動系統將減速機與傳動軸之間的連接由高精度齒輪代替了傳統的鏈條，使得傳動輸出的平穩性、精準性及耐用性有了較大提高。以及SKF 進口軸承的應用，單電機獨立通軸設計，減少軸的連接，保證磚型以及出磚高品質。減速機帶動的每組傳動通軸無連接軸套軸的設計避免了因連軸套間隙而造成傳動不穩的因素。傳動部件的精度也有了較大提高，如傳動套軸（手榴彈）內徑的公差精度由的0.1mm 提高到0.05mm，傳動軸的整體直線度≤1mm 提高到≤0.5mm，鋁座基準中心線高度公差精度由的≤±0.1mm 提高到≤±0.07mm 等，傳動部件精度的提高進一步提高了走轉的平穩性，減小磚體變形，從而保證磚型及出磚高品質。

(3)設計有電機故障報警裝置、傳動斷鏈報警裝置、緊急開關擺動裝置、斷棒報警燈等裝置，以及空窯降頻處理方式，使設備更加自動化，智能化，方便生產管理和保證產品品質要求。

3.3 產品切割裂方面的技術解決方案

(1) 合理設計的三帶比例以及科學設定急冷段上下多段獨立風量控制，能更加有效地解決巖板切割裂問題。

(2)加長緩冷段占全窯的比例，使產品能有足夠的時間在緩冷區域充分消除產品在急冷冷卻時產生的應力。

(3)采用緩冷段加熱系統，以及空窯管理系統。當窯內出現空窯的情況，利用空窯管理系統，當緩冷段溫度降到某個設定溫度，自動打開燒嘴開關，使緩冷段維持在需要的溫度范圍內，這樣就可以避免磚的冷裂。

3.4 產品落臟方面的技術解決方案

(1)傳統窯爐排煙段大都采用頂抽的模式，時間長了頂部會積灰造成產品落臟；雙層巖板窯爐采用底抽與側抽相結合的方式，可以有效避免對產品的落臟。

(2)排煙區、預熱區窯頂材質的升級加強，采用密度高的材料，同時要加強窯頂的氣密性，不會因為窯頂材質問題造成產品的落臟。

(3)雙層巖板窯爐排煙段隔層采用特殊結構設計的吊板，可以避免下層隔層材料的原因造成對產品的落臟。

3.5 產品色差方面的技術解決方案

(1)研發的新一代高速等溫天然氣節能燒嘴的使用，該燒嘴采用創新的多層混合結構，能使燃氣和空氣充分混合，燃燒充分，火焰剛性強，穩定性好，加強窯內熱氣流的攪拌，使窯內溫度趨于均勻。

(2)在燒成帶交錯布置一部分長短焰燒嘴，提高靠窯墻兩側的溫度，這樣長短焰結合，既照顧了橫斷面中間部位溫度，又照顧了斷面兩側的溫度，從而使斷面上的溫度趨于更均勻。

(3) 采用設置特殊形狀的擋火板和擋火墻來縮小斷面溫差。

3.6 窯爐智能化操作方面的技術解決方案

(1)可組態智能生產管理系統，該系統可無縫對接企業管理系統，同時保證數據安全，全面配合企業客戶邁進5G 數據新時代。該系統采用了MDS 工業自動化集成控制系統，計算機自動采集、計算、分析、無線處理運行數據，實現遠程控制需求。該系統的另一大亮點是智能化空窯管理系統的升級，當空窯時可以實現智能調節窯爐的氣氛，不影響產品品質，能最大化實現柔性智能生產。

(2)產量信息讀取，實時的班產量，日產量，月產量，包括窯爐的運行產量，規格，片數，燃氣流量、空窯時間統計，可以實現遠端查看，提取實時、歷史數據。

(3)窯爐運行數據的采集，燒成溫度曲線的保存，包括設定曲線，實際燒成溫度曲線，設定溫度曲線可以通過上端直接發送，溫度曲線在本地和遠程都可以調取和查找歷史記錄。

(4)報警信息：各傳動、風機、燃氣、燃燒機等所有設備異常信息、預警信息的歷史記錄、實時的報警顯示、查詢。

(5)各類數據，報警信息預留有和上位終端系統的接口，窯爐的視頻監控系統，分區域顯示，可以通過手機APP 查看。

通過以上研發的新技術和新設計的實施，解決了產品平整度、落臟、色差、切割裂等技術難題，實踐證明：雙層巖板窯爐不論是在能耗方面，還是在產品品質、產量、排產的便捷性上都有很大的優勢，實現了巖板產品的柔性化多樣化生產。

