陶瓷燒成中的節(jié)能技術(shù)

曾令可+李萍+王慧+劉艷春+程小蘇+劉平安

摘 要：陶瓷窯爐燒成過程消耗的能源占陶瓷制備總能耗的60%以上，要想使陶瓷行業(yè)節(jié)能降耗并實現(xiàn)低碳，陶瓷窯爐是關(guān)鍵。本文針對陶瓷窯爐燒成過程的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行全面的分析，為陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)陶瓷行業(yè)的節(jié)能目標(biāo)做努力。

關(guān)鍵詞：陶瓷窯爐；節(jié)能減排；窯爐結(jié)構(gòu)；燒成技木

1 引言

中國陶瓷工業(yè)產(chǎn)量在世界上遙遙領(lǐng)先，2012年我國陶瓷磚總量達(dá)到90億m2，衛(wèi)生潔具2億件，日用陶瓷300億件，工藝美術(shù)陶瓷50億件，均占全球的60%以上，總能耗達(dá)2～3億t，占全國總能耗的3%～5％。

窯爐是陶瓷企業(yè)最關(guān)鍵的熱工設(shè)備，也是耗能最大的設(shè)備，干燥及燒成中的能耗占陶瓷生產(chǎn)總能耗的60%～80％，窯爐設(shè)備能耗的水平，主要取決于窯爐的結(jié)構(gòu)與燒成技術(shù)，其中窯爐的結(jié)構(gòu)是根本，燒成技術(shù)是保證；只有使兩者合理的搭配才能既保證窯爐燒成質(zhì)量的提高，又減少能源消耗。窯爐型式主要有梳式窯或倒焰窟、隧道窯及輥道窯。

陶瓷窯爐燒成中的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)：

（1） 窯爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；

（2） 燒成技術(shù)的創(chuàng)新；

（3） 燒嘴的選用；

（4） 余熱回收利用；

（5） 自動控制技術(shù)的采用；

（6） 更先進(jìn)的保溫材料和涂層技術(shù)的研究開發(fā)等。

2 窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1窯爐內(nèi)高

隨著窯爐內(nèi)高的增加，單位制品熱耗和窯墻散熱量也增加。如：當(dāng)輥道窯內(nèi)高由0.2 m升高至1.2 m時，熱耗增加4.43%，窯墻散熱升高33.2%，窯內(nèi)高度增加會引起通道內(nèi)溫度分層，增大窯內(nèi)熱氣流的上、下分層，特別是隧通窯，有的內(nèi)高達(dá)1 m以上，其上、下溫差，特別是預(yù)熱帶內(nèi)的上、下溫差高達(dá)300~500℃。某引進(jìn)全纖維、燒衛(wèi)生潔具輥道窯就是因窯內(nèi)通道太高，溫差太大無法燒成，不得不把窯內(nèi)高度整體下降，才解決燒成質(zhì)量問題，所以從燒成質(zhì)量控制、節(jié)能降耗的角度講，窯內(nèi)高度越低越好。

2.2窯爐內(nèi)寬

隨著窯爐內(nèi)寬度的增大，單位制品熱耗和窯墻散熱減少。如：當(dāng)輥道窯窯內(nèi)寬從1.2 m增大到2.4 m時，單位制品熱耗減少2.9%，窯墻散熱降低25%。如把輥道窯的內(nèi)寬由2.5 m擴大到3.0 m，每天產(chǎn)量則可以從10000 m2增加到15000 m2，窯體散熱面積由1206 m2增加到1422 m2，每生產(chǎn)1 m2磚，窯墻散熱面積由0.1206 m2減少到0.0948 m2；如果窯墻外表面溫度與環(huán)境的溫度差不變，則窯體外壁的散熱損失可減少27.2%。例如，中窯為佛山某企業(yè)改造內(nèi)墻磚燒成窯爐，把原來兩條長140 m、內(nèi)寬2.4 m的輥道窯改為一條長為250 m、內(nèi)寬為3.1 m的輥道窯，單窯年產(chǎn)量比原來兩條窯總產(chǎn)量高，達(dá)135789 t，單位產(chǎn)品能耗由改造前的171.19 kgce／t降為133.36 kgce／t，一年單窯的節(jié)能量達(dá)5136.89 tce。潮州市新高陶瓷窯爐窯具研究所和四通集團(tuán)陶瓷股份有限公司合作，建造一條可裝載內(nèi)寬為2.26 m、可裝載高度為0.95 m、長為63.8 m燒衛(wèi)生潔具隧道窯，取代兩條內(nèi)寬為0.95 m、內(nèi)高0.95 m、長為68.5 m的兩條隧道窯，燒成產(chǎn)品品種相同，使用燃料相同，裝載方式相同，單窯產(chǎn)量比原來兩條還多，單耗由0.468 kgce下降為0.219 kgce，下降將近50％，窯爐的熱效率由19.01％提高到40.65％，提高了一倍多。所以在一定范圍內(nèi)，窯越寬越好；窯越寬，節(jié)能率越高，故只要能很好地解決斷面溫差的問題，寬體窯是發(fā)展的方向。

