4．陶瓷制品燒成過程中的節(jié)能措施

眾所周知，陶瓷工業(yè)生產(chǎn)過程中要消耗大量的能源，燒成工序的能耗約占總能耗的61%，而燒成工序又以陶瓷窯爐為主要能耗設備。下面就陶瓷窯爐的節(jié)能技術(shù)進行分析。

(1)采用低溫快燒技術(shù)。在陶瓷生產(chǎn)中，燒成溫度越高，能耗就越高，我國陶瓷燒成溫度大致為1100～1280℃，有的日用陶瓷高達1400℃以上。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，在陶瓷行業(yè)中，應用低溫快燒技術(shù)，不但可以增加產(chǎn)量，節(jié)約能耗，而且還可以降低成本。因而在我國應進一步研究采用新原料，如珍珠巖、絹云母、石英片巖等配制燒結(jié)溫度低的坯料、玻化溫度低的釉料，改進現(xiàn)有生產(chǎn)工藝技術(shù)，建造新型的結(jié)構(gòu)性能好的窯爐，以實現(xiàn)低溫快燒技術(shù)，降低能耗。

目前，一些陶瓷窯爐采用低溫快燒技術(shù)以后，其燒成周期從最初設計的50多分鐘至70多分鐘，調(diào)整到20多分鐘，產(chǎn)量幾乎翻了一倍多，相應的單位產(chǎn)品能耗也降低到原來的70%左右，其能耗水平可以達到2177.14kj/kg以下，可見節(jié)能效果十分明顯。

(2)采用裸裝明焰燒成按術(shù)。目前，我國陶瓷窯爐燒成方式主要有明焰缽裝、隔焰裸裝和明焰裸裝。明焰缽裝采用傳統(tǒng)的煤作為燃料，由于匣缽的加入占用了大量有效空間，使成本增加，熱穩(wěn)定性差，能耗大，燒成周期長；隔焰裸裝采用重油為燃料，由于火焰所產(chǎn)生的熱不能直接與制品作用，以致窯內(nèi)溫度不均勻，能耗高；而明焰裸燒是最合理，也是最先進的燒成方式，因為明焰裸燒不用匣缽和隔焰板，最大限度地簡化了傳熱和傳質(zhì)過程，使熱氣體和制品之間直接傳熱、傳質(zhì)。特別是取消匣缽之后減少了匣缽吸熱的熱損失，有利于降低單位品的熱耗和縮短燒成周期，也消除了匣缽占據(jù)的空間，增大了窯爐的裝坯容積，提高了生產(chǎn)能力。以隧道窯為例，根據(jù)熱平衡測定，明焰裸裝單位產(chǎn)品熱耗最低，為4000～15500kj/kg;其次是隔焰裸裝，為19800～76700kj/kg;而明焰缽裝窯單位產(chǎn)品熱耗最高，為50000～103600kj/kg。

(3)窯型向輥道化發(fā)展。在陶瓷行業(yè)中，使用較多的主要窯型有隧道窯、輥道窯及梭式窯三大類。過去，我國的墻地磚、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷都是用隧道窯燒成的。現(xiàn)在，墻地磚基本上都用輥道窯燒成，衛(wèi)生陶瓷輥道窯已在石灣幾個主要生產(chǎn)廠及國內(nèi)各瓷區(qū)的部分生產(chǎn)廠得到普遍推廣，日用陶瓷輥道窯已有上百條窯在廠家使用。輥道窯具有產(chǎn)量大、質(zhì)量好、能耗低、自動化程度高、操作方便、勞動強度低、占地面積小等優(yōu)點，是當今陶瓷窯爐的發(fā)展方向。過去，用匣缽隧道窯燒彩釉磚和瓷質(zhì)磚，年產(chǎn)量只有20萬～25萬m2，燒成能耗為(3000～4000)×4.18kj/kg。現(xiàn)在，用輥道窯燒成，年產(chǎn)量可達200萬～250萬m2，燒成能耗為(550～600)×4.18kj/kg，最低能耗可達(200～300)×4.18kj/kg;衛(wèi)生陶瓷隧道窯燒成能耗為2400×4.18kj/kg，輥道窯為1200×4.18kj/kg;日用陶瓷隧道窯燒成能耗為12000×4.18kj/kg，輥道窯為3500×4.18kj/kg。

