曾令可+李萍+王慧+劉艷春+程小蘇+劉平安

摘 要：陶瓷窯爐燒成過程消耗的能源占陶瓷制備總能耗的60%以上，要想使陶瓷行業(yè)節(jié)能降耗并實(shí)現(xiàn)低碳，陶瓷窯爐是關(guān)鍵。本文針對(duì)陶瓷窯爐燒成過程的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行全面的分析，為陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)陶瓷行業(yè)的節(jié)能目標(biāo)做努力。

關(guān)鍵詞：陶瓷窯爐；節(jié)能減排；窯爐結(jié)構(gòu)；燒成技木

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0.2 m升高至1.2 m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)1 m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1.2 m增大到2.4 m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2.5 m擴(kuò)大到3.0 m，每天產(chǎn)量則可以從10000 m2增加到15000 m2，窯體散熱面積由1206 m2增加到1422 m2，每生產(chǎn)1 m2磚，窯墻散熱面積由0.1206 m2減少到0.0948 m2；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(zhǎng)140 m、內(nèi)寬2.4 m的輥道窯改為一條長(zhǎng)為250 m、內(nèi)寬為3.1 m的輥道窯，單窯年產(chǎn)量比原來兩條窯總產(chǎn)量高，達(dá)135789 t，單位產(chǎn)品能耗由改造前的171.19 kgce／t降為133.36 kgce／t，一年單窯的節(jié)能量達(dá)5136.89 tce。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2.26 m、可裝載高度為0.95 m、長(zhǎng)為63.8 m燒衛(wèi)生潔具隧道窯，取代兩條內(nèi)寬為0.95 m、內(nèi)高0.95 m、長(zhǎng)為68.5 m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0.468 kgce下降為0.219 kgce，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50 m增加到100 m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100 m，產(chǎn)量5000 m2左右，長(zhǎng)度超過100 m產(chǎn)量可達(dá)10000 m2，長(zhǎng)200～300 m，產(chǎn)量可達(dá)20000 m2，長(zhǎng)300 m以上，產(chǎn)量可達(dá)25000～30000 m2，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)450 m，隧道窯長(zhǎng)140 m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30~50 cm，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10.5 mm厚改為7.3 mm（最薄為6.5 mm），每塊重由4 kg減為2.3 kg，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0.294 tce／t瓷，窯爐熱效率達(dá)68.8％。是隧道窯燒成熱耗1.71 tce／t瓷的1／6。

3 燒成技木的創(chuàng)新

3.1采用低溫快燒技術(shù)

在陶瓷生產(chǎn)中，燒成溫度越低，能耗就越低。據(jù)熱平衡計(jì)算，若燒成溫度降低100 ℃，則單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上，且燒成時(shí)間縮短10%，產(chǎn)量增加10%，熱耗降低4%。因此，應(yīng)用低溫快燒技術(shù)，不但可以增加產(chǎn)量，節(jié)約能耗，而且還可以降低成本，實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)。如佛山某企業(yè)和華南理工大學(xué)合作，采用超低溫配方燒成，將現(xiàn)有的建筑陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度降低約200 ℃，達(dá)到1000 ℃以下燒成，單位制品的能耗降低25%，每公斤瓷能耗為3～5 MJ，僅為普通燒成技術(shù)的75%左右，大大降低了生產(chǎn)成本。潮州把衛(wèi)生潔具燒成溫度由1280 ℃降低到1200 ℃，節(jié)能達(dá)15％，生產(chǎn)成本下降5％。

3.2一次燒成技術(shù)

采用一次燒成技術(shù)比一次半燒成(900 ℃左右低溫素?zé)?，再高溫釉?和兩次燒成更節(jié)能，綜合效果更佳。同時(shí)，可以解決制品的后期龜裂，延長(zhǎng)制品的使用壽命，制品的合格率也大大提高。如廣東某建筑陶瓷企業(yè)自從實(shí)現(xiàn)一次燒成后，燒成的綜合燃耗和電耗都下降30%以上，鷹牌陶瓷把二次燒成的微晶玻璃復(fù)合板改為一次燒成，節(jié)能率達(dá)43％，大大節(jié)約了設(shè)備和其它設(shè)施的投資，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3采用裸裝明焰燒成技術(shù)