2.3窯爐長度

當(dāng)窯內(nèi)寬和內(nèi)高一定的情況下，隨著窯長的增加，單位制品的熱耗和窯頭煙氣帶走的熱量均有所減少。如：當(dāng)輥道窯的窯長由50 m增加到100 m時，單位制品熱耗降低1%，窯頭熱煙氣帶走熱量減少13.9%。輥道窯長度低于100 m，產(chǎn)量5000 m2左右，長度超過100 m產(chǎn)量可達(dá)10000 m2，長200～300 m，產(chǎn)量可達(dá)20000 m2，長300 m以上，產(chǎn)量可達(dá)25000～30000 m2，故早期的窯爐均為幾十米長，現(xiàn)在的輥道窯最長達(dá)450 m，隧道窯長140 m以上。因此，應(yīng)重點研究和優(yōu)化窯爐結(jié)構(gòu)，減少能耗，并逐步縮小窯內(nèi)各斷面的溫差，加快燒成周期，以達(dá)到節(jié)能、實現(xiàn)低碳的目的。

2.4平頂和拱頂

早期輥道窯多數(shù)采用平頂?shù)醮u方式，施工方便、氣流流動順暢。氣流的流動靠布置一定的擋火墻及閘板以改變氣流的流動及氣流的攪拌，由于窯通道矮，一般為30~50 cm，故氣體流動阻力大。特別在燒成帶，通道不高，降低熱輻射層厚度，因在高溫段的傳熱方式以輻射傳熱為主，約占總傳熱中80%左右，故無法發(fā)揮輻射傳熱的優(yōu)點。實踐經(jīng)驗證明，寬窯的高溫段采用拱頂結(jié)構(gòu)，可增加輻射層厚度，大大地有利輻射傳熱，拱頂結(jié)構(gòu)的傳熱有利于燒成帶溫差的減小，而在低溫段采用平頂結(jié)構(gòu)，有利于低溫段溫度的均勻，特別是把這兩種窯頂結(jié)構(gòu)相結(jié)合，更有利于窯內(nèi)氣流的攪拌和溫度的均勻，減少窯內(nèi)溫差。

2.5加強窯體的密封和窯壓的控制

窯體的密封可減小窯內(nèi)熱氣體的外流和冷氣體的滲入，既有利于減小窯內(nèi)溫差的形成，又有利于節(jié)能、穩(wěn)定窯內(nèi)壓力分布，特別有利于氣氛燒成。潮州興業(yè)陶瓷有限公司成功地把輥道窯應(yīng)用于日用陶瓷的還原氣氛燒成，其關(guān)鍵便是窯的密封及不同窯段窯壓的控制。

2.6窯車窯具的輕質(zhì)化

（1） 隧道窯窯車熱損失占總能耗的10%～15% ，較好的隧道窯低蓄熱窯車只有傳統(tǒng)窯車重量的1/3，蓄熱量的2/7，節(jié)能量可達(dá)17%。

（2） 燒日用瓷隧道窯，窯具質(zhì)量是產(chǎn)品的2倍以上，最多達(dá)5.4倍。

（3） 燒外墻磚墊板由10.5 mm厚改為7.3 mm（最薄為6.5 mm），每塊重由4 kg減為2.3 kg，節(jié)能18.7％。

（4） 某廠把輥道窯輥棒及間距改為小輥間距省去墊板承燒，節(jié)能可達(dá)60％。故在燒衛(wèi)生瓷、日用瓷、工藝美術(shù)瓷等可以把多條梭式窯改為隧道窯或輥道窯燒成，而且可以大大地節(jié)約能耗。

2.7窯型的選擇很關(guān)鍵

潮州興業(yè)陶瓷利用輥道窯進(jìn)行日用瓷的快速高溫還原燒成，節(jié)能顯著，單耗0.294 tce／t瓷，窯爐熱效率達(dá)68.8％。是隧道窯燒成熱耗1.71 tce／t瓷的1／6。

3 燒成技木的創(chuàng)新

3.1采用低溫快燒技術(shù)

在陶瓷生產(chǎn)中，燒成溫度越低，能耗就越低。據(jù)熱平衡計算，若燒成溫度降低100 ℃，則單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上，且燒成時間縮短10%，產(chǎn)量增加10%，熱耗降低4%。因此，應(yīng)用低溫快燒技術(shù)，不但可以增加產(chǎn)量，節(jié)約能耗，而且還可以降低成本，實現(xiàn)低碳目標(biāo)。如佛山某企業(yè)和華南理工大學(xué)合作，采用超低溫配方燒成，將現(xiàn)有的建筑陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度降低約200 ℃，達(dá)到1000 ℃以下燒成，單位制品的能耗降低25%，每公斤瓷能耗為3～5 MJ，僅為普通燒成技術(shù)的75%左右，大大降低了生產(chǎn)成本。潮州把衛(wèi)生潔具燒成溫度由1280 ℃降低到1200 ℃，節(jié)能達(dá)15％，生產(chǎn)成本下降5％。