(4)采用高效、輕質(zhì)保溫耐火材料及新型涂料。由于輕質(zhì)磚的隔熱能力是重質(zhì)耐火磚的2倍，蓄熱能力為重質(zhì)耐火磚的一半，硅酸鋁耐火纖維材料的隔熱能力則是重質(zhì)耐火磚的4倍，蓄熱能力僅為其11.48%，因而使用這些新型材料砌筑窯體和窯車，節(jié)能效果非常顯著。據(jù)文獻介紹，某廠隧道窯用輕質(zhì)高鋁磚及陶瓷纖維砌筑隧道窯，散熱降低69.9%，由占總能耗的20.6%下降到9.02%，節(jié)能達到16.67%，另一隧道窯，同樣用輕質(zhì)耐火材料對窯墻窯頂進行綜合保溫，窯墻厚度由原來的2m減到1．53m，窯體的散熱由原來占總能耗的25.27%下降到7.93%，僅此一項，每年可節(jié)約標準煤400t以上。另外，為了減少陶瓷纖維粉化脫落，可利用多功能涂層材料來保護陶瓷纖維，既達到提高纖維抗粉化能力，又增加窯爐內(nèi)傳熱效率，節(jié)能降耗。例如，熱輻射涂料(簡稱HRC)，在高溫階段，將其涂在窯壁耐火材料上，材料的輻射率由0.7升為0.96，每平方米每小時可節(jié)能33087×4.18kJ，而在低溫階段涂上HRC后，窯壁輻射率從0.7升為0.97，每平方米每小時可節(jié)能4547kcal。某廠在一條梭式窯中進行噴涂后，氧化焰燒成節(jié)能率可達26.3%，還原焰燒成節(jié)能率達18.22%。多功能涂層材料不但可提高紅外輻射能力，而且可以吸收廢氣中的有害成分NOx吸收率可達60%以上。

(5)改善窯體結(jié)構(gòu)。有資料表明，隨著窯內(nèi)高度的增加，單位制品熱耗和窯墻散熱量也不斷增加。如當輥道窯高度由0.2m升高至1.2m時，熱耗增加4.43%，窯墻散熱升高33.2%，故從節(jié)能的角度講，窯內(nèi)高度越低越好。隨著窯爐內(nèi)的寬度增大，單位制品的熱耗和窯墻的散熱減少。如當輥道窯窯內(nèi)寬度從1.2m增大到2.4m，單位制品熱耗減少2.9%，窖墻散熱降低25%，故在一定范圍內(nèi)，窯越寬越好。在窯內(nèi)寬度和高度一定的情況下，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。如當輥道窯的窯長由50m增加到100m時，單位制品熱耗降低1%，窯頭煙氣帶走熱量減少13.9%。隨著窯長的增加整個窯體的升降溫更加平緩，不但適用于燒成大規(guī)格制品，質(zhì)量穩(wěn)定，而且成倍地提高產(chǎn)量，故窯爐的發(fā)展越來越長，由早期的20～30m發(fā)展到200～300m。

(6)采用自動控制技術(shù)。采用自動控制技術(shù)是目前國外普遍采用的節(jié)能有效方法，它主要用于窯爐的自動控制。因而使窯爐的調(diào)節(jié)控制更加精確，對節(jié)省能源、穩(wěn)定工藝操作和提高燒成質(zhì)量十分有利，同時還為窯爐燒成的最優(yōu)化，提供了可靠的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)實踐證明，采用微機控制系統(tǒng)，能夠自動調(diào)節(jié)窯內(nèi)工況，自動控制燃燒過量空氣系數(shù)，使窯內(nèi)燃燒始終處于最佳狀態(tài)，減少燃料的不完全燃燒，減少廢氣帶走的熱量，降低窯內(nèi)溫差，縮短燒成時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗。計算表明，在排出煙氣中每增加可燃成分1%，則燃料損失要增加3%。如果能夠采用微機自動控制或儀表——微機控制系統(tǒng)，則可節(jié)能5%～10%。不足的是，對于窯內(nèi)各種參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，目前很少有深入研究，假如能用一個函數(shù)公式，利用電子計算機進行全面計算，用數(shù)字進行控制，在此基礎(chǔ)上選擇最佳的燒成方案，這對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗將大有好處。

