風(fēng)火窯燒制過程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

張雪峰 宮小龍 馮青

摘 要：文本對(duì)景德鎮(zhèn)古窯民俗博覽區(qū)的風(fēng)火窯以松柴為燃料燒制過程中所用到的柴量進(jìn)行了記載，同時(shí)每隔10分鐘對(duì)窯內(nèi)匣缽不同方位上中下溫度進(jìn)行測(cè)量；每上升100℃對(duì)窯內(nèi)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)在有限時(shí)間段內(nèi)對(duì)煙囪里排出的煙氣成分通過煙氣分析儀進(jìn)行了分析研究，詳細(xì)掌握窯爐耗能過程后，最后對(duì)窯爐燒制過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合響應(yīng)國家的號(hào)召作出分析。

關(guān)鍵詞：燒制過程;窯內(nèi)溫度；煙氣成分;耗能過程

1 前言

人類不斷地學(xué)習(xí)，革新固有的思想，景德鎮(zhèn)的陶瓷窯爐在短短幾十年內(nèi)發(fā)生了舉世矚目的改變，從最初的柴窯到柴煤混燒窯、煤窯、煤改氣隧道窯、燃油隧道窯，再到清潔的液化氣窯。當(dāng)瓷廠的柴窯悄然熄滅時(shí)，主導(dǎo)中國陶瓷燒制1000多年的窯爐，柴窯徹底熄火，柴窯完全退出歷史舞臺(tái)。從唐宋元明清五個(gè)朝代到1996年瓷廠的柴窯結(jié)束，瓷都的柴窯火世代燃燒，燒了很長(zhǎng)的歲月，窯火終于熄滅。雖然松柴火窯的火已經(jīng)熄滅，但松柴火窯的火始終在景德鎮(zhèn)人民心中?，F(xiàn)在我們?cè)俅伍_啟松柴窯，再次點(diǎn)燃松柴窯的火。我們秉著承擔(dān)起發(fā)揚(yáng)柴窯文化、保護(hù)國家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)、弘揚(yáng)傳統(tǒng)燒瓷柴窯的責(zé)任。

松柴窯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求較高?，F(xiàn)在世界上能制造窯爐的大師很少。師傅要燒好一窯瓷器，需要幾十年的技巧。觀察火的走勢(shì)、測(cè)量溫度和控制大氣都是基于視覺、聽覺和經(jīng)驗(yàn)。如果他粗心，他可能會(huì)失去前面所做的所有工作。然而，正是由于柴窯燒瓷方法成本高、風(fēng)險(xiǎn)高，柴窯陶瓷才受到更多人的喜愛。松柴窯燒制的產(chǎn)品被視為珍品，在國際上享有很高的盛名。景德鎮(zhèn)風(fēng)火窯就屬于典型的松柴窯如圖1所示正在裝窯。燒制需滿足一滿二燒三熄火，即碼匣滿窯、投柴燒煉、適時(shí)熄火。這三步，相輔相成，步步關(guān)鍵。滿窯前需將瓷坯放入匣缽如圖2所示，隨后將匣缽送入窯內(nèi)，按一定規(guī)則堆疊碼放如圖3所示，這滿窯的奧秘，就在于對(duì)火路的通盤設(shè)計(jì)。火路，是指匣缽之間的縫隙，每排及每柱匣柱之間留有三指至一拳左右的間距，便于火焰穿行。匣柱間用碎匣片蘸匣缽泥作橫向支撐，形成兩兩支撐的穩(wěn)定系統(tǒng)，以防高溫下匣柱因重心不穩(wěn)而側(cè)向倒塌。滿窯時(shí)，每滿幾排匣柱后，需錯(cuò)位滿裝一排，使快速穿行的火焰產(chǎn)生湍流，避免匣柱單側(cè)受熱。滿窯完畢后，還需在窯頭架設(shè)臨時(shí)火床。火床架設(shè)完畢后，其上碼放一部分供點(diǎn)火用的窯柴，然后即可封砌窯門。窯門自下而上依次留有灰溜門、子門、投柴口和鑲嵌大器匣缽的窯眼，以備燒窯操作與看火之需。窯門封好后，用黃泥涂敷并填平縫隙。 即可點(diǎn)火燒窯。