3.2一次燒成技術(shù)

采用一次燒成技術(shù)比一次半燒成(900 ℃左右低溫素?zé)?，再高溫釉?和兩次燒成更節(jié)能，綜合效果更佳。同時，可以解決制品的后期龜裂，延長制品的使用壽命，制品的合格率也大大提高。如廣東某建筑陶瓷企業(yè)自從實現(xiàn)一次燒成后，燒成的綜合燃耗和電耗都下降30%以上，鷹牌陶瓷把二次燒成的微晶玻璃復(fù)合板改為一次燒成，節(jié)能率達(dá)43％，大大節(jié)約了設(shè)備和其它設(shè)施的投資，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3采用裸裝明焰燒成技術(shù)

目前我國陶瓷窯爐燒成方式主要有：缽裝明焰、裸裝隔焰和裸裝明焰。其燒成方式各有特點。日用瓷、工藝美術(shù)瓷、衛(wèi)生潔具等在隧道窯、輥道窯內(nèi)的燒成均采用裸裝明燒，相對于匣缽裝燒可以大大減少燒成的能耗。

3.4采用玻璃制備工藝制備玻璃陶瓷

潮州三元陶瓷等企業(yè)應(yīng)用玻璃熔制工藝生產(chǎn)玻璃陶瓷，取消了礦物燃料，沒有有害廢氣排出污染環(huán)境，采用電加熱熔制，熔爐為六角形，分三層，每層三組鉬電極，對角通電加熱熔煉，采用連續(xù)加料并增加配合料層厚度，盡量降低料面層溫度，既有利于各揮發(fā)性氣體或物質(zhì)冷凝并貯存在配合料中，不易揮發(fā)污染環(huán)境及保證加配合料成分的穩(wěn)定，又可保護(hù)熱量的外逸耗散，減少氟化物和熱量的散發(fā)，節(jié)約原料和能源，降低了生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。生產(chǎn)工藝與周期比普通日用陶瓷可縮減80％，可節(jié)省燃料70％以上。

3.5采用潔凈液體和氣體燃料

采用潔凈的液體、氣體燃料，不僅是裸裝明焰快速燒成的保證，而且可以提高陶瓷的燒成質(zhì)量，大大節(jié)約能源，更重要的是可以減少對環(huán)境的污染。采用潔凈氣體作為燃料，節(jié)能降耗明顯。

3.6采用可替代的低價燃料

在單位產(chǎn)品燃料費用中，燒煤高達(dá)1.197元/kg產(chǎn)品；重油0.138元/kg產(chǎn)品；發(fā)生爐冷煤氣0.0997元/kg產(chǎn)品，因而應(yīng)在保證環(huán)保的前提下發(fā)展發(fā)生爐冷煤氣。其不僅價格低廉，而且燃燒效率高，燃料消耗低，但由于水煤氣中含氮量高，熱值較低，燃燒時產(chǎn)生廢氣量較大，引起排煙熱損失大。

值得注意的是，近幾年發(fā)展迅速的二甲醚（DME），其是以煤為原料生產(chǎn)的一種新型潔凈能源，特點主要體現(xiàn)在燃燒性能好、熱效率高；燃燒過程中無殘液、無黑煙；成本低、節(jié)能顯著等優(yōu)勢，以及具備比液化石油氣（LPG）更多的優(yōu)點，取代液化石油氣作為民用及工業(yè)用燃料已成可能。我們在日用陶瓷燒成中進(jìn)行實驗，結(jié)果可以節(jié)能12%左右。云南省已在某些瓷區(qū)推廣使用DME。

3.7采用先進(jìn)的燃燒設(shè)備

采用高速燒嘴提高氣體流速，是強化氣體與制品之間傳熱的有效措施，一般可比傳統(tǒng)燒嘴節(jié)約燃料25%～30%。

目前，高速燒嘴朝著高效節(jié)能低污染發(fā)展，如高效節(jié)能環(huán)保型蓄熱式燒嘴，其可以節(jié)約燃料20%～40%，減少廢氣的排放溫度和減少廢氣的大量排放，達(dá)到節(jié)能高效低污染效果。

預(yù)混式二次燃燒器空氣過剩系數(shù)控制在1.05~1.2，節(jié)能率達(dá)9.8%，已列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣項目。

3.8微波輔助氣體燒成技術(shù)

