廣東省建筑陶瓷行業(yè)能效水平及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

梁喆

（廣東省節(jié)能中心，廣州 510000）

1 引言

陶瓷行業(yè)產(chǎn)品包括建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷和藝術(shù)陶瓷等，其中建筑陶瓷是陶瓷行業(yè)最主要的產(chǎn)品，也是行業(yè)能耗最主要的來源。我國建筑陶瓷產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的比例超過60%，是世界上最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國和消費(fèi)國[1]，廣東省是全國建筑陶瓷最重要的生產(chǎn)基地之一。近年來，受下游房地產(chǎn)市場低迷等因素影響，建筑陶瓷行業(yè)整體經(jīng)營形勢不佳，《廣東省“兩高”項(xiàng)目管理目錄（2022 年版）》將建筑陶瓷制品制造分類下所有企業(yè)納入“兩高”企業(yè)管理，對行業(yè)節(jié)能降耗提出了更高的要求。一方面隨著市場需求下滑，行業(yè)能源消費(fèi)總量穩(wěn)定下降，單位產(chǎn)品能耗因生產(chǎn)線開工率下降而波動；另一方面隨著部分瓷磚產(chǎn)品向加工工藝復(fù)雜的高附加值產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，單位產(chǎn)品能耗持續(xù)下降面臨一定的阻力。行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展需要持續(xù)強(qiáng)化節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2 廣東省陶瓷行業(yè)生產(chǎn)及能源消費(fèi)現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，廣東全省共有約700 條建筑陶瓷生產(chǎn)線，約占全國瓷磚生產(chǎn)線的四分之一。目前，全省建筑陶瓷企業(yè)及產(chǎn)能主要分布在肇慶、佛山、清遠(yuǎn)、云浮、江門等地，5 個地市企業(yè)數(shù)量、總產(chǎn)值、產(chǎn)品產(chǎn)量占全省比例超過80%。

陶瓷行業(yè)窯爐能耗占全廠能耗的比重可達(dá)60%～80%[2-3]，噴霧干燥能耗占全廠能耗的比重約20%[4]，是建筑陶瓷生產(chǎn)工藝過程中主要耗能環(huán)節(jié)，行業(yè)最主要的能源品種是煤和天然氣。近年來，廣東省大力推進(jìn)陶瓷行業(yè)煤改氣工程，目前除個別不滿足條件的區(qū)域外，全省85%以上的建筑陶瓷企業(yè)均完成了煤改氣。

2.1 生產(chǎn)經(jīng)營形勢

建筑陶瓷行業(yè)與房地產(chǎn)市場深度關(guān)聯(lián)，房地產(chǎn)需求減弱導(dǎo)致建筑陶瓷市場持續(xù)萎靡，廣東省內(nèi)多數(shù)企業(yè)開窯率不足50%，部分企業(yè)已停產(chǎn)。另一方面，煤炭、天然氣及大宗原材料持續(xù)上漲且長時間維持高位，給企業(yè)生產(chǎn)成本帶來巨大壓力。行業(yè)能源成本占生產(chǎn)成本比例從2020 年的約31%升高到2022 年底的超過40%，相較于尚未開展煤改氣的外省陶瓷企業(yè)，省內(nèi)產(chǎn)品競爭力顯著下降。2023 年第一季度全省建筑陶瓷產(chǎn)量繼續(xù)下滑，部分企業(yè)對未來市場和經(jīng)營預(yù)期仍不樂觀。

建筑陶瓷行業(yè)主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐漸向高附加值類產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。廣東省建筑陶瓷企業(yè)主要以生產(chǎn)低吸水率產(chǎn)品為主，2020 年以來，隨著陶瓷大板、巖板（通常吸水率E＜0.05%）在浴室柜面、衣櫥柜面、廚房臺面等家居領(lǐng)域應(yīng)用需求不斷提高，行業(yè)內(nèi)企業(yè)逐漸淘汰高吸水率產(chǎn)品（如吸水率E＞10%的陶瓷磚），轉(zhuǎn)向生產(chǎn)高附加值的低吸水率產(chǎn)品（見圖1）。

