陳 丹
摘要我國是日用陶瓷生產(chǎn)大國,日用陶瓷產(chǎn)量居世界第一,然而陶瓷行業(yè)是一個資源型、高耗能的行業(yè),其能耗占整個生產(chǎn)成本的30~40%。陶瓷工業(yè)要獲得可持續(xù)發(fā)展,必須在節(jié)能減排這個環(huán)節(jié)上做好文章。輥道窯爐是一種具有產(chǎn)量大、成品率高、能耗低特點的新型窯爐,適合應(yīng)用于日用陶瓷生產(chǎn)。本文就國內(nèi)外日用陶瓷業(yè)的現(xiàn)狀及輥道窯爐在日用陶瓷業(yè)上的應(yīng)用前景作出了分析。
關(guān)鍵詞日用陶瓷,節(jié)能減排,輥道窯爐,技術(shù)及應(yīng)用
1引 言
資源、能源和環(huán)境是當(dāng)今經(jīng)濟、社會發(fā)展的重大課題。我國正處于快速工業(yè)化時期,資源和能源的消耗連續(xù)快速增長,如石油、天然氣等能源和資源的對外依存度目前已超過40%,同時資源和能源的消耗給整個生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的負擔(dān)。就能源總體利用率而言,發(fā)達國家的能源利用率一般高達50%以上,美國達57%,而我國只有30~35%左右,與發(fā)達國家相比仍存在較大的差距。
進入二十一世紀以來,國際能源市場的形勢發(fā)生了巨大變化,能源價格不斷上漲,供應(yīng)緊張,供需矛盾日益突出,所有的高耗能的生產(chǎn)行業(yè)都受到了嚴重的沖擊,其中陶瓷工業(yè)首當(dāng)其沖,不斷上漲的能源成本嚴重威脅著陶瓷工業(yè)的生存和發(fā)展。因此,節(jié)能降耗成為每個陶瓷企業(yè)經(jīng)營者都必須嚴肅面對及思考的問題。同時,陶瓷的高耗能必然會帶來高污染的情況,全國迅猛發(fā)展的陶瓷業(yè)對我國的環(huán)境造成了很大的污染,特別是陶瓷業(yè)發(fā)展迅速的產(chǎn)區(qū)如廣東省的佛山、潮州、清遠、肇慶、河源等地區(qū)更為嚴重。因此,節(jié)能減排是陶瓷生產(chǎn)的大勢所趨,也是陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。
2我國日用陶瓷業(yè)的現(xiàn)狀分析
日用陶瓷在我國國民經(jīng)濟的發(fā)展中占有重要的地位,它是人們生活中不可缺少的生活用品,也是在國際市場上具有競爭力的商品。日用陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,會影響到我國人民生活水平的改善和出口創(chuàng)匯的能力。我國日用陶瓷總產(chǎn)量在2005年達到170億件;2006年總產(chǎn)量為138億件,占全球總產(chǎn)量的70%,出口95.8億件,占國內(nèi)總產(chǎn)量的70%。雖然我國日用陶瓷產(chǎn)量在世界遙遙領(lǐng)先,但總體上仍存在產(chǎn)品的檔次低、能耗高、資源消耗大、生產(chǎn)效率低和環(huán)境污染嚴重等問題。日用陶瓷與建筑衛(wèi)生陶瓷相比,因其部分產(chǎn)品燒成溫度過高,窯型和其它類別產(chǎn)品的生產(chǎn)裝備相比較落后等原因,能耗往往是后者的兩倍以上。這種狀況嚴重制約著日用陶瓷工業(yè)的健康發(fā)展,也是目前國內(nèi)、省內(nèi)許多大中型日用陶瓷企業(yè)陷入困境的直接原因之一。
從日用陶瓷工業(yè)各道生產(chǎn)工序的能耗分布狀況來看:燒成工序占陶瓷生產(chǎn)總能耗的70~80%、原料加工和坯體成形占8~12%、其余工序占5~8%??梢娙沼锰沾缮a(chǎn)能耗主要集中在制品燒成工序。
