陶瓷燒成中的節(jié)能技術(shù)

1引言

中國(guó)陶瓷工業(yè)產(chǎn)量在世界上遙遙領(lǐng)先，2012年我國(guó)陶瓷磚總量達(dá)到90億m2，衛(wèi)生潔具2億件，日用陶瓷300億件，工藝美術(shù)陶瓷50億件，均占全球的60%以上，總能耗達(dá)2～3億t，占全國(guó)總能耗的3%～5%。

窯爐是陶瓷企業(yè)最關(guān)鍵的熱工設(shè)備，也是耗能最大的設(shè)備，干燥及燒成中的能耗占陶瓷生產(chǎn)總能耗的60%～80%，窯爐設(shè)備能耗的水平，主要取決于窯爐的結(jié)構(gòu)與燒成技術(shù)，其中窯爐的結(jié)構(gòu)是根本，燒成技術(shù)是保證;只有使兩者合理的搭配才能既保證窯爐燒成質(zhì)量的提高，又減少能源消耗。窯爐型式主要有梳式窯或倒焰窟、隧道窯及輥道窯。

陶瓷窯爐燒成中的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)：

(1)窯爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化;

(2)燒成技術(shù)的創(chuàng)新;

(3)燒嘴的選用;

(4)余熱回收利用;

(5)自動(dòng)控制技術(shù)的采用;

(6)更先進(jìn)的保溫材料和涂層技術(shù)的研究開發(fā)等。

2窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1窯爐內(nèi)高

隨著窯爐內(nèi)高的增加，單位制品熱耗和窯墻散熱量也增加。如：當(dāng)輥道窯內(nèi)高由0.2m升高至1.2m時(shí)，熱耗增加4.43%，窯墻散熱升高33.2%，窯內(nèi)高度增加會(huì)引起通道內(nèi)溫度分層，增大窯內(nèi)熱氣流的上、下分層，特別是隧通窯，有的內(nèi)高達(dá)1m以上，其上、下溫差，特別是預(yù)熱帶內(nèi)的上、下溫差高達(dá)300~500℃。某引進(jìn)全纖維、燒衛(wèi)生潔具輥道窯就是因窯內(nèi)通道太高，溫差太大無(wú)法燒成，不得不把窯內(nèi)高度整體下降，才解決燒成質(zhì)量問題，所以從燒成質(zhì)量控制、節(jié)能降耗的角度講，窯內(nèi)高度越低越好。

2.2窯爐內(nèi)寬

隨著窯爐內(nèi)寬度的增大，單位制品熱耗和窯墻散熱減少。如：當(dāng)輥道窯窯內(nèi)寬從1.2m增大到2.4m時(shí)，單位制品熱耗減少2.9%，窯墻散熱降低25%。如把輥道窯的內(nèi)寬由2.5m擴(kuò)大到3.0m，每天產(chǎn)量則可以從10000m2增加到15000m2，窯體散熱面積由1206m2增加到1422m2，每生產(chǎn)1m2磚，窯墻散熱面積由0.1206m2減少到0.0948m2;如果窯墻外表面溫度與環(huán)境的溫度差不變，則窯體外壁的散熱損失可減少27.2%。例如，中窯為佛山某企業(yè)改造內(nèi)墻磚燒成窯爐，把原來(lái)兩條長(zhǎng)140m、內(nèi)寬2.4m的輥道窯改為一條長(zhǎng)為250m、內(nèi)寬為3.1m的輥道窯，單窯年產(chǎn)量比原來(lái)兩條窯總產(chǎn)量高，達(dá)135789t，單位產(chǎn)品能耗由改造前的171.19kgce/t降為133.36kgce/t，一年單窯的節(jié)能量達(dá)5136.89tce。潮州市新高陶瓷窯爐窯具研究所和四通集團(tuán)陶瓷股份有限公司合作，建造一條可裝載內(nèi)寬為2.26m、可裝載高度為0.95m、長(zhǎng)為63.8m燒衛(wèi)生潔具隧道窯，取代兩條內(nèi)寬為0.95m、內(nèi)高0.95m、長(zhǎng)為68.5m的兩條隧道窯，燒成產(chǎn)品品種相同，使用燃料相同，裝載方式相同，單窯產(chǎn)量比原來(lái)兩條還多，單耗由0.468kgce下降為0.219kgce，下降將近50%，窯爐的熱效率由19.01%提高到40.65%，提高了一倍多。所以在一定范圍內(nèi)，窯越寬越好;窯越寬，節(jié)能率越高，故只要能很好地解決斷面溫差的問題，寬體窯是發(fā)展的方向。