圖1 不同類型建筑陶瓷產(chǎn)品占比變化情況

2.2 能源消費(fèi)現(xiàn)狀

總體看來，廣東省建筑陶瓷行業(yè)能源消費(fèi)總量逐年下降，低碳能源比例不斷提高。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年全省建筑陶瓷行業(yè)綜合能源消費(fèi)量同比下降16.0%，2022 年同比下降17.5%。其中行業(yè)經(jīng)營形勢不佳，產(chǎn)品產(chǎn)量下降起到了決定性作用，以行業(yè)最主要產(chǎn)品吸水率E≤0.5%的陶瓷磚為例，2022 年該類產(chǎn)品產(chǎn)量同比下降13.3%，行業(yè)產(chǎn)能利用率僅約63%。

此外，廣東省建筑陶瓷行業(yè)能源消費(fèi)總量同比下降的另一個主要原因是行業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)得到優(yōu)化，相關(guān)節(jié)能技術(shù)的持續(xù)推廣應(yīng)用。同樣以吸水率E≤0.5%的陶瓷磚為例，2022 年該類產(chǎn)品行業(yè)平均單位產(chǎn)品能耗同比下降5.7%。通過近年來行業(yè)煤改氣的推進(jìn)實(shí)施，建筑陶瓷行業(yè)低碳能源比例持續(xù)提高，同時煤改氣結(jié)合用能工藝和設(shè)備改進(jìn)，可以獲得較顯著的節(jié)能效果[5]。自2020 年以來，行業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中電力消費(fèi)占比略有提高，原有能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中約一半以上的原煤由天然氣替代（見圖2），同時一批陶瓷企業(yè)持續(xù)推動窯爐生產(chǎn)線技改升級，生產(chǎn)線趨于數(shù)字化智能化，對于行業(yè)提高能源利用效率以及未來行業(yè)盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰將產(chǎn)生十分積極的影響。

圖2 行業(yè)主要能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化情況

3 行業(yè)能效水平及對標(biāo)情況

根據(jù)《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南（2022 年版）》（建筑、衛(wèi)生陶瓷行業(yè)節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南）數(shù)據(jù)顯示，截至2020 年底，全國建筑、衛(wèi)生陶瓷行業(yè)能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能占比小于5%，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能占比小于5%；同時提出到2025年，建筑、衛(wèi)生陶瓷行業(yè)能效標(biāo)桿水平以上的產(chǎn)能比例均達(dá)到30%，能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零。經(jīng)實(shí)際監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，2022 年廣東省吸水率0.5%＜E≤10%的陶瓷磚、吸水率E≤0.5%的陶瓷磚和吸水率E＞10%的陶瓷磚的平均單位產(chǎn)品能耗對標(biāo)《建筑衛(wèi)生陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 21252-2013）和《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2021 年版）》（兩個文件中先進(jìn)值與標(biāo)桿水平一致，準(zhǔn)入值與基準(zhǔn)水平一致），均達(dá)到準(zhǔn)入值和基準(zhǔn)水平。如按生產(chǎn)企業(yè)整體統(tǒng)計(jì)，近30%企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)值和能效標(biāo)桿水平，約66%的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入值和能效基準(zhǔn)水平，約5%的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限定值、但未達(dá)到能效基準(zhǔn)水平。其中，生產(chǎn)吸水率0.5%＜E≤10%陶瓷磚的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入值及能效基準(zhǔn)水平，56%的企業(yè)單位產(chǎn)品能耗達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)值和能效標(biāo)桿水平；部分生產(chǎn)吸水率E≤0.5%的陶瓷磚和吸水率E＞10%的陶瓷磚企業(yè)單位產(chǎn)品能耗未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入值和能效基準(zhǔn)水平，占比分別為1%和23%，不存在超能耗限額標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)，但與指南相關(guān)目標(biāo)要求仍有一定差距。

表1 2022 年各類型陶瓷磚企業(yè)對標(biāo)達(dá)標(biāo)情況

4 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

建筑陶瓷行業(yè)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用主要聚焦在窯爐和噴霧干燥塔。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東省建筑陶瓷行業(yè)傳統(tǒng)成熟的節(jié)能技術(shù)（包括采用節(jié)能燃燒器、加強(qiáng)余熱利用、采用新型保溫材料、降低泥漿含水率、煙氣加熱助燃風(fēng)等）應(yīng)用較普遍，采用3 種以上技術(shù)的企業(yè)占比超過97%；但干法制粉工藝、低溫快燒技術(shù)、寬體窯爐等節(jié)能效果顯著的技術(shù)應(yīng)用比例不高，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

