陶瓷原料生產(chǎn)節(jié)能新技術(shù)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(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%。這意味著節(jié)能降耗工作將繼續(xù)進(jìn)行下去。建筑陶瓷是佛山的主要產(chǎn)業(yè)之一，品牌、規(guī)模和技術(shù)工藝在全國處于領(lǐng)先地位，在我市一百多家國家萬家用能企業(yè)中，陶瓷企業(yè)能源消耗總量占36%，而生產(chǎn)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(jié)能潛力，對全面完成“十三五”節(jié)能目標(biāo)有重要意義。本文通過對多家陶瓷生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研，對一些正在實施的節(jié)能新技術(shù)進(jìn)行分析評估，對“立磨預(yù)粉磨+連續(xù)球磨技術(shù)”、“干法制粉技術(shù)”等可應(yīng)用于原料加工工序的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析，供同行業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：陶瓷原料；節(jié)能新技術(shù)；干法制粉；連續(xù)球磨技術(shù)

1 引言

佛山是建筑陶瓷主產(chǎn)區(qū)，集中了新明珠、蒙娜麗莎、歐神諾等著名品牌企業(yè)以及科達(dá)機(jī)電、摩德娜、中窯公司等陶瓷裝備龍頭企業(yè)，使佛山市的建筑陶瓷企業(yè)無論在品牌、品種、工藝、技術(shù)裝備和管理都處于全國領(lǐng)先水平。經(jīng)過近十年的努力，佛山建陶業(yè)實施了變頻改造、余熱利用等多項節(jié)能效果明顯的措施，產(chǎn)品能耗明顯下降。

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

本文通過對多家陶瓷生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研，對一些正在實施的節(jié)能新技術(shù)進(jìn)行分析評估，對“立磨預(yù)粉磨+連續(xù)球磨技術(shù)”、“干法制粉技術(shù)”等可應(yīng)用于原料加工工序的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析，供同行參考。

2 能源結(jié)構(gòu)與工序能耗情況

據(jù)2014年統(tǒng)計資料，列入我市重點用能企業(yè)監(jiān)管名單共194家，能源消費總量714.12萬噸標(biāo)煤（tce，下同），其中陶瓷企業(yè)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(yè)陶瓷行業(yè)綜合能耗變化，從圖1可以看出，我市陶瓷生產(chǎn)企業(yè)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(chǎn)能轉(zhuǎn)移至外地；

2） 市場需求減緩；

3） 產(chǎn)品向精細(xì)化、高檔化發(fā)展，燒成速度減慢，總能耗有所下降；

4） 廣泛應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，單位產(chǎn)品能耗逐年下降。

2.1 陶瓷企業(yè)能源結(jié)構(gòu)

2.1.1陶瓷企業(yè)能源消耗量

對佛山市六家較大型建筑陶瓷企業(yè)2014年能源消費狀況進(jìn)行分析，按能源品種進(jìn)行分類，生產(chǎn)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(yè)各工序能源消耗量

根據(jù)五家建筑陶瓷企業(yè)的測試數(shù)據(jù)，在某生產(chǎn)周期內(nèi)各工序能耗數(shù)據(jù)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(yè)總能耗約30.35%，其中電耗占31.12%。

2.2 原料加工節(jié)能新技術(shù)

2.2.1立式磨與連續(xù)球磨工藝

傳統(tǒng)的球磨工藝為間歇式生產(chǎn)，物料在粉磨過程中不可避免地會出現(xiàn)“過度粉碎”現(xiàn)象，已達(dá)到了細(xì)度要求的物料不及時排出，仍然在機(jī)內(nèi)繼續(xù)球磨消耗能量，使粉碎機(jī)生產(chǎn)能力降低，能耗增加。

連續(xù)球磨工藝是通過把傳統(tǒng)的間歇式陶瓷原料研磨工藝，改進(jìn)為連續(xù)式的球磨工藝。用較少的設(shè)備、人工和占地，達(dá)到持續(xù)不斷地生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)量，降低原料制造成本。

