日用陶瓷生产过程中的节能技术

2010-03-11陈再辉刘华兰贺鹏徐刚

中国陶瓷工业 2010年6期

陈再辉刘华兰贺鹏徐刚

（湖南出入境检验检疫局醴陵办事处，湖南醴陵412200）

1 引言

我国是日用陶瓷生产大国，日用陶瓷产量居世界第一，然而陶瓷行业是我国的高耗能行业，日用陶瓷又因其生产工序多、产品烧成温度较高等原因，产品单位能耗居陶瓷行业之首，是建筑卫生陶瓷的2～5倍，这种状况严重制约着日用陶瓷工业的健康发展。随着全社会对能源和环境的日益重视，在实现节能的同时保证行业的持续发展是陶瓷企业面对的重大课题。

2 原料加工过程中的节能技术

目前，陶瓷原料加工主要是使用间歇式球磨机作为细磨设备，其内衬主要用燧石衬。因此，有很大的潜力可以挖掘。如采用连续式、大吨位的球磨机进行细磨，产量可提高10倍以上，电力消耗可下降80％。同时，球磨机的内衬采用橡胶衬，既减小球磨机的负荷，又增加球磨机的有效容积，可以提高产量，降低电耗。另外，通过加入高效减水剂、助磨剂和水的比例，既可缩短球磨时间，又可节电35％左右[1]。

3 成型过程中的节能技术

当前，日用陶瓷成型工艺有滚压成型、注浆成型、塑压成型、等静压成型、高压注浆成型、微波注浆成型和激光快速成型，其中后半部分具有较大的发展和应用前景。从效率、节能和成熟程度等考虑，等静压成型是目前最理想的成型方法，其具有瓷质结构均匀致密、质量高、工序简单、无杂质、抗弯强度高、可成型复杂形状、尺寸精确、生产周期短、耗能低等优点，取消了石膏模和干燥工序、能适应于多种产品的生产等。用等静压机生产直径为22厘米的产品，每小时约600件，不需石膏模，坯件光洁规正，不需加工干燥，可直接由自动生产设备送到窑车上，从而大幅度地节约能源，缩短生产周期，降低成本[1]。

4 干燥过程中的节能技术

表1 传统干燥与微波干燥比较Tab.1 Com parison between traditionaldrying and m icrowave drying

陶瓷的干燥是陶瓷生产工艺中非常重要的工序之一。据统计，干燥过程中的能耗占燃料总消耗的15％以上，故干燥过程的节能是关系到企业节能的大事[2]。陶瓷的干燥速度快、节能、优质，无污染等是新世纪对干燥技术的基本要求。日用陶瓷工业的干燥经历了自然干燥、室式烘房干燥，到现在的各种热源的连续式干燥、远红外干燥、太阳能干燥和微波干燥技术。其中微波干燥技术备受关注，微波干燥中微波可以穿透物料内部，使内外同时受热，蒸发时间比常规加热大大缩短，可以最大限度的加快干燥速度，极大地提高生产效率。由此节约了大量的能源消耗，且微波能源利用率高，对设备及环境不加热，仅对物料本身加热，运行成本比传统干燥低。从表1可以看出，在相同的功率下，微波干燥与传统干燥相比具有干燥时间短、能耗少、产量高等优点[2-4]。

但微波干燥在大能量长时间照射下，对人体健康带来不利影响。因此，单独采用微波干燥有它的优劣之处。为了更好的发挥微波技术的优点，可采用混合加热或混合干燥技术。如在快速干燥室内，增加微波发生器。在坯体的升温阶段，微波发生器以最大功率运行，在很短的时间内使坯体温度升高。然后逐渐减少微波功率，而热风干燥以最大强度运行，这样总的加热时间将减少50％，总能耗并没有增加，而且坯体合格率高。

用两种或两种以上的干燥方法联合使用，可以大大加快干燥速度，节约能源，例如把辐射干燥与高速热气流定向喷射交替进行；如把高频感应加热、辐射和气流三结合进行干燥；又如把微波干燥与对流干燥结合进行干燥。