目前我國(guó)陶瓷窯爐燒成方式主要有：缽裝明焰、裸裝隔焰和裸裝明焰。其燒成方式各有特點(diǎn)。日用瓷、工藝美術(shù)瓷、衛(wèi)生潔具等在隧道窯、輥道窯內(nèi)的燒成均采用裸裝明燒，相對(duì)于匣缽裝燒可以大大減少燒成的能耗。

3.4采用玻璃制備工藝制備玻璃陶瓷

潮州三元陶瓷等企業(yè)應(yīng)用玻璃熔制工藝生產(chǎn)玻璃陶瓷，取消了礦物燃料，沒有有害廢氣排出污染環(huán)境，采用電加熱熔制，熔爐為六角形，分三層，每層三組鉬電極，對(duì)角通電加熱熔煉，采用連續(xù)加料并增加配合料層厚度，盡量降低料面層溫度，既有利于各揮發(fā)性氣體或物質(zhì)冷凝并貯存在配合料中，不易揮發(fā)污染環(huán)境及保證加配合料成分的穩(wěn)定，又可保護(hù)熱量的外逸耗散，減少氟化物和熱量的散發(fā)，節(jié)約原料和能源，降低了生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。生產(chǎn)工藝與周期比普通日用陶瓷可縮減80％，可節(jié)省燃料70％以上。

3.5采用潔凈液體和氣體燃料

采用潔凈的液體、氣體燃料，不僅是裸裝明焰快速燒成的保證，而且可以提高陶瓷的燒成質(zhì)量，大大節(jié)約能源，更重要的是可以減少對(duì)環(huán)境的污染。采用潔凈氣體作為燃料，節(jié)能降耗明顯。

3.6采用可替代的低價(jià)燃料

在單位產(chǎn)品燃料費(fèi)用中，燒煤高達(dá)1.197元/kg產(chǎn)品；重油0.138元/kg產(chǎn)品；發(fā)生爐冷煤氣0.0997元/kg產(chǎn)品，因而應(yīng)在保證環(huán)保的前提下發(fā)展發(fā)生爐冷煤氣。其不僅價(jià)格低廉，而且燃燒效率高，燃料消耗低，但由于水煤氣中含氮量高，熱值較低，燃燒時(shí)產(chǎn)生廢氣量較大，引起排煙熱損失大。

值得注意的是，近幾年發(fā)展迅速的二甲醚（DME），其是以煤為原料生產(chǎn)的一種新型潔凈能源，特點(diǎn)主要體現(xiàn)在燃燒性能好、熱效率高；燃燒過程中無(wú)殘液、無(wú)黑煙；成本低、節(jié)能顯著等優(yōu)勢(shì)，以及具備比液化石油氣（LPG）更多的優(yōu)點(diǎn)，取代液化石油氣作為民用及工業(yè)用燃料已成可能。我們?cè)谌沼锰沾蔁芍羞M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果可以節(jié)能12%左右。云南省已在某些瓷區(qū)推廣使用DME。

3.7采用先進(jìn)的燃燒設(shè)備

采用高速燒嘴提高氣體流速，是強(qiáng)化氣體與制品之間傳熱的有效措施，一般可比傳統(tǒng)燒嘴節(jié)約燃料25%～30%。

目前，高速燒嘴朝著高效節(jié)能低污染發(fā)展，如高效節(jié)能環(huán)保型蓄熱式燒嘴，其可以節(jié)約燃料20%～40%，減少?gòu)U氣的排放溫度和減少?gòu)U氣的大量排放，達(dá)到節(jié)能高效低污染效果。

預(yù)混式二次燃燒器空氣過剩系數(shù)控制在1.05~1.2，節(jié)能率達(dá)9.8%，已列入國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣項(xiàng)目。

3.8微波輔助氣體燒成技術(shù)

微波輔助氣體燒成技術(shù)(MAGF)是一種較實(shí)用、合理的燒成方法。微波被用來加熱制品，使制品從內(nèi)到外快速升溫，燃?xì)猱a(chǎn)生輻射熱源，使坯體表面升溫，防止表面熱損失而使溫度偏低，減少制品中不均勻性溫度分布的產(chǎn)生。采用微波輔助氣體燒成技術(shù)，制品的熱應(yīng)力和非均質(zhì)性比普通工藝要低得多，溫度分布均勻，而且由于坯體內(nèi)外溫差小，可快速燒成，故能耗低。據(jù)資料報(bào)道，采用MAGF技術(shù)燒成可增產(chǎn)4倍，節(jié)能70%以上，能源成本下降40%，有害物質(zhì)的揮發(fā)量大大減少，而且由于燒成中的熱應(yīng)力小，產(chǎn)品的機(jī)械性能亦有所改善。

