雙層巖板輥道窯關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新集成以及節(jié)能效果分析

胡乃友,李展華,朱志剛

（廣東摩德娜科技股份有限公司，佛山 528225）

1 前言

陶瓷巖板起源于歐洲,最早由意大利和西班牙傳入，巖板生產(chǎn)、加工工藝要求高，巖板是陶瓷巖板的簡(jiǎn)稱,從2019 年開(kāi)始，行業(yè)正式確立巖板的概念，規(guī)格是1200mm×2400mm 及以上。巖板的應(yīng)用方向很多，家具化是重點(diǎn)突破方向。巖板可以代替天然石材、木材、人造石材、玻璃、金屬等，用巖板制造的櫥柜門(mén)板、衣柜門(mén)板、等柜體門(mén)板，幾乎可以制成任何顏色和圖案，演繹出不一樣的高級(jí)感。用于桌子臺(tái)面，巖板臺(tái)面紋理清晰，有層次，給人一種高貴，雅致，簡(jiǎn)潔感。

未來(lái)巖板的應(yīng)用市場(chǎng)主要有3 個(gè)領(lǐng)域：定制家具、成品家居、高端建筑空間，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了陶瓷、石材,突破了瓷磚、石材的很多應(yīng)用局限,除了傳統(tǒng)陶瓷磚所涉及的室內(nèi)地墻面、衛(wèi)浴空間的墻地面裝飾市場(chǎng),建筑外立面、櫥柜臺(tái)面、家具面板等領(lǐng)域都可以運(yùn)用到。從目前看,巖板除了不能替代石材異型產(chǎn)品外,凡是陶瓷、石材板材可以裝飾的地方,巖板均可以替代,未來(lái)可進(jìn)入建材家居各大領(lǐng)域。主要可替代的建材包括玻璃、石材、鋁板、木板、墻紙和傳統(tǒng)陶瓷板等,可作為建筑幕墻、臺(tái)面板板材并可被運(yùn)用于家具領(lǐng)域。

隨著巖板的不斷普及，未來(lái)的需求量也會(huì)加大，對(duì)于燒制巖板的窯爐需求也會(huì)增多，由于雙層窯爐具有產(chǎn)量大、能耗低、占地面積少等特點(diǎn)，市場(chǎng)空間非常巨大。

2 雙層巖板窯爐的優(yōu)勢(shì)

雙層巖板窯爐上、下層有獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、風(fēng)管路系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，互不干擾，可獨(dú)立運(yùn)行，在先進(jìn)智能系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格產(chǎn)品的高質(zhì)量輸出，充分集合了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、智能化程度高、易于操作，清潔節(jié)能的生產(chǎn)性能。

雙層巖板窯爐可滿足生產(chǎn)厚度為3-25mm 的多種規(guī)格高品質(zhì)巖板產(chǎn)品,還可兼顧常規(guī)拋釉磚的全規(guī)格產(chǎn)品，能滿足不同家居設(shè)計(jì)方案對(duì)高品質(zhì)定制化的需求，真正實(shí)現(xiàn)巖板設(shè)備的柔性化多樣化生產(chǎn)。

2.1 單位產(chǎn)品能耗要比同樣長(zhǎng)度和內(nèi)寬單層窯爐的低

由于雙層窯是兩條窯爐疊加在一起，減少了窯爐的散熱表面積，燃?xì)庀牧肯鄳?yīng)的也會(huì)減少，可節(jié)約能源消耗，綜合節(jié)能效果可超過(guò)12%，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家碳達(dá)峰碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2.2 可同時(shí)生產(chǎn)兩種不同厚度，不同規(guī)格的產(chǎn)品