燒成工序的核心是窯爐。影響窯爐使用性能和能耗高低的關(guān)鍵因素主要有窯爐結(jié)構(gòu)、材料(含燃料)、燒成技術(shù)及熱利用的水平等。一般窯爐總熱支出比例為:產(chǎn)品出窯帶出熱2~4%,窯頭煙氣帶出熱10~12%;窯體表面散熱6~7%;物化反應(yīng)耗熱16~18%;窯尾抽熱風(fēng)帶出熱54~56%;其它熱損失3~12%。其中窯頭煙氣和窯尾抽熱風(fēng)兩項帶出熱占總熱量就高達60~70%。窯爐設(shè)備或燒成工藝控制的不合理將會影響陶瓷制品的質(zhì)量,甚至無法燒成,造成人力、物力的巨大浪費,故窯爐是陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。
日用陶瓷工業(yè)目前使用較多的主要窯型有梭式窯、隧道窯和輥道窯三大類。其中梭式窯為間歇式窯爐,具有燒成制度調(diào)節(jié)靈活的特點,比較適合燒制大尺寸的產(chǎn)品,但耗能最大。隧道窯和輥道窯為連續(xù)式窯爐,具有燒成制度穩(wěn)定、熱利用率較高的特點,可適應(yīng)大批量產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)需要。其中輥道窯由于適合快速燒成,具有產(chǎn)量大、成品率高、能耗低等優(yōu)點,是當(dāng)今窯爐的主要發(fā)展方向。在日用陶瓷生產(chǎn)上逐步推廣應(yīng)用輥道窯爐生產(chǎn)技術(shù),可實現(xiàn)能源高效利用和污染物顯著減排的目標(biāo),對陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生巨大的促進作用,具有十分重要的現(xiàn)實意義。
3國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢
目前,國內(nèi)外均十分重視陶瓷工業(yè)的節(jié)能減排問題,也推動了相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展。國內(nèi)外對陶瓷工業(yè)的節(jié)能減排主要從原料組成配方、窯爐結(jié)構(gòu)、燒成技術(shù)、余熱綜合利用、優(yōu)質(zhì)燃料的采用以及固體廢棄物的回收利用等方面入手。
3.1 窯爐結(jié)構(gòu)和燒成技術(shù)方面
日用陶瓷工業(yè)目前使用較多的窯型有梭式窯、隧道窯和輥道窯。由于輥道窯具有產(chǎn)量大、質(zhì)量優(yōu)、能耗低、自動化程度高、操作方便、可快速燒成等優(yōu)點,在節(jié)能方面比隧道窯擁有更多的優(yōu)勢。因此,對輥道窯及其燒成技術(shù)的研究、改進和應(yīng)用進展都很快。進入二十一世紀以來,關(guān)于輥道窯的新設(shè)計、新技術(shù)報導(dǎo)越來越多,例如湖北黃岡華窯中洲有限公司研發(fā)的輥道窯爐,其能耗指標(biāo)為2000千卡/公斤瓷,折合0.3377噸標(biāo)煤/噸瓷,但在燒成氣氛上大都采用氧化氣氛。潮州是我國最大的日用陶瓷生產(chǎn)基地和出口基地,被譽為“中國瓷都”。潮州陶瓷業(yè)對先進窯爐設(shè)備的研究和應(yīng)用,無疑會對我國日用陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動作用。