3.9富氧燃燒技術(shù)

針對(duì)陶瓷燒成的燃燒技術(shù)，一般認(rèn)為，助燃空氣中的氧氣含量大于21%所采取的燃燒技術(shù)，簡(jiǎn)稱為富氧燃燒技術(shù)。燃料在富氧狀態(tài)下能降低燃點(diǎn)溫度，且使燃燒速度加快，燃燒完全，從而提高了火焰強(qiáng)度，獲得較好的熱傳導(dǎo)。由于采用富氧燃燒技術(shù)，燃燒相對(duì)完全，火焰長(zhǎng)度相對(duì)縮短，火焰上部溫度降低，減輕了窯爐、蓄熱室的熱負(fù)荷，即減輕了對(duì)其的侵蝕，窯爐壽命相應(yīng)延長(zhǎng)。采用富氧空氣后可以適當(dāng)減少二次助燃風(fēng)量，從而減少了廢氣排放量，也就減少了廢氣帶走的熱量，提高了熱效率，達(dá)到節(jié)能的目的，進(jìn)而達(dá)到減少二氧化碳的排放達(dá)到低碳目標(biāo)。

我們利用梭式窯進(jìn)行富氧燃燒實(shí)驗(yàn)，節(jié)能率達(dá)21％，和番禺忠信世紀(jì)玻纖有限公司合作在玻纖池窯上應(yīng)用全氧燃燒，節(jié)能率達(dá)30％以上。

3.10高溫空氣燃燒技術(shù)

HTAC技術(shù)，即高溫空氣燃燒技術(shù)，是一種將回收煙氣余熱與高效燃燒、降低NOX排放等技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)余熱極限回收和極限降低NOX排放量的燃燒技術(shù)，在陶瓷行業(yè)也得到較快的發(fā)展。在陶瓷窯爐上采用高溫空氣燃燒技術(shù)，可以擴(kuò)展火焰燃燒區(qū)域，使?fàn)t膛內(nèi)溫度均勻，從而爐膛的平均溫度增加，加強(qiáng)了爐內(nèi)傳熱，導(dǎo)致在同樣長(zhǎng)度的爐子上其產(chǎn)品的產(chǎn)量可以提20%以上；由于燃燒過程在爐膛空間內(nèi)才開始出現(xiàn)，降低了燃燒噪音，同時(shí)加熱了助燃空氣，使得煙氣中NOX量大大減少。使用高溫空氣燃燒技術(shù)，能夠平均節(jié)能達(dá)25%以上，燃料節(jié)約率可達(dá)50%～60%，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

我們?cè)谒笫礁G上，用蜂窩多孔陶瓷做成換熱器，節(jié)能率達(dá)26%左右。

4 余熱回收利用技術(shù)

采用先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，降低陶瓷窯爐排煙熱損失是實(shí)現(xiàn)工業(yè)窯爐節(jié)能的主要途徑。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煙氣余熱利用主要用于干燥、烘干制品和生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)。采用換熱器回收煙氣余熱來預(yù)熱助燃空氣和燃料，具有降低排煙熱損失、節(jié)約燃料和提高燃料燃燒效率、改善爐內(nèi)熱工過程的雙重效果。一般認(rèn)為:空氣預(yù)熱溫度每提高100℃，即可節(jié)約燃料5%。

（1） 在換熱器中用煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣

煙氣余熱加熱助燃空氣和煤氣在日用瓷、衛(wèi)生瓷、工藝美術(shù)瓷都可應(yīng)用，窯頭廢煙氣熱交換結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

利用煙囪排放的廢熱氣循環(huán)進(jìn)入熱交換器進(jìn)行熱交換處理，干凈并被加熱的空氣作為預(yù)熱帶的熱氣幕或助燃風(fēng)，部分作為干燥窯熱風(fēng)，廢煙氣中的廢物和水份在熱交換器中因?yàn)闇囟冉档投练e被消化，使煙囪的廢熱氣溫度降低排量減少。