生產(chǎn)線上布置雙壓機(jī)，雙釉線，產(chǎn)品分別進(jìn)入上下層窯爐，可以同時(shí)生產(chǎn)兩種不同的產(chǎn)品，因此可以減少一半的轉(zhuǎn)產(chǎn)，提升產(chǎn)品的交付效率，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。單層巖板窯爐只能同時(shí)生產(chǎn)一種產(chǎn)品，這是單層巖板窯爐無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.3 可節(jié)約一半的燒成車間空間

巖板的燒成周期比較長(zhǎng)，單窯產(chǎn)量相對(duì)較小，所以已有限制的空間只布置一條窯爐，不但產(chǎn)能比較低，還會(huì)導(dǎo)致因訂單多而產(chǎn)生的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換次數(shù)過(guò)高，使得排產(chǎn)困難，雙層窯爐能更有效地解決此類問(wèn)題。

2.4 可有效解決巖板產(chǎn)品切割裂的行業(yè)難題

雙層窯是兩條獨(dú)立的窯爐疊加一起，故冷卻區(qū)域的散熱較普通窯減少40%，再加上其雙層窯爐特有的窯墻結(jié)構(gòu)等因素，使窯爐在生產(chǎn)過(guò)程中，保溫蓄溫的效果較好，這樣就可以有效解決產(chǎn)品切割裂問(wèn)題。

2.5 可以減少一條單層輥道窯生產(chǎn)線上的人工

由于雙層窯是相當(dāng)于兩條單層窯爐疊加在一起，1條雙層窯產(chǎn)量相當(dāng)于2 條單層輥道窯產(chǎn)量，因此也可以減少一條生產(chǎn)線的工作人員，從人員結(jié)構(gòu)上可以明顯提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 雙層巖板窯爐解決巖板生產(chǎn)難題的技術(shù)方案

雙層巖板窯爐可以為高品質(zhì)巖板提供質(zhì)量保障，不僅比同樣長(zhǎng)度和內(nèi)寬單層窯爐產(chǎn)品的能耗低、而且可以有效解決產(chǎn)品平整度、落臟、色差、切割裂等技術(shù)難題，產(chǎn)量是同樣長(zhǎng)度、同樣內(nèi)寬單層窯爐的兩倍，可以明顯提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 降低單位產(chǎn)品能耗的技術(shù)方案

(1)耐火材料的合理選型，根據(jù)雙層窯爐的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用了TIS 加強(qiáng)保溫窯體結(jié)構(gòu)，整窯采用優(yōu)質(zhì)耐火材料以及采用進(jìn)口納米保溫板；雙層窯爐不同于單層窯爐,下層窯爐由于承受的重力較大，因此上下層窯爐因結(jié)構(gòu)的不同要搭配相應(yīng)比重的耐火材料，再結(jié)合巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更加有效均衡截面溫差。

(2)研發(fā)了新一代高速等溫天然氣節(jié)能燒嘴，該燒嘴采用創(chuàng)新的多層混合結(jié)構(gòu)，能使燃?xì)夂涂諝獬浞只旌?，燃燒充分，火焰剛性?qiáng)，穩(wěn)定性好，加強(qiáng)窯內(nèi)熱氣流的攪拌，使窯內(nèi)溫度趨于均勻。在最小的空燃比情況下完全燃燒，減少了過(guò)量的空氣，達(dá)到節(jié)能目的，而改進(jìn)之前的噴槍，燃?xì)馔耆紵那闆r下，空燃比遠(yuǎn)大于1：10，有的甚至達(dá)到1：16。

(3)全窯長(zhǎng)短焰燒嘴的合理布局，燒嘴選好了，與其相應(yīng)配套的碳化硅燒嘴套出口大小不配合好的話，依然達(dá)不到理想效果，在部分區(qū)域布置長(zhǎng)短焰燒嘴，同時(shí)交錯(cuò)布置不同形狀的碳化硅燒嘴套。這樣長(zhǎng)短焰結(jié)合，既照顧了橫斷面中間部位溫度，又照顧了斷面兩側(cè)的溫度，從而使斷面上的溫度趨于更均勻。