從2004年起,潮州市興業(yè)陶瓷有限公司開始研究“陶瓷輥道窯爐快速高溫還原燒成節(jié)能技術(shù)”,通過對輥道窯的燃燒火焰區(qū)、燃燒噴嘴、可燃混合氣形成過程的整體設(shè)計,給坯體燒成陶瓷制品的工藝過程創(chuàng)造了一個均勻溫度場和均勻氣氛場及適于高溫還原氣氛的燒成條件。該技術(shù)在利用輥道窯實現(xiàn)日用瓷高溫還原快速燒成,并在余熱的回收和綜合利用方面取得了新的突破。潮州興業(yè)公司當(dāng)年建造了一座陶瓷輥道窯爐,經(jīng)過反復(fù)調(diào)試,逐步形成一套快速高溫還原燒成節(jié)能技術(shù),2005年開始運行至今,實踐證明該項技術(shù)具有明顯的節(jié)能效果。據(jù)有關(guān)機構(gòu)檢測:該輥道窯爐的有效熱利用率高達68.81%,產(chǎn)品單位能耗為170~200公斤液化石油氣/噸瓷,折合為290~343公斤標(biāo)煤/噸瓷,比傳統(tǒng)的隧道窯節(jié)能20%以上。燒成的日用瓷成品率達到98%,達到節(jié)能減排和產(chǎn)品高品質(zhì)的雙重目標(biāo)。該技術(shù)由于采用還原氣氛燒成,尤其適合在我國南方地區(qū)推廣應(yīng)用。
3.2 窯爐余熱綜合利用方面
余熱利用在國外很受重視,視其為陶瓷工業(yè)節(jié)能的主要環(huán)節(jié)。特別是隧道窯、輥道窯這類窯爐,窯頭煙氣帶走熱和窯尾熱風(fēng)抽出帶走熱兩項相加的熱量占窯爐總能耗的60~70%,因此如果這部分熱量利用得好,對節(jié)能指標(biāo)的實現(xiàn)將產(chǎn)生很大的貢獻。目前,國內(nèi)外將余熱回收后主要應(yīng)用于坯體、物料干燥和加熱助燃空氣方面?,F(xiàn)在,歐洲陶瓷企業(yè)普遍采用在窯爐上安裝附加余熱利用裝置,進行窯尾余熱的再回收利用;對于排煙廢熱的利用,也有不少企業(yè)采用換熱器將熱量收集后輸送到所需的場所,其綜合節(jié)能的效果可使窯爐熱效率達到80%以上。我國陶瓷窯爐的余熱利用吸收了國外的先進經(jīng)驗,研究了一系列的余熱回收利用裝備與技術(shù),取得了較好的效果。近期對蓄熱相關(guān)復(fù)合材料的研究更是層出不窮。如華南理工大學(xué)的“新型多孔陶瓷材料載體制備技術(shù)與性能研究”項目,以陶瓷纖維為基體制備了氣孔率高達96%以上的超多孔陶瓷基體,已通過專家鑒定驗收,達到國內(nèi)先進水平,完全具備制備高效率蓄熱材料的條件,并已有相關(guān)產(chǎn)品投放市場。
3.3 改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)以減少廢氣有害氣體的排放方面
目前,陶瓷窯爐使用的燃料主要有煤、重油和液化石油氣、天然氣等。建筑陶瓷出于降低生產(chǎn)成本的考慮,在生產(chǎn)過程中使用煤或重油作為燃料。煤或重油在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的廢氣,這些廢氣主要由噴霧干燥塔和窯爐產(chǎn)生,廢氣中的污染物主要有煙塵、硫氧化物、氮氧化物以及其它有害氣體(主要由減水劑、防污劑、滲花溶劑等產(chǎn)生),給環(huán)境造成了嚴重的污染。以佛山為例,2005年,規(guī)模以上的陶瓷企業(yè)二氧化硫排放量達到22.74萬噸,給居民的健康帶來了極大的危害。在潮州地區(qū),由于陶瓷工業(yè)以日用瓷和工藝美術(shù)瓷為主,質(zhì)量要求高,價值也高。因此為了確保產(chǎn)品質(zhì)量,近年來陶瓷窯爐燒成燃料基本上都使用液化石油氣。液化石油氣是一種潔凈氣體,燃燒后生成的有害有毒氣體極少,因此對環(huán)境影響尚不明顯。
3.4 固體廢棄物的回收利用方面