（2） 設(shè)置預(yù)熱段或輥道干燥窯，用煙氣余熱干燥濕坯：建筑陶瓷常用。

（3） 設(shè)置余熱鍋爐，用煙氣余熱生產(chǎn)蒸汽；電瓷、日用瓷、美術(shù)瓷。

（4） 加熱空氣作為烘干坯件的熱源：日用瓷、美術(shù)瓷、衛(wèi)生瓷。

1）日用陶瓷輥道窯中應(yīng)用

日用陶瓷輥道窯冷卻帶采用平頂結(jié)構(gòu)，窯體尾部在740℃的階段之后，鋪滿無(wú)縫不銹鋼管，在管內(nèi)鼓入冷空氣，通過不銹鋼管壁的熱交換，吸收窯尾熱氣，被加熱后的熱風(fēng)分三條管路輸送至坯體烘干線，用以烘干進(jìn)窯前的陶瓷濕坯體。

2） 衛(wèi)生陶瓷燒成中應(yīng)用

衛(wèi)生陶瓷燒成中，在冷卻帶結(jié)構(gòu)處理方面，除了采取延長(zhǎng)冷卻段比例外，還在冷卻帶的窯體內(nèi)層墻和內(nèi)層頂部采用耐熱金屬波紋板，將窯爐內(nèi)腔和窯車制品隔離，形成馬福式窯墻（如圖2所示），由于截面大、且車速快，從燒成段帶入冷卻段的熱量大，若得不到很好冷卻，會(huì)造成出窯產(chǎn)品溫度過高易產(chǎn)生產(chǎn)品風(fēng)裂，如果冷卻得太快，即鼓冷風(fēng)量太大，不符合燒成產(chǎn)品的冷卻曲線要求，則會(huì)產(chǎn)生炸裂等缺陷。所以，一方面需延長(zhǎng)冷卻帶長(zhǎng)度，即延長(zhǎng)了降溫周期，另一方面，要盡量減少鼓入的冷風(fēng)對(duì)燒成產(chǎn)品的影響，故在冷卻段相當(dāng)一部分長(zhǎng)度采用耐熱波紋板做成的內(nèi)金屬墻的馬福壁板，把燒成的產(chǎn)品連窯車一起包封起耒，波紋板和窯內(nèi)壁形成一空腔，冷卻風(fēng)在空腔內(nèi)流動(dòng)，通過波紋板間接冷卻燒成后的制品，既提高了熱交換效率，加快了降溫速度，又有利于提高推車速度，減少冷卻風(fēng)對(duì)坯體的直接影響。

（5） 利用煙氣余熱發(fā)電和供暖：電瓷、衛(wèi)生瓷

（6） 利用冷卻帶余熱作為噴霧塔干燥熱源可取代原有的熱風(fēng)爐 ：建筑陶瓷

5 先進(jìn)的燃燒器是關(guān)鍵

噴嘴使用時(shí)的溫度控制容易出現(xiàn)偏差。由于高溫火焰流因浮力而上升，形成窯內(nèi)溫度上高下低，使熱電偶檢測(cè)到的溫度偏高，故造成熱電偶所連接的儀表顯示溫度與窯內(nèi)制品實(shí)際溫度發(fā)生很大的偏差。采用新型高速噴嘴或脈沖燒成技術(shù)，可以使窯內(nèi)溫度變得均勻，減小了窯內(nèi)上下溫差，不但能縮短燒成周期，降低能耗，而且可以提高制品的燒成效果。特別對(duì)于寬斷面的窯爐，采用脈沖比例燒嘴或高速燒嘴；對(duì)于燒成用水煤氣的寬斷面輥道窯，采用我們研制的二次預(yù)混式燒嘴，不但可以減小窯斷面溫差，而且可以節(jié)約能源10%左右。

6 選用高效的保溫材料和涂層技術(shù)

窯體熱損失主要分為蓄熱損失與散熱損失。對(duì)于間歇式窯爐來說兩者均存在，但連續(xù)式窯爐僅存在散熱損失。減少熱損失的主要措施是加強(qiáng)窯體的有效保溫。并且在保證窯墻外表溫度盡可能低的情況下，選用最合理最經(jīng)濟(jì)的材料以取得最薄的窯墻結(jié)構(gòu)。高性能保溫材料或絕熱材料在陶瓷窯爐上的應(yīng)用，將使陶瓷窯爐的窯墻結(jié)構(gòu)發(fā)生革命性的變化，不但可以減少窯墻的蓄散熱，而且可以大大地減薄窯壁的厚度，使窯壁的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。