(4) 窯爐余熱的合理利用積極采用先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，降低排煙熱損失。從換熱器抽取的熱風(fēng)作為燒嘴的助燃風(fēng)用，溫度可加熱到150-200℃左右。一般認(rèn)為：空氣預(yù)熱溫度每提高100℃，即可節(jié)約燃料5%。

3.2 平整度方面的技術(shù)解決方案

(1) 在輥棒選型方面，窯爐全部傳動(dòng)采用不同的棒徑、棒距和不同溫度需求的高溫棒，以解決其他普通窯爐普遍存在的磚坯釉面有輥棒紋缺陷的問(wèn)題，既保證了磚坯走位平穩(wěn)，又有助于提高坯體高溫抗變形能力。

(2)在傳動(dòng)方面，陶瓷巖板對(duì)傳動(dòng)設(shè)計(jì)及安裝精度要求特別高，采用DRI 傳動(dòng)設(shè)計(jì)升級(jí)系統(tǒng)，此傳動(dòng)系統(tǒng)將減速機(jī)與傳動(dòng)軸之間的連接由高精度齒輪代替了傳統(tǒng)的鏈條，使得傳動(dòng)輸出的平穩(wěn)性、精準(zhǔn)性及耐用性有了較大提高。以及SKF 進(jìn)口軸承的應(yīng)用，單電機(jī)獨(dú)立通軸設(shè)計(jì)，減少軸的連接，保證磚型以及出磚高品質(zhì)。減速機(jī)帶動(dòng)的每組傳動(dòng)通軸無(wú)連接軸套軸的設(shè)計(jì)避免了因連軸套間隙而造成傳動(dòng)不穩(wěn)的因素。傳動(dòng)部件的精度也有了較大提高，如傳動(dòng)套軸（手榴彈）內(nèi)徑的公差精度由的0.1mm 提高到0.05mm，傳動(dòng)軸的整體直線度≤1mm 提高到≤0.5mm，鋁座基準(zhǔn)中心線高度公差精度由的≤±0.1mm 提高到≤±0.07mm 等，傳動(dòng)部件精度的提高進(jìn)一步提高了走轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，減小磚體變形，從而保證磚型及出磚高品質(zhì)。

(3)設(shè)計(jì)有電機(jī)故障報(bào)警裝置、傳動(dòng)斷鏈報(bào)警裝置、緊急開(kāi)關(guān)擺動(dòng)裝置、斷棒報(bào)警燈等裝置，以及空窯降頻處理方式，使設(shè)備更加自動(dòng)化，智能化，方便生產(chǎn)管理和保證產(chǎn)品品質(zhì)要求。

3.3 產(chǎn)品切割裂方面的技術(shù)解決方案

(1) 合理設(shè)計(jì)的三帶比例以及科學(xué)設(shè)定急冷段上下多段獨(dú)立風(fēng)量控制，能更加有效地解決巖板切割裂問(wèn)題。

(2)加長(zhǎng)緩冷段占全窯的比例，使產(chǎn)品能有足夠的時(shí)間在緩冷區(qū)域充分消除產(chǎn)品在急冷冷卻時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。

(3)采用緩冷段加熱系統(tǒng)，以及空窯管理系統(tǒng)。當(dāng)窯內(nèi)出現(xiàn)空窯的情況，利用空窯管理系統(tǒng)，當(dāng)緩冷段溫度降到某個(gè)設(shè)定溫度，自動(dòng)打開(kāi)燒嘴開(kāi)關(guān)，使緩冷段維持在需要的溫度范圍內(nèi)，這樣就可以避免磚的冷裂。

3.4 產(chǎn)品落臟方面的技術(shù)解決方案

(1)傳統(tǒng)窯爐排煙段大都采用頂抽的模式，時(shí)間長(zhǎng)了頂部會(huì)積灰造成產(chǎn)品落臟；雙層巖板窯爐采用底抽與側(cè)抽相結(jié)合的方式，可以有效避免對(duì)產(chǎn)品的落臟。