微波輔助氣體燒成技術(shù)(MAGF)是一種較實用、合理的燒成方法。微波被用來加熱制品，使制品從內(nèi)到外快速升溫，燃?xì)猱a(chǎn)生輻射熱源，使坯體表面升溫，防止表面熱損失而使溫度偏低，減少制品中不均勻性溫度分布的產(chǎn)生。采用微波輔助氣體燒成技術(shù)，制品的熱應(yīng)力和非均質(zhì)性比普通工藝要低得多，溫度分布均勻，而且由于坯體內(nèi)外溫差小，可快速燒成，故能耗低。據(jù)資料報道，采用MAGF技術(shù)燒成可增產(chǎn)4倍，節(jié)能70%以上，能源成本下降40%，有害物質(zhì)的揮發(fā)量大大減少，而且由于燒成中的熱應(yīng)力小，產(chǎn)品的機械性能亦有所改善。

3.9富氧燃燒技術(shù)

針對陶瓷燒成的燃燒技術(shù)，一般認(rèn)為，助燃空氣中的氧氣含量大于21%所采取的燃燒技術(shù)，簡稱為富氧燃燒技術(shù)。燃料在富氧狀態(tài)下能降低燃點溫度，且使燃燒速度加快，燃燒完全，從而提高了火焰強度，獲得較好的熱傳導(dǎo)。由于采用富氧燃燒技術(shù)，燃燒相對完全，火焰長度相對縮短，火焰上部溫度降低，減輕了窯爐、蓄熱室的熱負(fù)荷，即減輕了對其的侵蝕，窯爐壽命相應(yīng)延長。采用富氧空氣后可以適當(dāng)減少二次助燃風(fēng)量，從而減少了廢氣排放量，也就減少了廢氣帶走的熱量，提高了熱效率，達(dá)到節(jié)能的目的，進(jìn)而達(dá)到減少二氧化碳的排放達(dá)到低碳目標(biāo)。

我們利用梭式窯進(jìn)行富氧燃燒實驗，節(jié)能率達(dá)21％，和番禺忠信世紀(jì)玻纖有限公司合作在玻纖池窯上應(yīng)用全氧燃燒，節(jié)能率達(dá)30％以上。

3.10高溫空氣燃燒技術(shù)

HTAC技術(shù)，即高溫空氣燃燒技術(shù)，是一種將回收煙氣余熱與高效燃燒、降低NOX排放等技術(shù)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)余熱極限回收和極限降低NOX排放量的燃燒技術(shù)，在陶瓷行業(yè)也得到較快的發(fā)展。在陶瓷窯爐上采用高溫空氣燃燒技術(shù)，可以擴展火焰燃燒區(qū)域，使?fàn)t膛內(nèi)溫度均勻，從而爐膛的平均溫度增加，加強了爐內(nèi)傳熱，導(dǎo)致在同樣長度的爐子上其產(chǎn)品的產(chǎn)量可以提20%以上；由于燃燒過程在爐膛空間內(nèi)才開始出現(xiàn)，降低了燃燒噪音，同時加熱了助燃空氣，使得煙氣中NOX量大大減少。使用高溫空氣燃燒技術(shù)，能夠平均節(jié)能達(dá)25%以上，燃料節(jié)約率可達(dá)50%～60%，具有顯著的經(jīng)濟效益。

我們在梭式窯上，用蜂窩多孔陶瓷做成換熱器，節(jié)能率達(dá)26%左右。

4 余熱回收利用技術(shù)

采用先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，降低陶瓷窯爐排煙熱損失是實現(xiàn)工業(yè)窯爐節(jié)能的主要途徑。當(dāng)前國內(nèi)外煙氣余熱利用主要用于干燥、烘干制品和生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)。采用換熱器回收煙氣余熱來預(yù)熱助燃空氣和燃料，具有降低排煙熱損失、節(jié)約燃料和提高燃料燃燒效率、改善爐內(nèi)熱工過程的雙重效果。一般認(rèn)為:空氣預(yù)熱溫度每提高100℃，即可節(jié)約燃料5%。

（1） 在換熱器中用煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣

煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣在日用瓷、衛(wèi)生瓷、工藝美術(shù)瓷都可應(yīng)用，窯頭廢煙氣熱交換結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

利用煙囪排放的廢熱氣循環(huán)進(jìn)入熱交換器進(jìn)行熱交換處理，干凈并被加熱的空氣作為預(yù)熱帶的熱氣幕或助燃風(fēng)，部分作為干燥窯熱風(fēng)，廢煙氣中的廢物和水份在熱交換器中因為溫度降低而沉積被消化，使煙囪的廢熱氣溫度降低排量減少。

（2） 設(shè)置預(yù)熱段或輥道干燥窯，用煙氣余熱干燥濕坯：建筑陶瓷常用。

（3） 設(shè)置余熱鍋爐，用煙氣余熱生產(chǎn)蒸汽；電瓷、日用瓷、美術(shù)瓷。

（4） 加熱空氣作為烘干坯件的熱源：日用瓷、美術(shù)瓷、衛(wèi)生瓷。

1）日用陶瓷輥道窯中應(yīng)用

日用陶瓷輥道窯冷卻帶采用平頂結(jié)構(gòu)，窯體尾部在740℃的階段之后，鋪滿無縫不銹鋼管，在管內(nèi)鼓入冷空氣，通過不銹鋼管壁的熱交換，吸收窯尾熱氣，被加熱后的熱風(fēng)分三條管路輸送至坯體烘干線，用以烘干進(jìn)窯前的陶瓷濕坯體。