采用納米保溫棉的導(dǎo)熱系數(shù)為0.036w／(m·k)，比常用的保溫棉0.15w／(m·k)小近3倍，窯墻可減薄75mm，窯爐外表溫度下降5℃，可達(dá)到1:4的效果。

另外，為了提高陶瓷纖維抗粉化能力，增加窯爐內(nèi)傳熱效率，節(jié)能降耗，可使用多功能涂層材料，如熱輻射涂料。在高溫階段，將其涂在窯內(nèi)壁的耐火材料上，材料的輻射率由0.7提高到0.96，可節(jié)能138.3MJ/h；而在低溫階段涂上該涂料后，窯內(nèi)壁輻射率從0.7提高到0.97，可節(jié)能19.0MJ/h。

7 計(jì)算機(jī)模擬和智能控制技術(shù)

通過計(jì)算機(jī)對(duì)陶瓷制品的燒成過程進(jìn)行模擬，可以對(duì)窯爐結(jié)構(gòu)，燒嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。利用計(jì)算機(jī)對(duì)在不同燒成制度、窯爐保溫性能等條件下的窯內(nèi)傳熱過程情況進(jìn)行模擬，可以找出它們對(duì)窯內(nèi)傳熱過程影響的定量關(guān)系。加強(qiáng)對(duì)陶瓷燒成過程的精確控制，利用智能模糊控制及計(jì)算機(jī)一體化控制技術(shù)做到有的放矢，可以大大提高生產(chǎn)效率，減少能源的消耗和浪費(fèi)，而且可以達(dá)到控制有害氣體排放的目的。 在陶瓷窯爐中采用多變量模糊控制技術(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)操作工人的操作起到了較好的指導(dǎo)作用，同時(shí)為生產(chǎn)車間的管理提供了科學(xué)的手段，大大加強(qiáng)了車間生產(chǎn)管理水平，還能夠降低窯爐的燃料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。按生產(chǎn)實(shí)踐證明，理想的控制系統(tǒng)可以節(jié)能5%～10%。

8 其他節(jié)能低碳技術(shù)

8.1陶瓷薄型化

陶瓷的簿型化，除了瓷磚外，也包括日用瓷、衛(wèi)生陶瓷和電瓷等。目前市面上的大規(guī)格陶瓷磚厚度一般都在10 mm以上，大規(guī)格瓷片也在10 mm左右，而大規(guī)格拋光磚厚度則超過14 mm，“磚王”甚至厚達(dá)25 mm。如果瓷磚厚度由10 mm降到8 mm，按目前我國(guó)墻地磚90億m2年產(chǎn)量計(jì)算，瓷磚減薄了20％，則每年可節(jié)約原料3600～6000萬(wàn)t，同時(shí)每年的綜合能耗可減少約1530頓標(biāo)準(zhǔn)煤，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都非?？捎^，瓷磚的薄型化將成為行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。蒙娜麗莎是國(guó)內(nèi)陶瓷薄板的先行者，一經(jīng)推出，就在行業(yè)內(nèi)引發(fā)了一場(chǎng)節(jié)能減排的風(fēng)暴；超薄板磚一般規(guī)格為1000 mm×3000 mm，厚度3～6 mm，比傳統(tǒng)的陶瓷磚每平方米節(jié)約原料30%~60%，節(jié)約用水63%，節(jié)約用電26%，減少污染物排放70%以上。

8.2陶瓷廢料的資源化應(yīng)用

瓷磚的減輕不僅可以通過減薄來實(shí)現(xiàn)，還可以通過改變瓷磚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。目前輕質(zhì)磚是采用陶瓷生產(chǎn)廢料為主要原料，通過加入特殊的發(fā)泡材料，在高溫下燒制而成的一種具有陶瓷性能、比重小的功能性新型保溫裝飾材料。輕質(zhì)新型建材與同類產(chǎn)品相比，單位面積建筑陶瓷材料用量降低50％以上，節(jié)約60％以上的原料資源，降低綜合能耗50％以上，主要性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可廣泛運(yùn)用。2009年以來陸續(xù)面市的輕質(zhì)磚包括歐神諾的輕質(zhì)磚、晶立方及蒙娜麗莎的QQ板等產(chǎn)品，在拋光磚的廢渣循環(huán)利用上取得了突破。