國內(nèi)外企業(yè)一方面努力提高窯爐的燒成技術(shù),盡量提高燒成合格率,減少廢瓷的產(chǎn)生;另一方面,將廢瓷、廢料回收,再用于陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)。例如廣東省楓溪陶瓷工業(yè)研究所,針對廢瓷的特點,采用引入高塑性、高保水性粘土,提高廢瓷料的可塑性;引入堿土金屬礦物組成復(fù)合助熔劑,降低廢瓷料的燒成溫度;引入微量元素,抑制廢瓷料中鐵雜質(zhì)顯色等技術(shù)措施,有效地解決了在陶瓷坯料中大量使用廢瓷料的不利影響,坯料中廢瓷料的使用率達到30%以上,可從根本上解決“陶瓷垃圾”(廢瓷)對環(huán)境造成的危害。
4輥道窯爐應(yīng)用前景的分析
目前我國的日用陶瓷生產(chǎn)企業(yè)約有6000多家,其中上規(guī)模的有1000多家,年銷售收入400多億元,利稅20多億元。陶瓷工業(yè)也是廣東省的重要產(chǎn)業(yè)之一,雖然廣東陶瓷工業(yè)產(chǎn)量在全國遙遙領(lǐng)先,但總體上仍存在產(chǎn)品檔次低、能耗高、資源消耗大、生產(chǎn)效率低、對環(huán)境污染嚴重等問題,能源利用與國外相比,差距較大,特別是在燒成環(huán)節(jié),由于燒成溫度高(日用陶瓷有的高達1300~ 1400℃),排放的廢氣溫度也高,通常高達200~300℃,大量的熱能及有害氣體排出窯外,不但增加能耗,而且對環(huán)境和人們的健康帶來了不良的影響。因此,在日用陶瓷生產(chǎn)企業(yè)推廣應(yīng)用輥道窯爐,既可為企業(yè)大大節(jié)省燃料成本,又能減少環(huán)境污染,有著廣闊的市場潛力。潮州是中國瓷都,陶瓷業(yè)是潮州第一支柱產(chǎn)業(yè),年產(chǎn)值達180億元,其中日用瓷占40%以上,現(xiàn)有大、中型窯爐1000多座,加上小型窯爐,年耗用液化石油氣60多萬噸,價值30多億元,節(jié)能減排潛力非常巨大。
近期由于受國際原油價格持續(xù)攀升、人民幣升值、勞動力成本上漲以及國家對出口退稅率進行調(diào)整等因素影響,給外向型的陶瓷企業(yè)帶來了巨大的沖擊,陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)成本壓力也越來越大。另外,由于陶瓷業(yè)耗用大量資源和產(chǎn)生大量的“陶瓷垃圾”,也給環(huán)境造成了極大的問題。因此,陶瓷企業(yè)對推廣應(yīng)用先進的節(jié)能減排技術(shù)有強烈的主觀意愿和較大的積極性。輥道窯節(jié)能減排技術(shù)在日用陶瓷生產(chǎn)方面的推廣應(yīng)用,正是適應(yīng)了陶瓷企業(yè)的迫切需要,可以大力推廣和迅速取得效益。
5結(jié)論
綜上所述,輥道窯爐生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用在日用陶瓷生產(chǎn)上,不僅可以大大降低產(chǎn)品能耗,緩解我國能源和資源短缺的現(xiàn)狀,同時也能減少廢氣的排放量和固體廢棄物的產(chǎn)生,有利于保護環(huán)境,并且日用瓷輥道窯節(jié)能減排技術(shù)的許多措施,不僅適用于日用瓷生產(chǎn),也可推廣到建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷及其它相關(guān)領(lǐng)域,從而推動陶瓷工業(yè)的技術(shù)進步和可持續(xù)發(fā)展,社會經(jīng)濟效益顯著,有著不可估量的市場前景。