2.風(fēng)火窯的結(jié)構(gòu)

風(fēng)火窯？又名錦窯。由于火焰從前向后平流而動(dòng)，又稱平焰窯。窯身全長(zhǎng)16.5～18m，寬（最寬）4.6～5m，高（最高）5.4m，窯底 （床） 前端低，后端略高，傾斜度為1°30′～3°。窯前正中設(shè)有高3m，寬0.6～0.7m的窯門，窯門內(nèi)有一個(gè)寬約1.1～1.2m，長(zhǎng)0.7～0.8m長(zhǎng)方形火坑，其火坑低于窯底1m左右。火坑上面是搭設(shè)臨時(shí)爐柵的位置?；鹂油笫歉G頭、大肚、窩里、小肚、從里到掛窯口、余堂（煙囪底部）。但窯底寬度一般大于窯身，而在“大肚區(qū)域，窯身則略大于窯底。其余部位都均衡收縮到掛窯口。煙囪在掛窯口及窯尾上方，煙囪高度等于窯的長(zhǎng)度約16.5～18m（窯底算起），煙囪上下截面都似蛋形，出口面積為1.75～2㎡。煙囪頂部呈鋼筆尖形，尖頭指向窯前，囪壁厚度8～8.5cm稱“薄壁”煙囪。

3 煙氣分析儀測(cè)煙氣

憑借煙氣分析儀檢測(cè)燃燒過程中高溫?zé)煔獾某煞郑莆崭G爐燃燒參數(shù)，通過對(duì)燃燒參數(shù)的綜合分析，燃燒參數(shù)有氧氣（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO 2 ）等，這些參數(shù)表征了窯爐燃燒狀況。一氧化碳（CO）的含量是燃料是否充分燃燒的關(guān)鍵參數(shù)，氧氣（O 2 ）的含量是參與燃燒的助燃氧氣輸入多少的直接反映。一般情況下，需要盡量少生成一氧化碳（CO），且盡量少地留下氧氣（殘氧），目的在于使窯爐燃燒趨近于理想燃燒區(qū)域，提高燃燒效率節(jié)能降耗、降低成本。一般而言，窯爐煙氣測(cè)量的環(huán)境十分苛刻，而煙氣分析儀的傳感器十分精密，一旦傳感器因煙氣濃度過量而過載，就會(huì)損壞煙氣分析儀傳感器。我們使用Tes340型煙氣分析儀[1]對(duì)公司的窯爐進(jìn)行了殘余氧、一氧化碳等測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

從檢測(cè)結(jié)果看，窯爐殘氧量較高，氧氣用量過剩。7月16日根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)窯爐燃燒參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，降低氧氣用量，將窯爐的氧燃比（氧氣與高溫?zé)煔獾谋戎担┫抡{(diào)0.1，檢測(cè)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。

調(diào)整窯爐氧燃比后，窯爐溫度顯著提高。通過燃燒曲線圖如圖4所示分析

（1）在右邊區(qū)域，過?？諝庠蕉?，則使燃料得到充分燃燒。從而生成的CO量就會(huì)變少，但過多過剩的空氣會(huì)帶走煙氣，造成過剩燃燒。

（2）在左邊區(qū)域，過?？諝庠缴?，可以減少過?？諝鈳ё叩臒崃?，但過少的過?？諝鈺?huì)導(dǎo)致燃燒不充分，導(dǎo)致生成CO的含量增多，造成不完全燃燒 。

（3）只有在 中間 的區(qū)域 內(nèi)，過剩 空氣 帶走 的熱損失與不完全燃燒造 成 的熱損 失之和達(dá) 到最小，稱為理想燃燒 區(qū)域 ，燃料與空氣比最符合燃燒。