4.1 干法制粉工藝

目前建筑陶瓷企業(yè)通常采用濕法制粉工藝，其主要環(huán)節(jié)噴霧干燥過程中需蒸發(fā)大量水分導(dǎo)致生產(chǎn)能耗較高，推廣干法制粉工藝可實(shí)現(xiàn)能耗的大幅度降低。佛山市某陶瓷企業(yè)2015 以來對原濕法生產(chǎn)線進(jìn)行改造，經(jīng)實(shí)測，采用陶瓷粉料高效節(jié)能干法制備技術(shù)后相比改造前濕法制粉單位產(chǎn)品能耗下降超過40%。相關(guān)研究顯示干法制粉技術(shù)可減少陶瓷制粉過程約60%左右的能源消耗，但實(shí)際應(yīng)用中，推廣干法制粉還需結(jié)合具體生產(chǎn)工藝進(jìn)一步解決原料分散、雜質(zhì)去除、粉料適應(yīng)性等技術(shù)問題[6-7]。

4.2 低溫快燒技術(shù)

據(jù)熱力學(xué)平衡計(jì)算，陶瓷生產(chǎn)過程中燒成溫度降低100℃，單位制品熱耗降低約10%；燒成時間每縮短10%，產(chǎn)量可增加10%，單位制品熱耗可降低4%左右[3][8]。要實(shí)現(xiàn)陶瓷的低溫快燒，除需要選用合適的燒成工藝和熱工設(shè)備外，最關(guān)鍵的是要優(yōu)化配方，如利用低溫熔劑原料和開發(fā)新型燒成添加劑等，相關(guān)材料需要結(jié)合企業(yè)原料特性和產(chǎn)品種類進(jìn)一步研究。

4.3 寬體窯爐

陶瓷窯爐的長度、寬度對企業(yè)生產(chǎn)效率和單位產(chǎn)品能耗有明顯影響。窯爐寬度增加，單位制品熱耗降低，同時窯墻與外界散熱減少；窯爐內(nèi)寬和內(nèi)高一定，窯爐長度增加，單位制品熱耗降低，煙氣帶走的熱量減少[3][9]。通過合理設(shè)計(jì)窯爐結(jié)構(gòu)，可獲得較大的節(jié)能效益。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示廣東省陶瓷輥道窯采用寬斷面、長窯的企業(yè)占32%，仍有近70%的企業(yè)可通過該項(xiàng)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

針對噴霧干燥環(huán)節(jié)節(jié)能降耗，《國家工業(yè)和信息化領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄（2022 年版）》建材行業(yè)節(jié)能提效技術(shù)中收錄的陶瓷集成制粉新工藝技術(shù)，采用機(jī)械脫水和充分利用窯爐各類低溫余熱干燥等工藝取代傳統(tǒng)噴霧干燥塔；《廣東省節(jié)能技術(shù)、設(shè)備（產(chǎn)品）目錄（2021 年本）》收錄的陶瓷干法微煤直噴燃燒技術(shù)，用于替代噴霧干燥塔水煤漿燃燒爐，以上兩項(xiàng)技術(shù)均是廣東省企業(yè)自主研發(fā)成果，對降低陶瓷制粉能耗效果十分顯著，是“十四五”期間行業(yè)值得重點(diǎn)推廣應(yīng)用的技術(shù)。

此外，部分陶瓷行業(yè)前沿技術(shù)，如氫能利用、電燒窯、微波干燥等技術(shù)，仍需要持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用將對行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和發(fā)揮重要作用。

5 結(jié)語

受下游市場需求等影響，建筑陶瓷行業(yè)近年來面臨比較嚴(yán)峻的經(jīng)營形勢；天然氣等能源及原材料價格上漲，能耗雙控及碳減排政策的實(shí)施，對行業(yè)未來發(fā)展路徑選擇提出了更高的要求。陶瓷行業(yè)企業(yè)在持續(xù)改進(jìn)工藝和升級產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的同時，要深挖各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力，廣泛推廣應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)和新工藝，提升產(chǎn)品競爭力和綠色化水平，推動實(shí)現(xiàn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。