(7)窯車窯具材料輕型化。隧道窯及大型梳式窯由于結(jié)構(gòu)特點需要窯車及窯具，燒衛(wèi)生潔具或外墻磚的輥道窯也需要墊板或棚架等窯具。窯車和窯具隨著制品在窯爐中被加熱及冷卻，窯車及車襯材料處于穩(wěn)態(tài)導熱過程，加熱時它阻礙和延遲升溫，消耗大量的熱量；冷卻時它阻礙和延遲降溫，釋放出大量熱能，而且這些熱能難以很好地利用。在工廠的生產(chǎn)實際使用中，每部窯車一般裝載制品的質(zhì)量僅占整車質(zhì)量的8%～10%，故窯車在窯中吸收大量的熱，并隨窯車帶出窯外，降低了熱效率。據(jù)測定，產(chǎn)品與窯具的質(zhì)量比越小，其熱耗越低。如產(chǎn)品／窯具=1/1.52，其熱耗為16.71MJ/kg;產(chǎn)品／窯具=1/1.82，其熱耗為27.21MJ/kg;而產(chǎn)品／窯具=1/7.1，其熱耗增至36.41MJ/kg。因此，采用輕質(zhì)耐火材料作為窯車和窯具的材料對節(jié)能具有重大的意義。

(8)采用潔凈液體和氣體燃料。目前，陶瓷窯爐中的燃料除了煤氣、輕柴油、重柴油外，還有的用原煤。據(jù)資料介紹，僅日用瓷，目前國內(nèi)仍有300鄉(xiāng)條隧道窯使用原煤，據(jù)統(tǒng)計每條燒煤隧道窯平均耗煤約3600t，全國300條窯共計耗煤108萬t，如果改為燒煤氣隧道窯可節(jié)約燃料60%，每年可節(jié)約煤炭64.8萬t。全國仍有200余條燒重油的隧道窯，每年共計耗油50萬t，折合標準煤70.8萬t，如果改為燒煤氣，可節(jié)約燃料30%～40%，每年可節(jié)約煤炭21.3萬～28.3萬t。可見采用潔凈的液體、氣體燃料，不僅是裸燒明焰快速燒成的保證，而且可以提高陶瓷的質(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。如果陶瓷廠在農(nóng)村地區(qū)，又能符合當?shù)丨h(huán)境保護部門的要求，那么噴霧塔的燃料用水煤漿代替重油，生產(chǎn)成本將大幅度降低(水煤漿每噸約420元，熱值4000×4.18kj/kg，重油每噸為1800元，熱值10000×4.18kj/kg)。另外，將水煤氣應用于窯爐燒成，比使用燒柴油節(jié)約成本50%以上。

(9)充分利用窯爐余熱。衡量一座窯爐是否先進的一個重要標準就是有沒有較好的余熱利用。據(jù)窯爐熱平衡測定數(shù)據(jù)顯示，僅煙氣帶走的熱量和抽熱風帶出的熱量占總能耗的60%～75%。如果將燒重油隔焰隧道窯預熱帶、隔焰道的煙氣和冷卻帶抽出的余熱送人隧道干燥器干燥半成品，可提高熱利用率20%左右；若將明焰隧道窯排出的360℃煙氣，先經(jīng)金屬管換熱，再把溫度降至180t的廢氣送地炕換熱，使排出的廢氣溫度降至60℃，將換熱的熱風送半成品干燥，可節(jié)約燃料15%;若能利用蓄熱式燃燒技術(shù)將明焰隧道窯的熱空氣供助燃，不但可改善燃料燃燒，提高燃燒溫度，而且可降低燃耗6%～8%。