5 烧成过程中的节能技术

从日用陶瓷工业各道生产工序的能耗分布状况来看：烧成工序占陶瓷生产总能耗的60％以上，可见日用陶瓷生产能耗主要集中在制品烧成工序。

5.1 积极开发低温快烧原料

在陶瓷生产中，烧成温度越高，能耗就越高。据热平衡计算，烧成温度降低100℃，单位产品热耗可降低10％以上，烧成时间缩短10％，产量增加10％。由此可见，降低陶瓷产品的烧成温度对于节能具有十分重要的意义。低温烧成的陶瓷产品，关键在于开发和利用低温原料。目前日用陶瓷厂大量生产镁质瓷，其烧成温度约1200℃左右，瓷质白，光泽度高，热稳定性好，膨胀系数低，可生产薄型的产品，因此可有效节能。目前各国陶瓷研究机构已成功筛选出许多种低温陶瓷原料及低温熔剂原料。现在已知可用作低温烧成坯体原料的常规陶瓷矿物原料有硅灰石、透辉石、透闪石、绢云母粘土、叶蜡石、珍珠岩等。

在烤花工艺过程中，使用低温花纸。目前花纸烤花温度一般都在500℃以上，但是也有采用新工艺烤花温度在200℃左右的花纸，烧成时间1.5～2小时。

5.2 采用合理的烧成技术

目前陶瓷的烧成技术主要分为一次烧成和二次烧成。一次烧成的主要工艺：生坯施釉→干燥后入窑→高温一次烧成。相对于二次烧成，一次烧成技术减少了素烧工序，更加节能，而且可以解决陶瓷釉面后期龟裂的问题，延长产品的使用寿命。传统日用陶瓷生产多为一次烧成，但随着产品档次和质量要求的提高，二次烧成工艺采用也很普遍。我们应该在陶瓷工艺和烧成技术上取得突破，实现一次烧成新工艺，保证产品的质量，烧成的综合能耗和电耗将下降很多。

5.3 选用清洁高效的燃料

我国陶瓷工业的传统燃料是煤，不仅能源利用效率低、生产成本高，而且给环境造成较大的污染。因此，陶瓷工业的燃料应从固体燃料向清洁气体、液体燃料转变，如柴油、煤油、天然气、液化石油气、焦炉煤气、水煤气等。采用清洁的气体、液体燃料，不仅是裸装明焰快速烧成工艺的保证，而且可以提高产品质量、节约能源，更重要的是可以减少对环境的污染。表2是烧成温度为1370℃时，气体燃料与煤、重油能耗的对比数据，可以看出，采用洁净气体为燃料时，节能降耗效果明显。

表2 气体燃料与煤、油能耗对比Tab.2 Energy consum ption com parison between gas，coaland oil firing

5.4 采用先进燃烧设备

5.4.1 选择合适的窑炉和结构

窑炉是日用陶瓷生产主要耗能设备，近十几年以来，陶瓷窑炉技术的快速发展和窑炉燃料的天然气化，其耗能大幅下降，能源利用率由上世纪80年代的不到20％提高到30％以上，但与国外发达国家陶瓷工业50％左右的能源利用率相比，仍有较大差距。目前，日用陶瓷生产中使用较多的窑炉是隧道窑、辊道窑、梭式窑三大类。其中，辊道窑具有产量大、质量好、能耗低、自动化程度高等优点，是目前陶瓷窑炉的主要发展方向。表3是烧成温度为1370℃时，辊道窑和隧道窑的能耗对比数据。从表3中可以看出，在采用相同的装烧方式的情况下，辊道窑的单位能耗还是比新型隧道窑要低。

5.4.2 选择合适的装窑方式

目前，我国陶瓷窑炉烧成方式主要有：钵装明焰、裸装隔焰和裸装明焰。根据试验，裸装明焰烧成方式最节能。明焰裸烧烟气与制品之间直接传热，减小了传热阻热，大大提高了传热速度，从而有利于缩短烧成周期，提高窑炉生产能力，因此，单位产品的耗能低。