梅州某陶瓷企業(yè)用廢瓷和低品位原種制備青花瓷，廢料利用率20%~30％，燒成溫度降低50~80℃，節(jié)能15%~20％。潮州某企業(yè)利用30%~35％的廢瓷和尾礦制備衛(wèi)生陶瓷，燒成溫度1210℃，綜合節(jié)能10％，年節(jié)標(biāo)煤560 t，CO2減少排放20％，年減少排放1250 tCO2，年處理工業(yè)廢料17500 t，廢料15000 t，尾礦2500 t。窯爐熱效率48.57％，余熱利用率39.29％，燒成工序能耗162.8kgce／t瓷。

佛山摩德娜科技有限公司利用工業(yè)固廢及陶瓷廢料作原料，用濕法擠出成型技術(shù)制備陶板，與傳統(tǒng)半干壓成型方法相比較，可節(jié)約用水50％，節(jié)省燃料25％，節(jié)電18％，固廢排放可減少20％，固廢利用率可達(dá)50％。

9 因紅外熱成像測(cè)試熱工設(shè)備外表面溫度場(chǎng)

9.1窯墻外壁溫度的測(cè)試

輥道窯作為近三十年發(fā)展起來的新型快速連續(xù)式工業(yè)窯爐，目前已廣泛應(yīng)用于建筑陶瓷、日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中。為計(jì)算輥道窯墻體散熱，不僅需要知道各層耐火材料和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系，還要知道窯墻內(nèi)外壁面的溫度。而外壁面溫度值的獲取，一直是陶瓷熱工技術(shù)人員所面臨的一個(gè)難題。為此，選取某建筑陶瓷廠正常運(yùn)行的輥道窯作為測(cè)試對(duì)象，嘗試使用先進(jìn)的紅外熱像儀對(duì)高溫區(qū)窯墻外表溫度進(jìn)行測(cè)試，不僅可以直觀的看到墻壁整體的溫度分布情況，還能獲得整體壁面的溫度平均值和所需的各點(diǎn)溫度值。圖3是輥道窯燒成帶輥棒上和輥棒下外墻表面溫度的熱像圖。

從圖3中可以看出，棍棒位置周圍是溫度最高區(qū)域，越靠近棍棒外表溫度就越高；而棍棒上整個(gè)區(qū)域的外表面平均溫度為86.8 ℃，輥棒下外表面為87.5 ℃。利用日本產(chǎn)DRKC THERMOMETER表面測(cè)溫儀（－50～999 ℃）進(jìn)行相關(guān)點(diǎn)的測(cè)溫，即從每個(gè)測(cè)試區(qū)域內(nèi)的不同位置選取了六個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取點(diǎn)溫度測(cè)試，每個(gè)點(diǎn)的具體溫度見表1所示；輥棒上外墻表面六個(gè)點(diǎn)溫度的平均值為87.07 ℃，輥棒下外墻表面六個(gè)點(diǎn)的平均值為90.63 ℃。由此可以看出，通過測(cè)點(diǎn)溫度后取平均值所獲的溫度都要高于紅外熱像儀對(duì)整個(gè)平面溫度測(cè)試后由儀器通過數(shù)據(jù)處理后所取平均值。取點(diǎn)測(cè)試由于取點(diǎn)位置的不同以及取點(diǎn)數(shù)的多少都會(huì)對(duì)最后的測(cè)試結(jié)果有很大影響，如把測(cè)量點(diǎn)放在靠近輥棒端頭處，溫度可過300 ℃以上。而利用紅外熱像儀對(duì)整個(gè)表面溫度進(jìn)行掃描后取區(qū)域的平均值，實(shí)際上是測(cè)試面積內(nèi)每個(gè)光點(diǎn)溫度的平均值，不僅測(cè)試結(jié)果更精準(zhǔn)，還可以同時(shí)獲得整個(gè)外墻表面溫度分布的直觀熱像圖。

另外，從熱像圖中可以清楚地看出，在每一根棍棒的周邊形成一個(gè)圓環(huán)，在圓環(huán)處的溫度特別高，有的點(diǎn)高達(dá)400～600 ℃。這是因?yàn)楣靼舨粩噢D(zhuǎn)動(dòng)，使填塞在棍棒與棍棒磚之間的保溫棉間形成縫隙，由于窯內(nèi)為微正壓，火焰便從縫隙中往外露—即所謂的漏熱現(xiàn)象。故加強(qiáng)此處保溫棉的填塞和維護(hù)是關(guān)鍵。