通過提高氧燃比能很大程度提高燃燒效率，符合國家節(jié)能減排戰(zhàn)略思想。節(jié)能減排 ，一直是政府高度重視的戰(zhàn)略課題 ，各行各業(yè) 各級(jí)政府均有節(jié)能減排的任務(wù)指標(biāo) 。[2]

4 風(fēng)火窯利弊分析

風(fēng)火窯主要是以松木[3]為燃料 ，松木內(nèi)含油脂，耐燃燒，能量較高。[4]最初的瓷廠和古窯瓷廠還在繼續(xù)使用這種窯。主要應(yīng)用于烘焙高檔彩色釉瓷。該窯是中國三大陶瓷窯之一。這是中國傳統(tǒng)窯爐的獨(dú)特風(fēng)格。屬于平焰窯[5]。窯內(nèi)各部位的火焰走勢(shì)和溫度分布大致可分為高、中、低火位，這樣的設(shè)計(jì)能裝載和燒制出大型產(chǎn)品，能滿足人類的各種所需。它燒制的瓷器低油耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、色澤好、亮度高。另一個(gè)特點(diǎn)是窯體內(nèi)外有間隙，起到隔熱和防止窯壁開裂的作用。它燒制出產(chǎn)品顏色高雅大氣，受到中外人士的高度贊揚(yáng)。窯工師傅憑借多年的燒制經(jīng)驗(yàn)加上古人留下的智慧，使得風(fēng)火窯越來越得到社會(huì)各界人士的一致好評(píng)。風(fēng)火窯雖然能燒制出獨(dú)樹一幟的成品，但是為了響應(yīng)國家號(hào)召，柴燒產(chǎn)生的煙氣污染物太嚴(yán)重，不利于保護(hù)自然環(huán)境，所以風(fēng)火窯一個(gè)月只燒制一次，窯工師傅也一直在摸索如何通過最少的柴量燒制出最高的成品。

5 窯改對(duì)環(huán)境的影響

中華人民共和國成立后，景德鎮(zhèn)陶瓷產(chǎn)業(yè)憑借獨(dú)特地理環(huán)境迅速崛起，生產(chǎn)規(guī)模跟隨松木的使用量不斷擴(kuò)大。當(dāng)時(shí)，景德鎮(zhèn)人曾想盡各種辦法組織了大量采木工人在山里較難砍伐的地方砍伐松樹，但有個(gè)很棘手的問題是松柴的使用量供不應(yīng)求。于是景德鎮(zhèn)人改變固有的思想決定改造陶瓷工業(yè)窯爐，即將燒瓷所用的燃料由煤取代松柴。松柴的特點(diǎn)是耐燃燒，火力大，燒出來的瓷器色澤光亮，非常高端大氣。而煤窯作為一項(xiàng)新技術(shù)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)表明，煤窯的溫度高于柴窯。煤窯的最高溫度可達(dá)到1350℃以上，而柴窯的最高的溫度為1200℃左右。煤窯雖然最高溫度比柴窯高，但是煤窯燒制的瓷器的顏色和亮度不如柴窯的好，特別是煤窯燒成的琉璃陶瓷的質(zhì)量明顯不如柴窯燒出來的。一直摸索著走的景德鎮(zhèn)人組織技術(shù)人員和多年燒瓷的窯工師傅，把柴窯與煤窯所有的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，逐一攻破煤窯所遇到的質(zhì)量問題。柴窯向煤窯的推進(jìn)，提高了景德鎮(zhèn)陶瓷工業(yè)的生產(chǎn)效率，從而生產(chǎn)出更多的瓷器使景德鎮(zhèn)瓷器走出景德鎮(zhèn)走向全國跨向世界。