2） 衛(wèi)生陶瓷燒成中應(yīng)用

衛(wèi)生陶瓷燒成中，在冷卻帶結(jié)構(gòu)處理方面，除了采取延長冷卻段比例外，還在冷卻帶的窯體內(nèi)層墻和內(nèi)層頂部采用耐熱金屬波紋板，將窯爐內(nèi)腔和窯車制品隔離，形成馬福式窯墻（如圖2所示），由于截面大、且車速快，從燒成段帶入冷卻段的熱量大，若得不到很好冷卻，會造成出窯產(chǎn)品溫度過高易產(chǎn)生產(chǎn)品風(fēng)裂，如果冷卻得太快，即鼓冷風(fēng)量太大，不符合燒成產(chǎn)品的冷卻曲線要求，則會產(chǎn)生炸裂等缺陷。所以，一方面需延長冷卻帶長度，即延長了降溫周期，另一方面，要盡量減少鼓入的冷風(fēng)對燒成產(chǎn)品的影響，故在冷卻段相當(dāng)一部分長度采用耐熱波紋板做成的內(nèi)金屬墻的馬福壁板，把燒成的產(chǎn)品連窯車一起包封起耒，波紋板和窯內(nèi)壁形成一空腔，冷卻風(fēng)在空腔內(nèi)流動，通過波紋板間接冷卻燒成后的制品，既提高了熱交換效率，加快了降溫速度，又有利于提高推車速度，減少冷卻風(fēng)對坯體的直接影響。

（5） 利用煙氣余熱發(fā)電和供暖：電瓷、衛(wèi)生瓷

（6） 利用冷卻帶余熱作為噴霧塔干燥熱源可取代原有的熱風(fēng)爐 ：建筑陶瓷

5 先進(jìn)的燃燒器是關(guān)鍵

噴嘴使用時的溫度控制容易出現(xiàn)偏差。由于高溫火焰流因浮力而上升，形成窯內(nèi)溫度上高下低，使熱電偶檢測到的溫度偏高，故造成熱電偶所連接的儀表顯示溫度與窯內(nèi)制品實際溫度發(fā)生很大的偏差。采用新型高速噴嘴或脈沖燒成技術(shù)，可以使窯內(nèi)溫度變得均勻，減小了窯內(nèi)上下溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果。特別對于寬斷面的窯爐，采用脈沖比例燒嘴或高速燒嘴；對于燒成用水煤氣的寬斷面輥道窯，采用我們研制的二次預(yù)混式燒嘴，不但可以減小窯斷面溫差，而且可以節(jié)約能源10%左右。

6 選用高效的保溫材料和涂層技術(shù)

窯體熱損失主要分為蓄熱損失與散熱損失。對于間歇式窯爐來說兩者均存在，但連續(xù)式窯爐僅存在散熱損失。減少熱損失的主要措施是加強窯體的有效保溫。并且在保證窯墻外表溫度盡可能低的情況下，選用最合理最經(jīng)濟的材料以取得最薄的窯墻結(jié)構(gòu)。高性能保溫材料或絕熱材料在陶瓷窯爐上的應(yīng)用，將使陶瓷窯爐的窯墻結(jié)構(gòu)發(fā)生革命性的變化，不但可以減少窯墻的蓄散熱，而且可以大大地減薄窯壁的厚度，使窯壁的結(jié)構(gòu)簡單化。

采用納米保溫棉的導(dǎo)熱系數(shù)為0.036w／(m·k)，比常用的保溫棉0.15w／(m·k)小近3倍，窯墻可減薄75mm，窯爐外表溫度下降5℃，可達(dá)到1:4的效果。

另外，為了提高陶瓷纖維抗粉化能力，增加窯爐內(nèi)傳熱效率，節(jié)能降耗，可使用多功能涂層材料，如熱輻射涂料。在高溫階段，將其涂在窯內(nèi)壁的耐火材料上，材料的輻射率由0.7提高到0.96，可節(jié)能138.3MJ/h；而在低溫階段涂上該涂料后，窯內(nèi)壁輻射率從0.7提高到0.97，可節(jié)能19.0MJ/h。

7 計算機模擬和智能控制技術(shù)

通過計算機對陶瓷制品的燒成過程進(jìn)行模擬，可以對窯爐結(jié)構(gòu)，燒嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。利用計算機對在不同燒成制度、窯爐保溫性能等條件下的窯內(nèi)傳熱過程情況進(jìn)行模擬，可以找出它們對窯內(nèi)傳熱過程影響的定量關(guān)系。加強對陶瓷燒成過程的精確控制，利用智能模糊控制及計算機一體化控制技術(shù)做到有的放矢，可以大大提高生產(chǎn)效率，減少能源的消耗和浪費，而且可以達(dá)到控制有害氣體排放的目的。 在陶瓷窯爐中采用多變量模糊控制技術(shù)，為現(xiàn)場操作工人的操作起到了較好的指導(dǎo)作用，同時為生產(chǎn)車間的管理提供了科學(xué)的手段，大大加強了車間生產(chǎn)管理水平，還能夠降低窯爐的燃料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益。按生產(chǎn)實踐證明，理想的控制系統(tǒng)可以節(jié)能5%～10%。