表1是圖3中熱像圖中測(cè)試區(qū)域在不同位置選取的六個(gè)點(diǎn)的溫度及其平均值，另外表格的最后一欄為紅外熱像儀對(duì)整個(gè)測(cè)試區(qū)域面所測(cè)試的平均溫度值，其值都低于取點(diǎn)測(cè)試取平均溫度值。

圖4是輥道窯燒成帶某一段區(qū)域包括輥上和輥下外側(cè)墻的溫度分布熱像圖。從圖中可以看出，窯墻外壁中間靠近棍棒位置的溫度最高，越往輥上、輥下兩側(cè)溫度越低。同樣由表1可知，其整個(gè)表面的平均溫度為67.8 ℃，不僅比取點(diǎn)測(cè)試后的平均溫度70.13 ℃要低，而且比單獨(dú)測(cè)試輥上外表面或者輥下外表面的平均溫度值要低得多，更接近實(shí)際窯墻外表溫度值。

由上述結(jié)果分析可得，采用先進(jìn)的紅外熱像儀來測(cè)試輥道窯外墻表面溫度，不僅可以獲得整個(gè)外墻表面的熱像圖，可以直觀的看到整個(gè)的溫度分布情況；還可以獲得整個(gè)區(qū)域的面平均溫度值以及所需要的各點(diǎn)溫度值，為研究輥道窯保溫以及其他陶瓷窯爐高溫區(qū)域外墻表面溫度分布情況及窯墻材料選擇優(yōu)劣提供一種更直觀、更精確的方法。

9.2輥道窯用管道外表溫度測(cè)試

我國(guó)陶瓷窯爐的余熱利用率都比較低，在30～40%之間，與國(guó)外先進(jìn)窯爐有一定的差距。目前我國(guó)陶瓷窯爐余熱的利用大部分都是用于生坯的干燥，其余多余的熱煙氣都是直接排出窯外，且煙氣的溫度普遍較高，造成大量能源的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排工作，需要盡量降低排煙溫度，同時(shí)對(duì)余熱管道做好保溫措施。為此，采用紅外熱像儀對(duì)燒成墻地磚輥道窯的余熱風(fēng)機(jī)及其管道進(jìn)行測(cè)試，為提高窯爐余熱利用提供一種新的研究方法。

圖5是輥道窯抽熱風(fēng)機(jī)及其管道紅外熱像圖。從圖5（a）中可以看出，在排煙管煙道閘板上下兩段溫度明顯不同，上側(cè)表面A的點(diǎn)溫度大于275 ℃，而下側(cè)表面B溫度為121.8 ℃。下側(cè)及其他支管表面溫度都較低，是因?yàn)樵诠艿劳鈧?cè)周圍增加了一層保溫層，但可以看到外側(cè)溫度仍然較高，因此其管道保溫效果還可以進(jìn)一步地提高。另外，排煙管道外側(cè)表面溫度已達(dá)275 ℃，說明其排煙溫度可能達(dá)300 ℃，造成大量熱能的浪費(fèi)。從圖5（b）抽熱風(fēng)管熱像圖可以看出，支管溫度要高于總管溫度，且總管溫度上下兩側(cè)溫度也有差異，靠近支管的外表C的溫度為136.9 ℃，而總管頂部外表D溫度為90 ℃。因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)支管和總管可以使用不同的材質(zhì)或者根據(jù)管道位置不同溫度差異采用相應(yīng)的保溫措施，減少熱量在管道中的散熱損失。另外，由窯尾往抽熱風(fēng)機(jī)方向管道的溫度是逐漸升高的，這也符合窯爐冷卻帶溫度逐漸降低的規(guī)律。

10 結(jié)語(yǔ)

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能技術(shù)的實(shí)施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和窯爐技術(shù)革新，都可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)揮舉足輕重的作用。

參考文獻(xiàn)

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術(shù)[D].中國(guó)陶瓷科技發(fā)展大會(huì)暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)學(xué)

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陶瓷科技發(fā)展大會(huì)暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論

集，2013.10.