由于當(dāng)時(shí)煤炭?jī)r(jià)格較低，燃煤成本比燃柴低約20%，再加上煤炭資源豐富，有效克服了陶瓷所需能源的問題。柴窯改為煤窯，使景德鎮(zhèn)周邊森林得以休養(yǎng)，生態(tài)環(huán)境極速改善。由于當(dāng)時(shí)砍伐的松木都是馬尾松林，馬尾松是一種容易生長(zhǎng)的樹種，景德鎮(zhèn)四周的山上幾年時(shí)間里就樹木叢生，百草風(fēng)茂。隨著社會(huì)的不斷革新，煤礦已不能滿足生態(tài)環(huán)境的要求。因此，煤窯被氣窯取代，這樣更進(jìn)一步使景德鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境得以改善。我們都知道雖然工業(yè)為人類作出了巨大貢獻(xiàn)，但它也對(duì)人類賴以生存的環(huán)境產(chǎn)生了極具破壞性影響。景德鎮(zhèn)人引以為豪的陶瓷產(chǎn)業(yè)也不例外，對(duì)景德鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境造成了巨大破壞。為此景德鎮(zhèn)人做了一個(gè)數(shù)據(jù)采集。景德鎮(zhèn)市區(qū)30多平方公里的城市建成區(qū)內(nèi)有600多座煙囪。每個(gè)燃煤窯的煙囪排放的煙塵最大濃度超過每立方米7000mg，是國家標(biāo)準(zhǔn)的35倍。每個(gè)燃煤隧道窯煙囪排放的煙塵最大濃度超過10000mg，是國家標(biāo)準(zhǔn)的43倍。月自然降塵量高達(dá)56.2t/km2，如果一年不清理，煙塵厚度可達(dá)30-40cm。景德鎮(zhèn)人意識(shí)到，煤窯所帶來的環(huán)境污染問題非常大，而且也確實(shí)給老百姓造成了生存影響。

景德鎮(zhèn)人民全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，走人與自然和諧共生的發(fā)展道路，讓陶瓷企業(yè)從城市退到園區(qū)，拆除所有工業(yè)燃煤窯爐和煙囪，以清潔衛(wèi)生的氣體能源替代煤炭能源，讓景德鎮(zhèn)再次成為一個(gè)生態(tài)環(huán)境良好的地區(qū)。這是景德鎮(zhèn)陶瓷工業(yè)窯爐的又一次大的變化。生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的根本。有了良好的生態(tài)環(huán)境，瓷都景德鎮(zhèn)市民過上了舒適的生活，外國投資者在景德鎮(zhèn)投資也會(huì)感到舒適。景德鎮(zhèn)人不斷努力，讓綠水青山一步步靠近金山銀山。所有工業(yè)燃煤窯爐和煙囪統(tǒng)統(tǒng)被拆除，以清潔衛(wèi)生的氣體能源取代煤炭能源。[6]就這樣一步步的改進(jìn)，景德鎮(zhèn)從一個(gè)重污染的工業(yè)城市變成一個(gè)“國家衛(wèi)生城市”、“國家園林城市”、“全國優(yōu)秀旅游城市”。雖然一段時(shí)間以來，陶瓷企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和城市的陶瓷生產(chǎn)受到影響，但景德鎮(zhèn)人民力求上進(jìn)，全面貫徹落實(shí)中國共產(chǎn)黨的重要發(fā)展理念，通過轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，走上了振興景德鎮(zhèn)陶瓷之路，通過科技和產(chǎn)業(yè)集群推廣陶瓷。如今，景德鎮(zhèn)沒有因?yàn)樘沾晒I(yè)窯爐的改造而影響陶瓷企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和城市陶瓷產(chǎn)業(yè)的規(guī)模，而是迎來了陶瓷昔日的春光。金山銀山景德鎮(zhèn)被人們守住了，景德鎮(zhèn)也實(shí)現(xiàn)了山清水秀、城美的綠水青山。黨的十七大以來將生態(tài)文明寫入了黨史。生態(tài)文明是繼物質(zhì)文明、精神文明和政治文明之后的又一文明。生態(tài)文明的提出，是我們黨為子孫后代創(chuàng)造良好生態(tài)環(huán)境，讓全體人民喝上干凈水、呼吸新鮮空氣，實(shí)現(xiàn)子孫后代可持續(xù)發(fā)展的以人為本執(zhí)政理念的體現(xiàn)。在市政府的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，瓷都景德鎮(zhèn)人民生活過得越來越甜美，全世界各地的游客來到景德鎮(zhèn)，無論是乘飛機(jī)、坐火車還是駕車從高速公路來，都被景德鎮(zhèn)優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境所感染。他們可以盡情地享受著燦爛的陽光，每天喝上甘甜的山泉水，呼吸著溫馨的空氣的同時(shí)學(xué)習(xí)景德鎮(zhèn)千年的文化底蘊(yùn)。這也是景德鎮(zhèn)人所期待的共同愿景！

