风火窑烧制过程对生态环境的影响

张雪峰 宫小龙 冯青

摘 要：文本对景德镇古窑民俗博览区的风火窑以松柴为燃料烧制过程中所用到的柴量进行了记载，同时每隔10分钟对窑内匣钵不同方位上中下温度进行测量；每上升100℃对窑内温度进行数据记录，同时在有限时间段内对烟囱里排出的烟气成分通过烟气分析仪进行了分析研究，详细掌握窑炉耗能过程后，最后对窑炉烧制过程中存在的优缺点结合响应国家的号召作出分析。

关键词：烧制过程;窑内温度；烟气成分;耗能过程

1 前言

人类不断地学习，革新固有的思想，景德镇的陶瓷窑炉在短短几十年内发生了举世瞩目的改变，从最初的柴窑到柴煤混烧窑、煤窑、煤改气隧道窑、燃油隧道窑，再到清洁的液化气窑。当瓷厂的柴窑悄然熄灭时，主导中国陶瓷烧制1000多年的窑炉，柴窑彻底熄火，柴窑完全退出历史舞台。从唐宋元明清五个朝代到1996年瓷厂的柴窑结束，瓷都的柴窑火世代燃烧，烧了很长的岁月，窑火终于熄灭。虽然松柴火窑的火已经熄灭，但松柴火窑的火始终在景德镇人民心中。现在我们再次开启松柴窑，再次点燃松柴窑的火。我们秉着承担起发扬柴窑文化、保护国家级非物质文化遗产、弘扬传统烧瓷柴窑的责任。

松柴窑结构复杂，工艺要求较高。现在世界上能制造窑炉的大师很少。师傅要烧好一窑瓷器，需要几十年的技巧。观察火的走势、测量温度和控制大气都是基于视觉、听觉和经验。如果他粗心，他可能会失去前面所做的所有工作。然而，正是由于柴窯烧瓷方法成本高、风险高，柴窑陶瓷才受到更多人的喜爱。松柴窑烧制的产品被视为珍品，在国际上享有很高的盛名。景德镇风火窑就属于典型的松柴窑如图1所示正在装窑。烧制需满足一满二烧三熄火，即码匣满窑、投柴烧炼、适时熄火。这三步，相辅相成，步步关键。满窑前需将瓷坯放入匣钵如图2所示，随后将匣钵送入窑内，按一定规则堆叠码放如图3所示，这满窑的奥秘，就在于对火路的通盘设计。火路，是指匣钵之间的缝隙，每排及每柱匣柱之间留有三指至一拳左右的间距，便于火焰穿行。匣柱间用碎匣片蘸匣钵泥作横向支撑，形成两两支撑的稳定系统，以防高温下匣柱因重心不稳而侧向倒塌。满窑时，每满几排匣柱后，需错位满装一排，使快速穿行的火焰产生湍流，避免匣柱单侧受热。满窑完毕后，还需在窑头架设临时火床。火床架设完毕后，其上码放一部分供点火用的窑柴，然后即可封砌窑门。窑门自下而上依次留有灰溜门、子门、投柴口和镶嵌大器匣钵的窑眼，以备烧窑操作与看火之需。窑门封好后，用黄泥涂敷并填平缝隙。 即可点火烧窑。

2.风火窑的结构

风火窑？又名锦窑。由于火焰从前向后平流而动，又称平焰窑。窑身全长16.5～18m，宽（最宽）4.6～5m，高（最高）5.4m，窑底 （床） 前端低，后端略高，倾斜度为1°30′～3°。窑前正中设有高3m，宽0.6～0.7m的窑门，窑门内有一个宽约1.1～1.2m，长0.7～0.8m长方形火坑，其火坑低于窑底1m左右。火坑上面是搭设临时炉栅的位置。火坑往后是窑头、大肚、窝里、小肚、从里到挂窑口、余堂（烟囱底部）。但窑底宽度一般大于窑身，而在“大肚区域，窑身则略大于窑底。其余部位都均衡收缩到挂窑口。烟囱在挂窑口及窑尾上方，烟囱高度等于窑的长度约16.5～18m（窑底算起），烟囱上下截面都似蛋形，出口面积为1.75～2㎡。烟囱顶部呈钢笔尖形，尖头指向窑前，囱壁厚度8～8.5cm称“薄壁”烟囱。

3 烟气分析仪测烟气

凭借烟气分析仪检测燃烧过程中高温烟气的成分，掌握窑炉燃烧参数，通过对燃烧参数的综合分析，燃烧参数有氧气（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO 2 ）等，这些参数表征了窑炉燃烧状况。一氧化碳（CO）的含量是燃料是否充分燃烧的关键参数，氧气（O 2 ）的含量是参与燃烧的助燃氧气输入多少的直接反映。一般情况下，需要尽量少生成一氧化碳（CO），且尽量少地留下氧气（残氧），目的在于使窑炉燃烧趋近于理想燃烧区域，提高燃烧效率节能降耗、降低成本。一般而言，窑炉烟气测量的环境十分苛刻，而烟气分析仪的传感器十分精密，一旦传感器因烟气浓度过量而过载，就会损坏烟气分析仪传感器。我们使用Tes340型烟气分析仪[1]对公司的窑炉进行了残余氧、一氧化碳等测试。测试数据如表1所示。

