4．陶瓷制品燒成過程中的節能措施

眾所周知，陶瓷工業生產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能技術進行分析。

(1)采用低溫快燒技術。在陶瓷生產中，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。據熱平衡計算，若燒成溫度降低100℃，則單位產品熱耗可降低10%以上，且燒成時間縮短10%，產量增加10%，熱耗降低4%。因此，在陶瓷行業中，應用低溫快燒技術，不但可以增加產量，節約能耗，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溫度低的坯料、玻化溫度低的釉料，改進現有生產工藝技術，建造新型的結構性能好的窯爐，以實現低溫快燒技術，降低能耗。

目前，一些陶瓷窯爐采用低溫快燒技術以后，其燒成周期從最初設計的50多分鐘至70多分鐘，調整到20多分鐘，產量幾乎翻了一倍多，相應的單位產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，可見節能效果十分明顯。

(2)采用裸裝明焰燒成按術。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，由于火焰所產生的熱不能直接與制品作用，以致窯內溫度不均勻，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過程，使熱氣體和制品之間直接傳熱、傳質。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，也消除了匣缽占據的空間，增大了窯爐的裝坯容積，提高了生產能力。以隧道窯為例，根據熱平衡測定，明焰裸裝單位產品熱耗最低，為4000～15500kj/kg;其次是隔焰裸裝，為19800～76700kj/kg;而明焰缽裝窯單位產品熱耗最高，為50000～103600kj/kg。

(3)窯型向輥道化發展。在陶瓷行業中，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、衛生陶瓷、日用陶瓷都是用隧道窯燒成的。現在，墻地磚基本上都用輥道窯燒成，衛生陶瓷輥道窯已在石灣幾個主要生產廠及國內各瓷區的部分生產廠得到普遍推廣，日用陶瓷輥道窯已有上百條窯在廠家使用。輥道窯具有產量大、質量好、能耗低、自動化程度高、操作方便、勞動強度低、占地面積小等優點，是當今陶瓷窯爐的發展方向。過去，用匣缽隧道窯燒彩釉磚和瓷質磚，年產量只有20萬～25萬m2，燒成能耗為(3000～4000)×4.18kj/kg。現在，用輥道窯燒成，年產量可達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、輕質保溫耐火材料及新型涂料。由于輕質磚的隔熱能力是重質耐火磚的2倍，蓄熱能力為重質耐火磚的一半，硅酸鋁耐火纖維材料的隔熱能力則是重質耐火磚的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，節能效果非常顯著。據文獻介紹，某廠隧道窯用輕質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%，節能達到16.67%，另一隧道窯，同樣用輕質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，又增加窯爐內傳熱效率，節能降耗。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能4547kcal。某廠在一條梭式窯中進行噴涂后，氧化焰燒成節能率可達26.3%，還原焰燒成節能率達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)改善窯體結構。有資料表明，隨著窯內高度的增加，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%，故從節能的角度講，窯內高度越低越好。隨著窯爐內的寬度增大，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，窯越寬越好。在窯內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格制品，質量穩定，而且成倍地提高產量，故窯爐的發展越來越長，由早期的20～30m發展到200～300m。

(6)采用自動控制技術。采用自動控制技術是目前國外普遍采用的節能有效方法，它主要用于窯爐的自動控制。因而使窯爐的調節控制更加精確，對節省能源、穩定工藝操作和提高燒成質量十分有利，同時還為窯爐燒成的最優化，提供了可靠的數據。生產實踐證明，采用微機控制系統，能夠自動調節窯內工況，自動控制燃燒過量空氣系數，使窯內燃燒始終處于最佳狀態，減少燃料的不完全燃燒，減少廢氣帶走的熱量，降低窯內溫差，縮短燒成時間，提高產品質量，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，則可節能5%～10%。不足的是，對于窯內各種參數之間的函數關系，目前很少有深入研究，假如能用一個函數公式，利用電子計算機進行全面計算，用數字進行控制，在此基礎上選擇最佳的燒成方案，這對于提高產品質量、節能降耗將大有好處。

(7)窯車窯具材料輕型化。隧道窯及大型梳式窯由于結構特點需要窯車及窯具，燒衛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態導熱過程，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。在工廠的生產實際使用中，每部窯車一般裝載制品的質量僅占整車質量的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。據測定，產品與窯具的質量比越小，其熱耗越低。如產品／窯具=1/1.52，其熱耗為16.71MJ/kg;產品／窯具=1/1.82，其熱耗為27.21MJ/kg;而產品／窯具=1/7.1，其熱耗增至36.41MJ/kg。因此，采用輕質耐火材料作為窯車和窯具的材料對節能具有重大的意義。

(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。據資料介紹，僅日用瓷，目前國內仍有300鄉條隧道窯使用原煤，據統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約燃料60%，每年可節約煤炭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，可節約燃料30%～40%，每年可節約煤炭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量，大大節約能源。更重要的是，可以減少對環境的污染。如果陶瓷廠在農村地區，又能符合當地環境保護部門的要求，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。據窯爐熱平衡測定數據顯示，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，可節約燃料15%;若能利用蓄熱式燃燒技術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，降低燃料消耗，還提高了燃燒溫度，并為使用低質燃料創造了條件。

(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，它可使燃燒更加穩定，更加完全，燃燒產物以100m/s以上的高速噴人窯內，可使窯內形成強烈的循環氣流，強化對流換熱，增大對流換熱系數，以改善窯內溫度在垂直方向和水平方向上的均勻性，有利于實現快速燒成，提高產品的產量和質量，一般可比傳統燒嘴節約燃料25%～30%。對于燒重油的窯爐，則可采用重油乳化燃燒技術，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，噴入窯內產生“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上取得重大突破，實現了一次燒成新工藝，減少了素燒工序，燒成的綜合能耗和電耗下降30%以上，大大節約了廠房和設備投資，而且大幅度提高了產品質量。

(12)加強窯體密封性和窯內壓力。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，從而減少排煙量，降低熱耗。經計算，煙道匯總出的過量空氣系數由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%，節能12%。

(13)微波輔助燒結技術。微波輔助燒結技術是通過電磁場直接對物體內部加熱，而不像傳統方法那樣熱能是通過物體表面間接傳人物體內部，故熱效率很高（一般從微波能轉換成熱能的效率可達80%～90%），燒結時間短，因此可以大大降低能耗，達到節能效果。例如，AI2O3的燒結，傳統方法需加熱幾個小時而微波法僅需3～4min。據報道，英國某公司有一種新型的陶瓷窯爐生產與制造技術，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陶瓷的最新技術，而且采用了傳統的氣體燒成技術。它在傳統窯爐中把微波能和氣體燃燒輻射熱有機結合起來，這樣既解決了微波燒成不容易控制的問題，又解決了傳統窯爐燒成周期長、能耗大等問題。據介紹，這種窯爐適用于高技術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。