6 小結(jié)

我國近些年正加大力度治理環(huán)境，各企業(yè)深刻響應(yīng)國家號(hào)召，不斷改進(jìn)力求在科學(xué)發(fā)展中謀求一條最合理的理想道路，本文對(duì)景德鎮(zhèn)古窯民俗博覽區(qū)的風(fēng)火窯以松柴為燃料燒制過程中所用到的柴量進(jìn)行了大致記載，同時(shí)每隔10min對(duì)窯內(nèi)匣缽不同方位上中下溫度進(jìn)行測(cè)量；目的是觀測(cè)匣缽溫度對(duì)陶瓷燒制均勻性的監(jiān)測(cè)，每上升100℃對(duì)窯內(nèi)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，也為日后研究窯內(nèi)溫度對(duì)匣缽的影響留下了數(shù)據(jù)，在有限時(shí)間段內(nèi)對(duì)煙囪里排出的煙氣成分通過煙氣分析儀進(jìn)行了分析研究，最終確立最佳氧燃比，以提高燃燒效率，減少煙氣污染物排放對(duì)環(huán)境的影響。詳細(xì)掌握窯爐耗能過程后，對(duì)窯爐燒制過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合響應(yīng)國家的號(hào)召做出分析，窯改一直在路上，不斷改進(jìn)尋求一條符合國家可持續(xù)發(fā)展，為子孫后代造福的一條光明道路。

參考文獻(xiàn)

[1]張鐵柱，邵勝利.利用煙氣分析儀輔助玻璃窯爐節(jié)能減排[J].玻璃纖維，2011（02）：8-10.

[2]王龍，蔣學(xué)悟，劉海韜.淺談通過煙氣分析技術(shù)輔助玻璃窯爐節(jié)能減排的經(jīng)驗(yàn)[C].安徽：2007中國浮法玻璃及玻璃新技術(shù)發(fā)展研討會(huì)，2007-10.

[3]李豪.新型節(jié)能環(huán)保柴氣混燒窯的結(jié)構(gòu)研究及數(shù)值模擬 （碩士學(xué)位論文）[D].江西：景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)，2020.

[4]劉振群.窯爐的改進(jìn)和古陶瓷發(fā)展的關(guān)系 [J]. 華南工學(xué)院學(xué)報(bào). 1978：74-83.

[5]高風(fēng)田.美國玻璃纖維窯爐煙囪排放物的測(cè)定[J].玻璃.1987：43-49.

[6]廖學(xué)建，呂思凱.臨沂市對(duì)陶瓷工業(yè)窯爐推行清潔燃燒技術(shù)改造[J].中國資源綜合利用.2004：6-7.

Influence of Firing Process in air fired Kiln on Ecological Environment

ZHANG Xue-feng，GONG Xiao-long，F(xiàn)ENG Qing

（School of Materials Science and Engineering， Jingdezhen Ceramic University，Jingdezhen 333000，Jiangxi，China）

Abstract： The text records the amount of firewood used in the burning process of the wind fire kiln in the Jingdezhen ancient kiln folk custom exhibition area using pine firewood as fuel， and measures the upper， middle and lower temperatures of the sagger in the kiln in different directions every 10 minutes; The temperature in the kiln is recorded every 100 ℃ rise. At the same time， the composition of the flue gas discharged from the chimney is analyzed and studied by the flue gas analyzer within a limited period of time. After the energy consumption process of the kiln is mastered in detail， the advantages and disadvantages in the firing process of the kiln are analyzed in combination with responding to the call of the state.

Keywords： Firing process; Temperature in the kiln; Flue gas composition; Energy consumption process