从检测结果看，窑炉残氧量较高，氧气用量过剩。7月16日根据检测结果对窑炉燃烧参数进行调整，降低氧气用量，将窑炉的氧燃比（氧气与高温烟气的比值）下调0.1，检测前后的数据对比见表2。

调整窑炉氧燃比后，窑炉温度显著提高。通过燃烧曲线图如图4所示分析

（1）在右边区域，过剩空气越多，则使燃料得到充分燃烧。从而生成的CO量就会变少，但过多过剩的空气会带走烟气，造成过剩燃烧。

（2）在左边区域，过剩空气越少，可以减少过剩空气带走的热量，但过少的过剩空气会导致燃烧不充分，导致生成CO的含量增多，造成不完全燃烧 。

（3）只有在 中间 的区域 内，过剩 空气 带走 的热损失与不完全燃烧造 成 的热损 失之和达 到最小，称为理想燃烧 区域 ，燃料与空气比最符合燃烧。

通过提高氧燃比能很大程度提高燃烧效率，符合国家节能减排战略思想。节能减排 ，一直是政府高度重视的战略课题 ，各行各业 各级政府均有节能减排的任务指标 。[2]

4 风火窑利弊分析

风火窑主要是以松木[3]为燃料 ，松木内含油脂，耐燃烧，能量较高。[4]最初的瓷厂和古窑瓷厂还在继续使用这种窑。主要应用于烘焙高档彩色釉瓷。该窑是中国三大陶瓷窑之一。这是中国传统窑炉的独特风格。属于平焰窑[5]。窑内各部位的火焰走势和温度分布大致可分为高、中、低火位，这样的设计能装载和烧制出大型产品，能满足人类的各种所需。它烧制的瓷器低油耗、结构简单、成本低、色泽好、亮度高。另一个特点是窑体内外有间隙，起到隔热和防止窑壁开裂的作用。它烧制出产品颜色高雅大气，受到中外人士的高度赞扬。窑工师傅凭借多年的烧制经验加上古人留下的智慧，使得风火窑越来越得到社会各界人士的一致好评。风火窑虽然能烧制出独树一帜的成品，但是为了响应国家号召，柴烧产生的烟气污染物太严重，不利于保护自然环境，所以风火窑一个月只烧制一次，窑工师傅也一直在摸索如何通过最少的柴量烧制出最高的成品。

5 窑改对环境的影响

中华人民共和国成立后，景德镇陶瓷产业凭借独特地理环境迅速崛起，生产规模跟随松木的使用量不断扩大。当时，景德镇人曾想尽各种办法组织了大量采木工人在山里较难砍伐的地方砍伐松树，但有个很棘手的问题是松柴的使用量供不应求。于是景德镇人改变固有的思想决定改造陶瓷工业窑炉，即将烧瓷所用的燃料由煤取代松柴。松柴的特点是耐燃烧，火力大，烧出来的瓷器色泽光亮，非常高端大气。而煤窑作为一项新技术。经过反复试验表明，煤窑的温度高于柴窑。煤窑的最高温度可达到1350℃以上，而柴窑的最高的温度为1200℃左右。煤窑虽然最高温度比柴窑高，但是煤窑烧制的瓷器的颜色和亮度不如柴窑的好，特别是煤窑烧成的琉璃陶瓷的质量明显不如柴窑烧出来的。一直摸索着走的景德镇人组织技术人员和多年烧瓷的窑工师傅，把柴窑与煤窑所有的优势结合在一起，逐一攻破煤窑所遇到的质量问题。柴窑向煤窑的推进，提高了景德镇陶瓷工业的生产效率，从而生产出更多的瓷器使景德镇瓷器走出景德镇走向全国跨向世界。

由于当时煤炭价格较低，燃煤成本比燃柴低约20%，再加上煤炭资源丰富，有效克服了陶瓷所需能源的问题。柴窑改为煤窑，使景德镇周边森林得以休养，生态环境极速改善。由于当时砍伐的松木都是马尾松林，马尾松是一种容易生长的树种，景德镇四周的山上几年时间里就树木丛生，百草风茂。随着社会的不断革新，煤矿已不能满足生态环境的要求。因此，煤窑被气窑取代，这样更进一步使景德镇生态环境得以改善。我们都知道虽然工业为人类作出了巨大贡献，但它也对人类赖以生存的环境产生了极具破坏性影响。景德镇人引以为豪的陶瓷产业也不例外，对景德镇生态环境造成了巨大破坏。为此景德镇人做了一个数据采集。景德镇市区30多平方公里的城市建成区内有600多座烟囱。每个燃煤窑的烟囱排放的烟尘最大浓度超过每立方米7000mg，是国家标准的35倍。每个燃煤隧道窑烟囱排放的烟尘最大浓度超过10000mg，是国家标准的43倍。月自然降尘量高达56.2t/km2，如果一年不清理，烟尘厚度可达30-40cm。景德镇人意识到，煤窑所带来的环境污染问题非常大，而且也确实给老百姓造成了生存影响。