國外對煙氣帶走的熱量和冷卻物料消耗的熱量（占總窯爐耗能的50%—60%），這一部分數(shù)量可觀的余熱利用較好，明焰隧道窯冷卻帶余熱利用可達1047～1256kj/kg，占單位產(chǎn)品熱耗的20%—25%。目前，國外將余熱主要用于干燥和加熱燃燒空氣。利用冷卻帶220～250℃的熱空氣供助燃，可降低熱耗2%～8%，這不但能改善燃料的燃燒，提高燃料的利用系數(shù)，降低燃料消耗，還提高了燃燒溫度，并為使用低質(zhì)燃料創(chuàng)造了條件。

(10)采用高速燒嘴。采用高速燒嘴是提高氣體流速，強化氣體與制品之間傳熱的有效

措施，它可使燃燒更加穩(wěn)定，更加完全，燃燒產(chǎn)物以100m/s以上的高速噴人窯內(nèi)，可使窯內(nèi)形成強烈的循環(huán)氣流，強化對流換熱，增大對流換熱系數(shù)，以改善窯內(nèi)溫度在垂直方向和水平方向上的均勻性，有利于實現(xiàn)快速燒成，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，一般可比傳統(tǒng)燒嘴節(jié)約燃料25%～30%。對于燒重油的窯爐，則可采用重油乳化燃燒技術(shù)，便重油燃燒更加完全，通過乳化器的作用后，把水和重油充分乳化混合，成油包水的微小霧滴，噴入窯內(nèi)產(chǎn)生“微爆效應”，起到二次霧化的作用，增大了油和水的接觸面積，使混合更加均勻，且燃燒需要的空氣量減少，基本消除了化學不完全燃燒，有利于提高燃燒溫度及火焰輻射強度，摻油率為13%～15%，節(jié)油率可達8%～10%。

(11)采用一次燒成新工藝。近年來，我國不少陶瓷企業(yè)在釉面磚、玉石磚、水晶磚、滲花磚、大顆粒和微粉磚的陶瓷工藝和燒成技術(shù)上取得重大突破，實現(xiàn)了一次燒成新工藝，減少了素燒工序，燒成的綜合能耗和電耗下降30%以上，大大節(jié)約了廠房和設備投資，而且大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

(12)加強窯體密封性和窯內(nèi)壓力。加強窯體密封和窯體與窯車之間、窯車與窯車之間的嚴密性，降低窯頭負壓、保證燒成帶處于微正壓，減少冷空氣進入窯內(nèi)，從而減少排煙量，降低熱耗。經(jīng)計算，煙道匯總出的過量空氣系數(shù)由5減小到3時，在其他條件不變的情況下，煙氣帶走熱量從30%降為18%，節(jié)能12%。

(13)微波輔助燒結(jié)技術(shù)。微波輔助燒結(jié)技術(shù)是通過電磁場直接對物體內(nèi)部加熱，而不像傳統(tǒng)方法那樣熱能是通過物體表面間接傳人物體內(nèi)部，故熱效率很高（一般從微波能轉(zhuǎn)換成熱能的效率可達80%～90%），燒結(jié)時間短，因此可以大大降低能耗，達到節(jié)能效果。例如，AI2O3的燒結(jié)，傳統(tǒng)方法需加熱幾個小時而微波法僅需3～4min。據(jù)報道，英國某公司有一種新型的陶瓷窯爐生產(chǎn)與制造技術(shù)，該窯爐最大的特點在于：它不僅采用了當今世界上微波燒結(jié)陶瓷的最新技術(shù)，而且采用了傳統(tǒng)的氣體燒成技術(shù)。它在傳統(tǒng)窯爐中把微波能和氣體燃燒輻射熱有機結(jié)合起來，這樣既解決了微波燒成不容易控制的問題，又解決了傳統(tǒng)窯爐燒成周期長、能耗大等問題。據(jù)介紹，這種窯爐適用于高技術(shù)陶瓷及其他各種陶瓷的燒成，可達到快速燒成、減少能耗、降低成本的目的。