9.2輥道窯用管道外表溫度測(cè)試

我國(guó)陶瓷窯爐的余熱利用率都比較低，在30～40%之間，與國(guó)外先進(jìn)窯爐有一定的差距。目前我國(guó)陶瓷窯爐余熱的利用大部分都是用于生坯的干燥，其余多余的熱煙氣都是直接排出窯外，且煙氣的溫度普遍較高，造成大量能源的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排工作，需要盡量降低排煙溫度，同時(shí)對(duì)余熱管道做好保溫措施。為此，采用紅外熱像儀對(duì)燒成墻地磚輥道窯的余熱風(fēng)機(jī)及其管道進(jìn)行測(cè)試，為提高窯爐余熱利用提供一種新的研究方法。

圖5是輥道窯抽熱風(fēng)機(jī)及其管道紅外熱像圖。從圖5（a）中可以看出，在排煙管煙道閘板上下兩段溫度明顯不同，上側(cè)表面A的點(diǎn)溫度大于275 ℃，而下側(cè)表面B溫度為121.8 ℃。下側(cè)及其他支管表面溫度都較低，是因?yàn)樵诠艿劳鈧?cè)周圍增加了一層保溫層，但可以看到外側(cè)溫度仍然較高，因此其管道保溫效果還可以進(jìn)一步地提高。另外，排煙管道外側(cè)表面溫度已達(dá)275 ℃，說明其排煙溫度可能達(dá)300 ℃，造成大量熱能的浪費(fèi)。從圖5（b）抽熱風(fēng)管熱像圖可以看出，支管溫度要高于總管溫度，且總管溫度上下兩側(cè)溫度也有差異，靠近支管的外表C的溫度為136.9 ℃，而總管頂部外表D溫度為90 ℃。因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)支管和總管可以使用不同的材質(zhì)或者根據(jù)管道位置不同溫度差異采用相應(yīng)的保溫措施，減少熱量在管道中的散熱損失。另外，由窯尾往抽熱風(fēng)機(jī)方向管道的溫度是逐漸升高的，這也符合窯爐冷卻帶溫度逐漸降低的規(guī)律。

10 結(jié)語(yǔ)

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能技術(shù)的實(shí)施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和窯爐技術(shù)革新，都可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)揮舉足輕重的作用。

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9.2輥道窯用管道外表溫度測(cè)試

我國(guó)陶瓷窯爐的余熱利用率都比較低，在30～40%之間，與國(guó)外先進(jìn)窯爐有一定的差距。目前我國(guó)陶瓷窯爐余熱的利用大部分都是用于生坯的干燥，其余多余的熱煙氣都是直接排出窯外，且煙氣的溫度普遍較高，造成大量能源的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能減排工作，需要盡量降低排煙溫度，同時(shí)對(duì)余熱管道做好保溫措施。為此，采用紅外熱像儀對(duì)燒成墻地磚輥道窯的余熱風(fēng)機(jī)及其管道進(jìn)行測(cè)試，為提高窯爐余熱利用提供一種新的研究方法。

圖5是輥道窯抽熱風(fēng)機(jī)及其管道紅外熱像圖。從圖5（a）中可以看出，在排煙管煙道閘板上下兩段溫度明顯不同，上側(cè)表面A的點(diǎn)溫度大于275 ℃，而下側(cè)表面B溫度為121.8 ℃。下側(cè)及其他支管表面溫度都較低，是因?yàn)樵诠艿劳鈧?cè)周圍增加了一層保溫層，但可以看到外側(cè)溫度仍然較高，因此其管道保溫效果還可以進(jìn)一步地提高。另外，排煙管道外側(cè)表面溫度已達(dá)275 ℃，說明其排煙溫度可能達(dá)300 ℃，造成大量熱能的浪費(fèi)。從圖5（b）抽熱風(fēng)管熱像圖可以看出，支管溫度要高于總管溫度，且總管溫度上下兩側(cè)溫度也有差異，靠近支管的外表C的溫度為136.9 ℃，而總管頂部外表D溫度為90 ℃。因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)支管和總管可以使用不同的材質(zhì)或者根據(jù)管道位置不同溫度差異采用相應(yīng)的保溫措施，減少熱量在管道中的散熱損失。另外，由窯尾往抽熱風(fēng)機(jī)方向管道的溫度是逐漸升高的，這也符合窯爐冷卻帶溫度逐漸降低的規(guī)律。

10 結(jié)語(yǔ)

陶瓷行業(yè)作為高能耗、高消耗的行業(yè)，通過節(jié)能技術(shù)的實(shí)施、研發(fā)新型節(jié)能技術(shù)及設(shè)備、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和窯爐技術(shù)革新，都可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，可為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)揮舉足輕重的作用。

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