8 其他節(jié)能低碳技術(shù)

8.1陶瓷薄型化

陶瓷的簿型化，除了瓷磚外，也包括日用瓷、衛(wèi)生陶瓷和電瓷等。目前市面上的大規(guī)格陶瓷磚厚度一般都在10 mm以上，大規(guī)格瓷片也在10 mm左右，而大規(guī)格拋光磚厚度則超過14 mm，“磚王”甚至厚達(dá)25 mm。如果瓷磚厚度由10 mm降到8 mm，按目前我國墻地磚90億m2年產(chǎn)量計算，瓷磚減薄了20％，則每年可節(jié)約原料3600～6000萬t，同時每年的綜合能耗可減少約1530頓標(biāo)準(zhǔn)煤，經(jīng)濟效益和社會效益都非?？捎^，瓷磚的薄型化將成為行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。蒙娜麗莎是國內(nèi)陶瓷薄板的先行者，一經(jīng)推出，就在行業(yè)內(nèi)引發(fā)了一場節(jié)能減排的風(fēng)暴；超薄板磚一般規(guī)格為1000 mm×3000 mm，厚度3～6 mm，比傳統(tǒng)的陶瓷磚每平方米節(jié)約原料30%~60%，節(jié)約用水63%，節(jié)約用電26%，減少污染物排放70%以上。

8.2陶瓷廢料的資源化應(yīng)用

瓷磚的減輕不僅可以通過減薄來實現(xiàn)，還可以通過改變瓷磚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。目前輕質(zhì)磚是采用陶瓷生產(chǎn)廢料為主要原料，通過加入特殊的發(fā)泡材料，在高溫下燒制而成的一種具有陶瓷性能、比重小的功能性新型保溫裝飾材料。輕質(zhì)新型建材與同類產(chǎn)品相比，單位面積建筑陶瓷材料用量降低50％以上，節(jié)約60％以上的原料資源，降低綜合能耗50％以上，主要性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可廣泛運用。2009年以來陸續(xù)面市的輕質(zhì)磚包括歐神諾的輕質(zhì)磚、晶立方及蒙娜麗莎的QQ板等產(chǎn)品，在拋光磚的廢渣循環(huán)利用上取得了突破。

梅州某陶瓷企業(yè)用廢瓷和低品位原種制備青花瓷，廢料利用率20%~30％，燒成溫度降低50~80℃，節(jié)能15%~20％。潮州某企業(yè)利用30%~35％的廢瓷和尾礦制備衛(wèi)生陶瓷，燒成溫度1210℃，綜合節(jié)能10％，年節(jié)標(biāo)煤560 t，CO2減少排放20％，年減少排放1250 tCO2，年處理工業(yè)廢料17500 t，廢料15000 t，尾礦2500 t。窯爐熱效率48.57％，余熱利用率39.29％，燒成工序能耗162.8kgce／t瓷。

佛山摩德娜科技有限公司利用工業(yè)固廢及陶瓷廢料作原料，用濕法擠出成型技術(shù)制備陶板，與傳統(tǒng)半干壓成型方法相比較，可節(jié)約用水50％，節(jié)省燃料25％，節(jié)電18％，固廢排放可減少20％，固廢利用率可達(dá)50％。

9 因紅外熱成像測試熱工設(shè)備外表面溫度場

9.1窯墻外壁溫度的測試

輥道窯作為近三十年發(fā)展起來的新型快速連續(xù)式工業(yè)窯爐，目前已廣泛應(yīng)用于建筑陶瓷、日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中。為計算輥道窯墻體散熱，不僅需要知道各層耐火材料和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系，還要知道窯墻內(nèi)外壁面的溫度。而外壁面溫度值的獲取，一直是陶瓷熱工技術(shù)人員所面臨的一個難題。為此，選取某建筑陶瓷廠正常運行的輥道窯作為測試對象，嘗試使用先進(jìn)的紅外熱像儀對高溫區(qū)窯墻外表溫度進(jìn)行測試，不僅可以直觀的看到墻壁整體的溫度分布情況，還能獲得整體壁面的溫度平均值和所需的各點溫度值。圖3是輥道窯燒成帶輥棒上和輥棒下外墻表面溫度的熱像圖。