(2)排煙區(qū)、預(yù)熱區(qū)窯頂材質(zhì)的升級(jí)加強(qiáng)，采用密度高的材料，同時(shí)要加強(qiáng)窯頂?shù)臍饷苄?，不?huì)因?yàn)楦G頂材質(zhì)問(wèn)題造成產(chǎn)品的落臟。

(3)雙層巖板窯爐排煙段隔層采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的吊板，可以避免下層隔層材料的原因造成對(duì)產(chǎn)品的落臟。

3.5 產(chǎn)品色差方面的技術(shù)解決方案

(1)研發(fā)的新一代高速等溫天然氣節(jié)能燒嘴的使用，該燒嘴采用創(chuàng)新的多層混合結(jié)構(gòu)，能使燃?xì)夂涂諝獬浞只旌?，燃燒充分，火焰剛性?qiáng)，穩(wěn)定性好，加強(qiáng)窯內(nèi)熱氣流的攪拌，使窯內(nèi)溫度趨于均勻。

(2)在燒成帶交錯(cuò)布置一部分長(zhǎng)短焰燒嘴，提高靠窯墻兩側(cè)的溫度，這樣長(zhǎng)短焰結(jié)合，既照顧了橫斷面中間部位溫度，又照顧了斷面兩側(cè)的溫度，從而使斷面上的溫度趨于更均勻。

(3) 采用設(shè)置特殊形狀的擋火板和擋火墻來(lái)縮小斷面溫差。

3.6 窯爐智能化操作方面的技術(shù)解決方案

(1)可組態(tài)智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可無(wú)縫對(duì)接企業(yè)管理系統(tǒng)，同時(shí)保證數(shù)據(jù)安全，全面配合企業(yè)客戶邁進(jìn)5G 數(shù)據(jù)新時(shí)代。該系統(tǒng)采用了MDS 工業(yè)自動(dòng)化集成控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集、計(jì)算、分析、無(wú)線處理運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制需求。該系統(tǒng)的另一大亮點(diǎn)是智能化空窯管理系統(tǒng)的升級(jí)，當(dāng)空窯時(shí)可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)窯爐的氣氛，不影響產(chǎn)品品質(zhì)，能最大化實(shí)現(xiàn)柔性智能生產(chǎn)。

(2)產(chǎn)量信息讀取，實(shí)時(shí)的班產(chǎn)量，日產(chǎn)量，月產(chǎn)量，包括窯爐的運(yùn)行產(chǎn)量，規(guī)格，片數(shù)，燃?xì)饬髁俊⒖崭G時(shí)間統(tǒng)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端查看，提取實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)。

(3)窯爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，燒成溫度曲線的保存，包括設(shè)定曲線，實(shí)際燒成溫度曲線，設(shè)定溫度曲線可以通過(guò)上端直接發(fā)送，溫度曲線在本地和遠(yuǎn)程都可以調(diào)取和查找歷史記錄。

(4)報(bào)警信息：各傳動(dòng)、風(fēng)機(jī)、燃?xì)?、燃燒機(jī)等所有設(shè)備異常信息、預(yù)警信息的歷史記錄、實(shí)時(shí)的報(bào)警顯示、查詢。

(5)各類數(shù)據(jù)，報(bào)警信息預(yù)留有和上位終端系統(tǒng)的接口，窯爐的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，分區(qū)域顯示，可以通過(guò)手機(jī)APP 查看。

通過(guò)以上研發(fā)的新技術(shù)和新設(shè)計(jì)的實(shí)施，解決了產(chǎn)品平整度、落臟、色差、切割裂等技術(shù)難題，實(shí)踐證明：雙層巖板窯爐不論是在能耗方面，還是在產(chǎn)品品質(zhì)、產(chǎn)量、排產(chǎn)的便捷性上都有很大的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了巖板產(chǎn)品的柔性化多樣化生產(chǎn)。