5.4.3 高速节能烧嘴

窑炉中的烧嘴是燃料燃烧的关键设备。一般油烧嘴需要雾化，燃油在雾化后再与助燃风混合后燃烧，由于雾化的好坏变化，容易结焦，需要定期清理，影响烧成质量。而高速节能气烧嘴，燃气和空气在窑炉内部产生强大的热量和气流搅动，两种气体经过充分混合，可以提高火焰质量，从而节约能源和提高产品质量。与传统油烧嘴相比，高速节能气烧嘴具有燃烧效率高，燃烧污染物少，火焰刚性强，噪音小，不回火，不脱火，燃气流量调节范围宽，燃烧器操作弹性大等优点。

5.4.4 合理选择耐火保温材料

选择合理的保温材料对延长窑炉的使用寿命、节能降耗有很大的影响。如轻质陶瓷纤维与重质耐火砖相比，重量轻、导热系数小，重量只有轻质材料的1/6，容重为传统耐火砖的1/25，蓄热量为砖砌式炉衬的1/30～1/10，窑外壁温度可降到30℃～60℃。在节能方面，从总耗能的20.6％下降到16.67％。另外，在窑炉中使用多功能涂层材料，如热辐射涂料，可以在提高陶瓷纤维的抗粉化能力情况下提高窑炉内的传热效率。如在高温阶段，将热辐射涂料涂在窑壁耐火材料上，材料的辐射率由0.7升到0.96升，可节能138.3MJ/m2·h；而在低温阶段涂上热辐射涂料后，窑壁辐射率由0.7升到0.97升，可节能20MJ/m2·h[1，2]。

表3 窑炉能耗对比Tab.3 Energy consum ption com parison between kilns

采用轻质耐火材料制作窑车和窑具对节能降耗非常重要。产品与窑具的重量比越小，其热耗越高。窑车应使用蓄热低、容重小、强度高、隔热性能好的材料来制备，同时选择合适的窑车车衬材料。据报道，采用全硅酸铝耐火纤维做车衬时，产品热耗仅为采用重质砖的59.1～66.3％[2]。

表4 改造前窑炉产能及单位能耗表Tab.4 The production capacity and energy consum ption per unit productof the kiln before renovation

表5 改造后窑炉产能及单位能耗表Tab.5 The production capacity and energy consum ption per unit productof the kiln after renovation

5.4.5 余热综合利用

余热利用在国外很受重视，视其为陶瓷工业节能的主要环节。如果利用窑炉的余热解决原料和陶瓷制品的干燥，热风助燃，陶瓷生产的综合能耗可降低30％左右。另外，冷却带的余热可以全部抽去干燥石膏模具和陶瓷制品，排出的废烟气也可经过换热器，变成干净的热风再去干燥制品。特别是隧道窑、辊道窑这类窑炉，窑头烟气带走热和窑尾热风抽出带走热两项相加的热量占窑炉总能耗的60～70％。因此，如果这部分热量利用得好，对节能指标的实现将产生很大的贡献。目前，国内外将余热回收后主要应用于坯体、物料干燥和加热助燃空气方面，以及安装锅炉制热水。欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置，进行窑尾余热的再回收利用；对于排烟废热的利用，也有不少企业采用换热器将热量收集后输送到所需的场所，其综合节能的效果可使窑炉热效率达到80％以上。

5.4.6 窑炉的自动控制技术

窑炉的自动控制技术是目前国内外普遍采用的、有效的节能方法，它主要用于窑炉的自动控制。窑炉采用智能化的计算机进行自动控制，可稳定窑炉的温度、湿度、窑内氧浓度、气氛、压力，提高产品质量，可节约能源。

6 节能改造实例

以某日用陶瓷公司为例，为实现节能进行了相关项目的改造。通过优化燃烧系统，以液化石油气代替煤炭作为燃料实现了无匣明焰烧制和烤花，同时通过对窑炉改造和综合利用余热系统，大幅度降低了单位能耗，其改装前后的单位能耗表见表4、表5。改造后干燥所需能源全部利用窑炉余热，窑炉采用全轻质耐火保温材料，自动控制系统，高效节能烧嘴，多喷嘴上下交错布置，窑炉温度均匀，制品上下同时加热，产品烧成缺陷大幅降低，烧成合格率由原来的90％提高到95％以上，节能效果显著。