從圖3中可以看出，棍棒位置周圍是溫度最高區(qū)域，越靠近棍棒外表溫度就越高；而棍棒上整個區(qū)域的外表面平均溫度為86.8 ℃，輥棒下外表面為87.5 ℃。利用日本產(chǎn)DRKC THERMOMETER表面測溫儀（－50～999 ℃）進(jìn)行相關(guān)點的測溫，即從每個測試區(qū)域內(nèi)的不同位置選取了六個點進(jìn)行取點溫度測試，每個點的具體溫度見表1所示；輥棒上外墻表面六個點溫度的平均值為87.07 ℃，輥棒下外墻表面六個點的平均值為90.63 ℃。由此可以看出，通過測點溫度后取平均值所獲的溫度都要高于紅外熱像儀對整個平面溫度測試后由儀器通過數(shù)據(jù)處理后所取平均值。取點測試由于取點位置的不同以及取點數(shù)的多少都會對最后的測試結(jié)果有很大影響，如把測量點放在靠近輥棒端頭處，溫度可過300 ℃以上。而利用紅外熱像儀對整個表面溫度進(jìn)行掃描后取區(qū)域的平均值，實際上是測試面積內(nèi)每個光點溫度的平均值，不僅測試結(jié)果更精準(zhǔn)，還可以同時獲得整個外墻表面溫度分布的直觀熱像圖。

另外，從熱像圖中可以清楚地看出，在每一根棍棒的周邊形成一個圓環(huán)，在圓環(huán)處的溫度特別高，有的點高達(dá)400～600 ℃。這是因為棍棒不斷轉(zhuǎn)動，使填塞在棍棒與棍棒磚之間的保溫棉間形成縫隙，由于窯內(nèi)為微正壓，火焰便從縫隙中往外露—即所謂的漏熱現(xiàn)象。故加強此處保溫棉的填塞和維護(hù)是關(guān)鍵。

表1是圖3中熱像圖中測試區(qū)域在不同位置選取的六個點的溫度及其平均值，另外表格的最后一欄為紅外熱像儀對整個測試區(qū)域面所測試的平均溫度值，其值都低于取點測試取平均溫度值。

圖4是輥道窯燒成帶某一段區(qū)域包括輥上和輥下外側(cè)墻的溫度分布熱像圖。從圖中可以看出，窯墻外壁中間靠近棍棒位置的溫度最高，越往輥上、輥下兩側(cè)溫度越低。同樣由表1可知，其整個表面的平均溫度為67.8 ℃，不僅比取點測試后的平均溫度70.13 ℃要低，而且比單獨測試輥上外表面或者輥下外表面的平均溫度值要低得多，更接近實際窯墻外表溫度值。

由上述結(jié)果分析可得，采用先進(jìn)的紅外熱像儀來測試輥道窯外墻表面溫度，不僅可以獲得整個外墻表面的熱像圖，可以直觀的看到整個的溫度分布情況；還可以獲得整個區(qū)域的面平均溫度值以及所需要的各點溫度值，為研究輥道窯保溫以及其他陶瓷窯爐高溫區(qū)域外墻表面溫度分布情況及窯墻材料選擇優(yōu)劣提供一種更直觀、更精確的方法。

9.2輥道窯用管道外表溫度測試

我國陶瓷窯爐的余熱利用率都比較低，在30～40%之間，與國外先進(jìn)窯爐有一定的差距。目前我國陶瓷窯爐余熱的利用大部分都是用于生坯的干燥，其余多余的熱煙氣都是直接排出窯外，且煙氣的溫度普遍較高，造成大量能源的浪費。為實現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排工作，需要盡量降低排煙溫度，同時對余熱管道做好保溫措施。為此，采用紅外熱像儀對燒成墻地磚輥道窯的余熱風(fēng)機及其管道進(jìn)行測試，為提高窯爐余熱利用提供一種新的研究方法。

圖5是輥道窯抽熱風(fēng)機及其管道紅外熱像圖。從圖5（a）中可以看出，在排煙管煙道閘板上下兩段溫度明顯不同，上側(cè)表面A的點溫度大于275 ℃，而下側(cè)表面B溫度為121.8 ℃。下側(cè)及其他支管表面溫度都較低，是因為在管道外側(cè)周圍增加了一層保溫層，但可以看到外側(cè)溫度仍然較高，因此其管道保溫效果還可以進(jìn)一步地提高。另外，排煙管道外側(cè)表面溫度已達(dá)275 ℃，說明其排煙溫度可能達(dá)300 ℃，造成大量熱能的浪費。從圖5（b）抽熱風(fēng)管熱像圖可以看出，支管溫度要高于總管溫度，且總管溫度上下兩側(cè)溫度也有差異，靠近支管的外表C的溫度為136.9 ℃，而總管頂部外表D溫度為90 ℃。因此在設(shè)計管道時支管和總管可以使用不同的材質(zhì)或者根據(jù)管道位置不同溫度差異采用相應(yīng)的保溫措施，減少熱量在管道中的散熱損失。另外，由窯尾往抽熱風(fēng)機方向管道的溫度是逐漸升高的，這也符合窯爐冷卻帶溫度逐漸降低的規(guī)律。

10 結(jié)語

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能技術(shù)的實施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和窯爐技術(shù)革新，都可以實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟發(fā)揮舉足輕重的作用。

參考文獻(xiàn)

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[11] 郭俊平,曾令可.大截面日用陶瓷隧道窯的節(jié)能分析[D].中國

陶瓷科技發(fā)展大會暨中國硅酸鹽學(xué)會陶瓷分會學(xué)術(shù)年會論

集，2013.10.

