郭喜斌

（1.潮州市索力德機電設備有限公司；2.潮州市新高陶瓷窯爐窯具研究所，廣東 潮州 521000）

我國實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，準確貫徹新發(fā)展理念，持續(xù)調整優(yōu)化產業(yè)結構和提升節(jié)能減排水平，其中陶瓷產業(yè)規(guī)模大，歷史悠久，衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷更是位列世界第一，但新時代產業(yè)發(fā)展強調節(jié)能降耗，陶瓷產業(yè)耗能大，為響應可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，將節(jié)能降耗理論融入陶瓷產業(yè)發(fā)展中，需針對陶瓷隧道窯燒成工序巨大能耗問題進行針對性解決，通過降低能耗提高陶瓷產業(yè)綜合效益。為實現雙碳目標，需對陶瓷隧道窯進行優(yōu)化設計。

1 隧道窯節(jié)能設計需求

目前，在衛(wèi)浴及日用陶瓷生產中，窯爐普遍不盡如人意，特別是隧道窯，雖然該窯型比梭式窯有節(jié)能優(yōu)勢，但多數還停留在多年前的技術水平，包括國外引進窯爐，普遍存在溫差大、燒成周期長、裝載截面小而窯長大，能耗高等不足。

當前，在用隧道窯中，普遍裝截面不大，而窯長較大，這樣，一方面，在同等設計產量情況下，窯體表面積增加，從而增加窯體散熱，增加能耗。另一方面，窯長增加，從窯前排煙區(qū)至燒成區(qū)距離增加，排煙阻力增加，而煙氣及揮發(fā)物排出是必不可少，所以，要排得合理，必然要加大排煙引力，排煙熱損失增加，同時，排煙區(qū)負壓增加，加劇了預熱帶氣體分層，裝載截面上下溫差增加，如沒有延長燒成周期，必然造成裝載面的中下層產品氧化不足，影響燒成質量。

我們知道，隧道窯在確保燒成產品達標情況下，燒成周期越短，單位產品燒成能耗越低。目前，普遍隧道窯為顧及中下層產品燒成質量，而延長燒成周期，從而增加了單位產品燒成能耗。經過研究、分析、實驗，在現階段設計隧道窯中，加大裝載截面與長度比，即增加可裝寬度和高度，縮短窯體長度。

2 樣機隧道窯節(jié)能設計尺寸分析

2.1 小長寬比規(guī)格

為減少熱損失，實現節(jié)能降耗的目的，對陶瓷隧道窯的尺寸進行優(yōu)化設計，經深入討論后，得出了小長寬比的陶瓷隧道窯尺寸方案，通過減少隧道窯的尺寸而減少散熱面積及氣流阻力，使隧道窯更為節(jié)能。

傳統隧道窯長寬比為59～62，即長度60m，寬度1m，在本次優(yōu)化設計中，將長寬比縮小至31～35m，小規(guī)格窯體長度、裝載寬度分別為60m、1.92m，大規(guī)格窯體長度、裝載寬度分別為60m、2.82m，此外，長寬比的減小增大了可裝載制品的窯內寬度，實現了產品裝載量的成倍增加。

2.2 提高預熱段效率，縮短預熱長度

測試人員在現場對普通隧道窯和小長寬比隧道窯預熱段進行采樣對比：位于裝載產品中下層在前6h，分6個采樣點采集。

通過表1我們可以發(fā)現，在預熱段提升預熱溫度和減少預熱時間，能加快坯體的水分排出且不堆積，降低產品脫釉的概率，提高產品合格率。在經過提溫的預熱階段后使產品能更早地進入氧化段，在不增加燒成周期的前提下，增加產品在氧化段的停留時間，給雜質提供充足的揮發(fā)時間。對這樣煅燒出來的產品釉面可以更加光亮平整?？s短隧道窯燒成周期達到節(jié)能效果。

2.3 散熱面積對比

從表2、表3計算得出，普通隧道窯與小長寬比隧道窯的24h產量差為125.1m3，即在原基礎上增加93.2%產量；散熱面積僅增加56.9m2，即在原基礎上增加19%散熱面積。在相同的產品合格率、熱損失恒定的情況下，增加窯爐出產量能直接降低產品單耗，從而得到窯爐的節(jié)能效果。

