陶瓷燒成中的節(jié)能技術(shù)

1引言

中國陶瓷工業(yè)產(chǎn)量在世界上遙遙領(lǐng)先，2012年我國陶瓷磚總量達到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2～3億t，占全國總能耗的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)自動控制技術(shù)的采用;

(6)更先進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：當輥道窯內(nèi)高由0.2m升高至1.2m時，熱耗增加4.43%，窯墻散熱升高33.2%，窯內(nèi)高度增加會引起通道內(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1m以上，其上、下溫差，特別是預(yù)熱帶內(nèi)的上、下溫差高達300~500℃。某引進全纖維、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：當輥道窯窯內(nèi)寬從1.2m增大到2.4m時，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，把原來兩條長140m、內(nèi)寬2.4m的輥道窯改為一條長為250m、內(nèi)寬為3.1m的輥道窯，單窯年產(chǎn)量比原來兩條窯總產(chǎn)量高，達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5136.89tce。潮州市新高陶瓷窯爐窯具研究所和四通集團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窯爐長度

當窯內(nèi)寬和內(nèi)高一定的情況下，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%，窯頭熱煙氣帶走熱量減少13.9%。輥道窯長度低于100m，產(chǎn)量5000m2左右，長度超過100m產(chǎn)量可達10000m2，長200～300m，產(chǎn)量可達20000m2，長300m以上，產(chǎn)量可達25000～30000m2，故早期的窯爐均為幾十米長，現(xiàn)在的輥道窯最長達450m，隧道窯長140m以上。因此，應(yīng)重點研究和優(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，以達到節(jié)能、實現(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、氣流流動順暢。氣流的流動靠布置一定的擋火墻及閘板以改變氣流的流動及氣流的攪拌，由于窯通道矮，一般為30~50cm，故氣體流動阻力大。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，故無法發(fā)揮輻射傳熱的優(yōu)點。實踐經(jīng)驗證明，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68.8%。是隧道窯燒成熱耗1.71tce/t瓷的1/6。