9.2輥道窯用管道外表溫度測試

我國陶瓷窯爐的余熱利用率都比較低，在30～40%之間，與國外先進(jìn)窯爐有一定的差距。目前我國陶瓷窯爐余熱的利用大部分都是用于生坯的干燥，其余多余的熱煙氣都是直接排出窯外，且煙氣的溫度普遍較高，造成大量能源的浪費。為實現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排工作，需要盡量降低排煙溫度，同時對余熱管道做好保溫措施。為此，采用紅外熱像儀對燒成墻地磚輥道窯的余熱風(fēng)機及其管道進(jìn)行測試，為提高窯爐余熱利用提供一種新的研究方法。

圖5是輥道窯抽熱風(fēng)機及其管道紅外熱像圖。從圖5（a）中可以看出，在排煙管煙道閘板上下兩段溫度明顯不同，上側(cè)表面A的點溫度大于275 ℃，而下側(cè)表面B溫度為121.8 ℃。下側(cè)及其他支管表面溫度都較低，是因為在管道外側(cè)周圍增加了一層保溫層，但可以看到外側(cè)溫度仍然較高，因此其管道保溫效果還可以進(jìn)一步地提高。另外，排煙管道外側(cè)表面溫度已達(dá)275 ℃，說明其排煙溫度可能達(dá)300 ℃，造成大量熱能的浪費。從圖5（b）抽熱風(fēng)管熱像圖可以看出，支管溫度要高于總管溫度，且總管溫度上下兩側(cè)溫度也有差異，靠近支管的外表C的溫度為136.9 ℃，而總管頂部外表D溫度為90 ℃。因此在設(shè)計管道時支管和總管可以使用不同的材質(zhì)或者根據(jù)管道位置不同溫度差異采用相應(yīng)的保溫措施，減少熱量在管道中的散熱損失。另外，由窯尾往抽熱風(fēng)機方向管道的溫度是逐漸升高的，這也符合窯爐冷卻帶溫度逐漸降低的規(guī)律。

10 結(jié)語

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能技術(shù)的實施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和窯爐技術(shù)革新，都可以實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟發(fā)揮舉足輕重的作用。

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9.2輥道窯用管道外表溫度測試

我國陶瓷窯爐的余熱利用率都比較低，在30～40%之間，與國外先進(jìn)窯爐有一定的差距。目前我國陶瓷窯爐余熱的利用大部分都是用于生坯的干燥，其余多余的熱煙氣都是直接排出窯外，且煙氣的溫度普遍較高，造成大量能源的浪費。為實現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排工作，需要盡量降低排煙溫度，同時對余熱管道做好保溫措施。為此，采用紅外熱像儀對燒成墻地磚輥道窯的余熱風(fēng)機及其管道進(jìn)行測試，為提高窯爐余熱利用提供一種新的研究方法。

圖5是輥道窯抽熱風(fēng)機及其管道紅外熱像圖。從圖5（a）中可以看出，在排煙管煙道閘板上下兩段溫度明顯不同，上側(cè)表面A的點溫度大于275 ℃，而下側(cè)表面B溫度為121.8 ℃。下側(cè)及其他支管表面溫度都較低，是因為在管道外側(cè)周圍增加了一層保溫層，但可以看到外側(cè)溫度仍然較高，因此其管道保溫效果還可以進(jìn)一步地提高。另外，排煙管道外側(cè)表面溫度已達(dá)275 ℃，說明其排煙溫度可能達(dá)300 ℃，造成大量熱能的浪費。從圖5（b）抽熱風(fēng)管熱像圖可以看出，支管溫度要高于總管溫度，且總管溫度上下兩側(cè)溫度也有差異，靠近支管的外表C的溫度為136.9 ℃，而總管頂部外表D溫度為90 ℃。因此在設(shè)計管道時支管和總管可以使用不同的材質(zhì)或者根據(jù)管道位置不同溫度差異采用相應(yīng)的保溫措施，減少熱量在管道中的散熱損失。另外，由窯尾往抽熱風(fēng)機方向管道的溫度是逐漸升高的，這也符合窯爐冷卻帶溫度逐漸降低的規(guī)律。

10 結(jié)語

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能技術(shù)的實施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和窯爐技術(shù)革新，都可以實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟發(fā)揮舉足輕重的作用。

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28(2):26-29.

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術(shù)[D].中國陶瓷科技發(fā)展大會暨中國硅酸鹽學(xué)會陶瓷分會學(xué)

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