景德镇人民全面落实科学发展观，走人与自然和谐共生的发展道路，让陶瓷企业从城市退到园区，拆除所有工业燃煤窑炉和烟囱，以清洁卫生的气体能源替代煤炭能源，让景德镇再次成为一个生态环境良好的地区。这是景德镇陶瓷工业窑炉的又一次大的变化。生态环境是人类生存和发展的根本。有了良好的生态环境，瓷都景德镇市民过上了舒适的生活，外国投资者在景德镇投资也会感到舒适。景德镇人不断努力，让绿水青山一步步靠近金山银山。所有工业燃煤窑炉和烟囱统统被拆除，以清洁卫生的气体能源取代煤炭能源。[6]就这样一步步的改进，景德镇从一个重污染的工业城市变成一个“国家卫生城市”、“国家园林城市”、“全国优秀旅游城市”。虽然一段时间以来，陶瓷企业的经济效益和城市的陶瓷生产受到影响，但景德镇人民力求上进，全面贯彻落实中国共产党的重要发展理念，通过转变经济发展战略，走上了振兴景德镇陶瓷之路，通过科技和产业集群推广陶瓷。如今，景德镇没有因为陶瓷工业窑炉的改造而影响陶瓷企业的经济效益和城市陶瓷产业的规模，而是迎来了陶瓷昔日的春光。金山银山景德镇被人们守住了，景德镇也实现了山清水秀、城美的绿水青山。党的十七大以来将生态文明写入了党史。生态文明是继物质文明、精神文明和政治文明之后的又一文明。生态文明的提出，是我们党为子孙后代创造良好生态环境，让全体人民喝上干凈水、呼吸新鲜空气，实现子孙后代可持续发展的以人为本执政理念的体现。在市政府的坚强领导下，瓷都景德镇人民生活过得越来越甜美，全世界各地的游客来到景德镇，无论是乘飞机、坐火车还是驾车从高速公路来，都被景德镇优美的生态环境所感染。他们可以尽情地享受着灿烂的阳光，每天喝上甘甜的山泉水，呼吸着温馨的空气的同时学习景德镇千年的文化底蕴。这也是景德镇人所期待的共同愿景！

6 小结

我国近些年正加大力度治理环境，各企业深刻响应国家号召，不断改进力求在科学发展中谋求一条最合理的理想道路，本文对景德镇古窑民俗博览区的风火窑以松柴为燃料烧制过程中所用到的柴量进行了大致记载，同时每隔10min对窑内匣钵不同方位上中下温度进行测量；目的是观测匣钵温度对陶瓷烧制均匀性的监测，每上升100℃对窑内温度进行数据记录，也为日后研究窑内温度对匣钵的影响留下了数据，在有限时间段内对烟囱里排出的烟气成分通过烟气分析仪进行了分析研究，最终确立最佳氧燃比，以提高燃烧效率，减少烟气污染物排放对环境的影响。详细掌握窑炉耗能过程后，对窑炉烧制过程中存在的优缺点结合响应国家的号召做出分析，窑改一直在路上，不断改进寻求一条符合国家可持续发展，为子孙后代造福的一条光明道路。

参考文献

[1]张铁柱，邵胜利.利用烟气分析仪辅助玻璃窑炉节能减排[J].玻璃纤维，2011（02）：8-10.

[2]王龙，蒋学悟，刘海韬.浅谈通过烟气分析技术辅助玻璃窑炉节能减排的经验[C].安徽：2007中国浮法玻璃及玻璃新技术发展研讨会，2007-10.

[3]李豪.新型节能环保柴气混烧窑的结构研究及数值模拟 （硕士学位论文）[D].江西：景德镇陶瓷大学，2020.

[4]刘振群.窑炉的改进和古陶瓷发展的关系 [J]. 华南工学院学报. 1978：74-83.

[5]高风田.美国玻璃纤维窑炉烟囱排放物的测定[J].玻璃.1987：43-49.

[6]廖学建，吕思凯.临沂市对陶瓷工业窑炉推行清洁燃烧技术改造[J].中国资源综合利用.2004：6-7.

Influence of Firing Process in air fired Kiln on Ecological Environment

ZHANG Xue-feng，GONG Xiao-long，FENG 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