4 雙層巖板窯爐節(jié)能減排效果實(shí)際案例分析

4.1 燃料方面的節(jié)省

主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

窯長(zhǎng)：226.8m；內(nèi)寬：2350mm；

窯爐通道數(shù)量：2 層

燒成周期范圍：50-130 分鐘可調(diào)；

高溫區(qū)耐火磚耐溫：1350℃；窯爐工作最高溫度：1260℃；

產(chǎn)量：750mm×1500mm×10mm，正常燒成周期70min，產(chǎn)量為12500 平方米/天；

優(yōu)等率：98.2%。

運(yùn)行性能參數(shù)：

窯內(nèi)截面溫差：±2℃（通過(guò)測(cè)溫環(huán)檢測(cè)）

窯爐冷調(diào)標(biāo)準(zhǔn)：磚走到急冷偏中≤15mm,甩角≤40mm；

窯外表溫度：不超環(huán)境溫度+35℃；

窯爐單位熱耗：1.41 m3/m2磚；

窯爐單位電耗：0.036KW.H/kg 磚；

熱電偶溫度誤差：≤±1℃（與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶比對(duì)）；

溫控表控制誤差：≤±1℃（顯示溫度與控制溫度比對(duì)）；

輥棒套筒的同心度:≤0.5mm（靠尺、百分表）；

同樣長(zhǎng)度和內(nèi)寬的單層窯爐單位產(chǎn)品熱耗：1.7立方米/m2磚；

一天可以節(jié)省燃?xì)饬繛椋海?.7-1.41）×12500=3625立方米/天；

每年按330 天計(jì)算，天然氣氣價(jià)按照3.5 元/立方米計(jì)算，每年可以節(jié)省燃?xì)赓M(fèi)用：330×3625×3.5=4,186,875 元。

每立方天然氣理論產(chǎn)生的煙氣量為10.52 m3,實(shí)際中由于助燃空氣過(guò)剩以及窯內(nèi)漏入空氣等因素，每立方天然氣實(shí)際產(chǎn)生的煙氣量約為14 m3,一天可以減少CO2的排放量為：3625×14=50 750 立方米/天。

每年按330 天計(jì)算，可以減少CO2的排放量為：50750×330=16 747 500m3

折算成質(zhì)量每年減少CO2的排放量為：16 747 500×0.67/1000=11,220 噸。

從以上分析可以看到，達(dá)到相同產(chǎn)能，寬體巖板窯爐一年可以節(jié)省的燃料費(fèi)用為4 186 875 元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

同時(shí),CO2的排放量也大大減少，每年減少CO2的排放量為11220 噸，對(duì)環(huán)境的改善作出了積極的貢獻(xiàn)，響應(yīng)了國(guó)家碳達(dá)峰，碳中和的號(hào)召。

4.2 窯墻散熱面積能耗的節(jié)省

由于雙層窯是兩條窯爐疊加在一起，減少了窯爐的散熱表面積，燃?xì)庀牧肯鄳?yīng)的也會(huì)減少，可節(jié)約能源消耗。一條雙層窯爐比同樣內(nèi)寬的兩條單層窯爐少了2個(gè)散熱面，從排煙帶到急冷前約占一條窯爐的65%，減少的散熱面積為：3.26×2×226.8×0.65=961m2

4.2.1 熱量損失計(jì)算

假定窯墻外表平均溫度為70℃，環(huán)境溫度為30℃。對(duì)流輻射換熱系數(shù)a=2.56×（70-30）0.25+4.56（704-304）/(100×（70-30）)=14W/m2℃。

最大熱流量為：

總熱損失功率：Q=961×560=538KW/h。

4.2.2 熱損失費(fèi)用計(jì)算

換算為每小時(shí)天然氣量:

每天節(jié)約天然氣量：56×24=1344 m3

節(jié)約資金：1344×3.5=4704 元。

每年按330 天計(jì)算：330×4704=1552320 元。

從以上分析可以看到，達(dá)到相同產(chǎn)能，天然氣寬體窯爐散熱面積減少了961m2，一年可以節(jié)省費(fèi)用1552320 元。

摩德娜從2017 年全新推出雙層巖板窯爐，其建造的第一條雙層巖板窯爐是在印度投產(chǎn)，隨著國(guó)內(nèi)巖板的興起，很多陶瓷企業(yè)選擇了摩德娜的雙層巖板窯爐，先后有大將軍一期二期、蒙娜麗莎C 線和D 線、清遠(yuǎn)東鵬3#和4#、廣東興輝、金牌三期、清遠(yuǎn)升華等。

摩德娜公司作為國(guó)內(nèi)最優(yōu)秀的陶機(jī)設(shè)備制造商之一，“用持續(xù)創(chuàng)新，打造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,與客戶共同創(chuàng)造價(jià)值，推動(dòng)綠色革命”的使命，在國(guó)內(nèi)外中高端市場(chǎng)已經(jīng)取得了良好的成績(jī)，本項(xiàng)目設(shè)備無(wú)論從設(shè)備綜合性能還是技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，都已經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，獲得了客戶廣泛一致性好評(píng)。

作為行業(yè)領(lǐng)先的熱工設(shè)備供應(yīng)商，摩德娜一直以來(lái)以“全窯型”滿足國(guó)內(nèi)外陶瓷產(chǎn)區(qū)的多樣化高品質(zhì)要求，包括寬體窯爐應(yīng)用于普通建陶產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)，隧道窯和梭式窯用于發(fā)泡陶瓷、微晶玻璃、衛(wèi)生潔具和日用陶瓷等產(chǎn)品的精細(xì)化生產(chǎn)，以及定制化特殊窯爐用于特種技術(shù)陶瓷的高端應(yīng)用生產(chǎn)。鋰電池正極材料鋰云母焙燒提取碳酸鋰方面，在現(xiàn)有隧道窯基礎(chǔ)上加以設(shè)計(jì)改進(jìn)以及創(chuàng)新技術(shù)的運(yùn)用，結(jié)合硫酸鹽法提鋰工藝路線，從壓制方式、磚坯尺寸、碼磚層數(shù)、焙燒時(shí)間，焙燒空間等多方面進(jìn)行改進(jìn)，探索出一條針對(duì)硫酸鹽法鋰云母焙燒隧道窯的合理焙燒曲線。相對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的隧道窯在產(chǎn)能提高、能耗降低、碳排放指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)、鋰浸出率提高以及低品位鋰云母提鋰等方面，都有顯著提升。

多年來(lái)為全球多個(gè)陶瓷產(chǎn)區(qū)的客戶提供了數(shù)十條雙層窯爐生產(chǎn)線，雙層窯爐的實(shí)際應(yīng)用遠(yuǎn)不止用于巖板生產(chǎn)，還可用于生產(chǎn)拋釉磚、內(nèi)墻磚、薄板等各種規(guī)格的墻地磚產(chǎn)品，用雙層窯爐來(lái)滿足巖板生產(chǎn)所要求達(dá)到的柔性化標(biāo)準(zhǔn)是近年來(lái)在行業(yè)里掀起的一股潮流。摩德娜人將謹(jǐn)記“用持續(xù)創(chuàng)新，打造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,與客戶共同創(chuàng)造價(jià)值，推動(dòng)綠色革命”的使命，肩負(fù)起雙碳雙控的社會(huì)責(zé)任，不斷研發(fā)節(jié)能高效、自動(dòng)、智能化的陶瓷機(jī)械裝備，為“成為世界一流的節(jié)能環(huán)保建材成套裝備企業(yè)”的愿景而努力奮斗。