4 雙層巖板窯爐節能減排效果實際案例分析

4.1 燃料方面的節省

主要技術指標及參數

窯長：226.8m；內寬：2350mm；

窯爐通道數量：2 層

燒成周期范圍：50-130 分鐘可調；

高溫區耐火磚耐溫：1350℃；窯爐工作最高溫度：1260℃；

產量：750mm×1500mm×10mm，正常燒成周期70min，產量為12500 平方米/天；

優等率：98.2%。

運行性能參數：

窯內截面溫差：±2℃（通過測溫環檢測）

窯爐冷調標準：磚走到急冷偏中≤15mm,甩角≤40mm；

窯外表溫度：不超環境溫度+35℃；

窯爐單位熱耗：1.41 m3/m2磚；

窯爐單位電耗：0.036KW.H/kg 磚；

熱電偶溫度誤差：≤±1℃（與標準熱電偶比對）；

溫控表控制誤差：≤±1℃（顯示溫度與控制溫度比對）；

輥棒套筒的同心度:≤0.5mm（靠尺、百分表）；

同樣長度和內寬的單層窯爐單位產品熱耗：1.7立方米/m2磚；

一天可以節省燃氣量為：（1.7-1.41）×12500=3625立方米/天；

每年按330 天計算，天然氣氣價按照3.5 元/立方米計算，每年可以節省燃氣費用：330×3625×3.5=4,186,875 元。

每立方天然氣理論產生的煙氣量為10.52 m3,實際中由于助燃空氣過剩以及窯內漏入空氣等因素，每立方天然氣實際產生的煙氣量約為14 m3,一天可以減少CO2的排放量為：3625×14=50 750 立方米/天。

每年按330 天計算，可以減少CO2的排放量為：50750×330=16 747 500m3

折算成質量每年減少CO2的排放量為：16 747 500×0.67/1000=11,220 噸。

從以上分析可以看到，達到相同產能，寬體巖板窯爐一年可以節省的燃料費用為4 186 875 元，經濟效益相當可觀。

同時,CO2的排放量也大大減少，每年減少CO2的排放量為11220 噸，對環境的改善作出了積極的貢獻，響應了國家碳達峰，碳中和的號召。

4.2 窯墻散熱面積能耗的節省

由于雙層窯是兩條窯爐疊加在一起，減少了窯爐的散熱表面積，燃氣消耗量相應的也會減少，可節約能源消耗。一條雙層窯爐比同樣內寬的兩條單層窯爐少了2個散熱面，從排煙帶到急冷前約占一條窯爐的65%，減少的散熱面積為：3.26×2×226.8×0.65=961m2

4.2.1 熱量損失計算

假定窯墻外表平均溫度為70℃，環境溫度為30℃。對流輻射換熱系數a=2.56×（70-30）0.25+4.56（704-304）/(100×（70-30）)=14W/m2℃。

最大熱流量為：

總熱損失功率：Q=961×560=538KW/h。

4.2.2 熱損失費用計算

換算為每小時天然氣量:

每天節約天然氣量：56×24=1344 m3

節約資金：1344×3.5=4704 元。

每年按330 天計算：330×4704=1552320 元。

從以上分析可以看到，達到相同產能，天然氣寬體窯爐散熱面積減少了961m2，一年可以節省費用1552320 元。

摩德娜從2017 年全新推出雙層巖板窯爐，其建造的第一條雙層巖板窯爐是在印度投產，隨著國內巖板的興起，很多陶瓷企業選擇了摩德娜的雙層巖板窯爐，先后有大將軍一期二期、蒙娜麗莎C 線和D 線、清遠東鵬3#和4#、廣東興輝、金牌三期、清遠升華等。

摩德娜公司作為國內最優秀的陶機設備制造商之一，“用持續創新，打造企業的核心競爭力,與客戶共同創造價值，推動綠色革命”的使命，在國內外中高端市場已經取得了良好的成績，本項目設備無論從設備綜合性能還是技術創新點，都已經過實踐檢驗，獲得了客戶廣泛一致性好評。

作為行業領先的熱工設備供應商，摩德娜一直以來以“全窯型”滿足國內外陶瓷產區的多樣化高品質要求，包括寬體窯爐應用于普通建陶產品的規模化生產，隧道窯和梭式窯用于發泡陶瓷、微晶玻璃、衛生潔具和日用陶瓷等產品的精細化生產，以及定制化特殊窯爐用于特種技術陶瓷的高端應用生產。鋰電池正極材料鋰云母焙燒提取碳酸鋰方面，在現有隧道窯基礎上加以設計改進以及創新技術的運用，結合硫酸鹽法提鋰工藝路線，從壓制方式、磚坯尺寸、碼磚層數、焙燒時間，焙燒空間等多方面進行改進，探索出一條針對硫酸鹽法鋰云母焙燒隧道窯的合理焙燒曲線。相對市場上現有的隧道窯在產能提高、能耗降低、碳排放指標、環保指標、鋰浸出率提高以及低品位鋰云母提鋰等方面，都有顯著提升。

多年來為全球多個陶瓷產區的客戶提供了數十條雙層窯爐生產線，雙層窯爐的實際應用遠不止用于巖板生產，還可用于生產拋釉磚、內墻磚、薄板等各種規格的墻地磚產品，用雙層窯爐來滿足巖板生產所要求達到的柔性化標準是近年來在行業里掀起的一股潮流。摩德娜人將謹記“用持續創新，打造企業的核心競爭力,與客戶共同創造價值，推動綠色革命”的使命，肩負起雙碳雙控的社會責任，不斷研發節能高效、自動、智能化的陶瓷機械裝備，為“成為世界一流的節能環保建材成套裝備企業”的愿景而努力奮斗。