立式磨機(jī)是利用磨機(jī)的渦輪與反擊機(jī)構(gòu)把物料帶起并高速運轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，向磨機(jī)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(chǎn)生無數(shù)的裂紋并不斷擴(kuò)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(yù)粉磨與連續(xù)球磨機(jī)在陶瓷原料粉磨中的聯(lián)合應(yīng)用，是針對目前傳統(tǒng)單一球磨加工工藝的二段粉磨技術(shù)，是今后陶瓷原料加工發(fā)展方向。其將砂石料經(jīng)立式預(yù)粉磨機(jī)進(jìn)行粉磨處理后，再進(jìn)行篩分，合格粉料送入下工序的連續(xù)球磨機(jī)進(jìn)行研磨，不合格粉料回磨。其他泥料經(jīng)破碎、化漿、分離，合格漿料送入連續(xù)球磨機(jī)進(jìn)行混合研磨。此工藝避免大的物料在球磨機(jī)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(yù)粉磨+連線球磨技術(shù)”改造量大，工藝調(diào)整內(nèi)容多，有較大的技術(shù)難度，部分企業(yè)會采取過渡方案，即：“立式磨機(jī)+傳統(tǒng)球磨機(jī)”組合方案，采用立式磨機(jī)分類粉碎，后段用傳統(tǒng)方法球磨，工藝流程如圖2所示。

2.2.2干法制粉技術(shù)

濕法制粉是墻地磚生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，原料加水細(xì)磨成含水量為40%左右的泥漿，泥漿過篩后經(jīng)液壓柱塞泵送入噴霧干燥器造粒，造粒后經(jīng)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(xì)磨，細(xì)磨后篩余料返回細(xì)磨工序，符合粒度要求的篩下料經(jīng)增濕造粒機(jī)增濕造粒成含水量約10%～12%的陶瓷粉料顆粒，再經(jīng)干燥及振動篩分后，篩上料經(jīng)微破碎后再次進(jìn)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(guān)鍵技術(shù)：陶瓷原材料預(yù)均化處理，粉磨與分選，干法造粒，成套的、連續(xù)的干法制粉裝備達(dá)到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模并實現(xiàn)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(jié)能潛力計算

3.1 立式磨與連續(xù)球磨工藝節(jié)能潛力

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

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

萬tce。

“立式磨機(jī)+傳統(tǒng)球磨機(jī)”組合，球磨機(jī)漿料粉磨時間可縮短40%～45%，節(jié)能40%。預(yù)計到“十三五”末期50%陶瓷企業(yè)應(yīng)用此技術(shù)。

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

球磨系統(tǒng)改造合計節(jié)能量：0.56+1.12=1.68萬tce。

3.2 干法制粉技術(shù)節(jié)能潛力

干法制粉是一個系統(tǒng)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(shù)日漸成熟，預(yù)計到“十三五”末將有20%建筑陶瓷企業(yè)采用干法制粉工藝。

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

3.3 節(jié)能潛力匯總

連續(xù)球磨技術(shù)與干法制粉兩種工藝的節(jié)能潛力匯總?cè)绫?所示。

3.3.1新技術(shù)節(jié)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(shù)節(jié)能潛力：8.10萬tce；

節(jié)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(jié)能潛力的因素

本文提出的兩個項目，按預(yù)測在“十三五”產(chǎn)生的節(jié)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(xù)球磨技術(shù)成熟度高，在礦石加工、水泥生產(chǎn)等行業(yè)已廣泛應(yīng)用，容易實施。而干法制粉因成球機(jī)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(yè)有改進(jìn)制粉工藝的需求，但企業(yè)自身研發(fā)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(yè)內(nèi)未能集中力量攻關(guān)。

如果干法制粉工藝應(yīng)用面提高至40%，兩個項目節(jié)能量將達(dá)到14.52萬tce，節(jié)能量比例提高至18.32%。

4 結(jié)語

“十一五”、“十二五”期間應(yīng)用于建筑陶瓷企業(yè)原料加工過程的節(jié)能技術(shù)主要有電機(jī)變頻、降低漿液水分、余熱回收等，原工藝下的節(jié)能潛力已達(dá)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(xù)球磨，提高生產(chǎn)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(jié)能降耗產(chǎn)生深遠(yuǎn)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