2.3窯爐長(zhǎng)度

當(dāng)窯內(nèi)寬和內(nèi)高一定的情況下，隨著窯長(zhǎng)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(dāng)輥道窯的窯長(zhǎng)由50m增加到100m時(shí)，單位制品熱耗降低1%，窯頭熱煙氣帶走熱量減少13.9%。輥道窯長(zhǎng)度低于100m，產(chǎn)量5000m2左右，長(zhǎng)度超過100m產(chǎn)量可達(dá)10000m2，長(zhǎng)200～300m，產(chǎn)量可達(dá)20000m2，長(zhǎng)300m以上，產(chǎn)量可達(dá)25000～30000m2，故早期的窯爐均為幾十米長(zhǎng)，現(xiàn)在的輥道窯最長(zhǎng)達(dá)450m，隧道窯長(zhǎng)140m以上。因此，應(yīng)重點(diǎn)研究和優(yōu)化窯爐結(jié)構(gòu)，減少能耗，并逐步縮小窯內(nèi)各斷面的溫差，加快燒成周期，以達(dá)到節(jié)能、實(shí)現(xiàn)低碳的目的。

2.4平頂和拱頂

早期輥道窯多數(shù)采用平頂?shù)醮u方式，施工方便、氣流流動(dòng)順暢。氣流的流動(dòng)靠布置一定的擋火墻及閘板以改變氣流的流動(dòng)及氣流的攪拌，由于窯通道矮，一般為30~50cm，故氣體流動(dòng)阻力大。特別在燒成帶，通道不高，降低熱輻射層厚度，因在高溫段的傳熱方式以輻射傳熱為主，約占總傳熱中80%左右，故無(wú)法發(fā)揮輻射傳熱的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，寬窯的高溫段采用拱頂結(jié)構(gòu)，可增加輻射層厚度，大大地有利輻射傳熱，拱頂結(jié)構(gòu)的傳熱有利于燒成帶溫差的減小，而在低溫段采用平頂結(jié)構(gòu)，有利于低溫段溫度的均勻，特別是把這兩種窯頂結(jié)構(gòu)相結(jié)合，更有利于窯內(nèi)氣流的攪拌和溫度的均勻，減少窯內(nèi)溫差。

2.5加強(qiáng)窯體的密封和窯壓的控制

窯體的密封可減小窯內(nèi)熱氣體的外流和冷氣體的滲入，既有利于減小窯內(nèi)溫差的形成，又有利于節(jié)能、穩(wěn)定窯內(nèi)壓力分布，特別有利于氣氛燒成。潮州興業(yè)陶瓷有限公司成功地把輥道窯應(yīng)用于日用陶瓷的還原氣氛燒成，其關(guān)鍵便是窯的密封及不同窯段窯壓的控制。

2.6窯車窯具的輕質(zhì)化

(1)隧道窯窯車熱損失占總能耗的10%～15%，較好的隧道窯低蓄熱窯車只有傳統(tǒng)窯車重量的1/3，蓄熱量的2/7，節(jié)能量可達(dá)17%。

(2)燒日用瓷隧道窯，窯具質(zhì)量是產(chǎn)品的2倍以上，最多達(dá)5.4倍。

(3)燒外墻磚墊板由10.5mm厚改為7.3mm(最薄為6.5mm)，每塊重由4kg減為2.3kg，節(jié)能18.7%。

(4)某廠把輥道窯輥棒及間距改為小輥間距省去墊板承燒，節(jié)能可達(dá)60%。故在燒衛(wèi)生瓷、日用瓷、工藝美術(shù)瓷等可以把多條梭式窯改為隧道窯或輥道窯燒成，而且可以大大地節(jié)約能耗。

2.7窯型的選擇很關(guān)鍵

潮州興業(yè)陶瓷利用輥道窯進(jìn)行日用瓷的快速高溫還原燒成，節(jié)能顯著，單耗0.294tce/t瓷，窯爐熱效率達(dá)68.8%。是隧道窯燒成熱耗1.71tce/t瓷的1/6。