表2 陶瓷隧道窯設計參數

表3 陶瓷隧道窯散熱面積對比

2.4 縮短燒成周期

在目前國內日用陶瓷隧道窯中，普遍燒成周期在15h左右，在坯釉配方不變的前提下，通過改變窯爐結構設計安裝工藝，提高窯爐各方面性能，增加窯爐的可調節(jié)范圍來縮短產品的燒成周期，可以把燒成周期控制在12h左右或更短，既增加了出產量，又降低了單位能耗。燒成溫度曲線對比圖，如圖1。

圖1 燒成溫度曲線對比

3 樣機數據測試對比

為更好地設計改進隧道窯結構，提升陶瓷產業(yè)的節(jié)能效益，由專業(yè)科研人員設計出小長寬比隧道窯，并在陶瓷企業(yè)投入正常生產應用。穩(wěn)定生產后，對小長寬比陶瓷隧道窯進行摸底調查和熱平衡測試，對普通隧道窯和小長寬比隧道窯結果顯示對比（如表4、表5），普通隧道窯排煙熱損失為28.03%，冷卻帶余熱抽出40.63%，窯體表面熱損失12.8%。

表4 普通隧道窯熱平衡測試結果

表5 小長寬比隧道窯結果顯示

排煙熱損失為21.92%，余熱段抽出29.90%，窯體表面熱損失9.21%，結合上述實測數據不難看出，傳統陶瓷隧道窯熱效率低下，且在一定程度上影響了產品燒成的一致性。

4 陶瓷隧道窯尺寸方案運行成果及節(jié)能效益

4.1 運行成果

按照上述技術工藝及小長寬比規(guī)格尺寸對隧道窯進行了改造，將其應用設計生產過程中，對其運行成果進行總結，具體如下：

（1）節(jié)能效果高。由第三方檢測機構對小長寬比隧道窯的單位合格產品能耗進行檢驗，發(fā)現小長寬比隧道窯單位合格產品能耗為4740.47kJ/kg瓷，遠低于《日用陶瓷燃氣隧道窯能耗規(guī)范》（DB44/294-2009）中提出的一級能耗指標（9500kJ/kg瓷）。

（2）燒成合格率優(yōu)異。采用用戶產品自檢的方式進行數據統計，發(fā)現小長寬比隧道窯的產品燒成合格率為98%以上。

4.2 節(jié)能效益

小長寬比隧道窯燒成周期為12h，效率更高，且更為節(jié)能，普通隧道窯燒成周期為15h。為進一步了解小長寬比隧道窯性能而組織了熱平衡測試，結果顯示，小長寬比隧道窯燒成產品重量為普通隧道窯的2.7倍，而能耗僅為1.1倍。熱平衡測試數據能耗對比具體情況如表6所示。

表6 測試數據能耗對比

結合表6可見，本次設計的小長寬比隧道窯節(jié)能效果優(yōu)異，遠低于一級能耗標準。該小長寬比隧道窯經測試投入市場后現已通入運行，且表現出了優(yōu)異的節(jié)能效果，購置隧道窯的成本可通過節(jié)約燃料費用而在1年內收回，效益顯著。對現階段投入運行的小長寬比隧道窯進行測量，發(fā)現其單位合格產品能耗處于國內零線水平，遠低于9500kJ/kg的能耗標準。

隨著設備的技術進步，從過去燒成能耗占產品綜合能耗65%以上，到現在下降至30%以下，從過去的燒成成本占總生產成本的35%以上，下降至20%以下，普通隧道窯能耗多在12000～20000kJ/kg瓷，采用小長寬比隧道窯后可節(jié)約7000kJ/kg瓷能耗，按照每年運行300天計算，僅潮州地區(qū)即可節(jié)約天然氣11.5億m3/年，并實現二氧化碳減排226萬噸/年，不僅節(jié)能效果顯著，經濟效益可觀，還可以有效促進碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標的實現。

5 結語

綜上所述，為降低陶瓷隧道窯能耗而優(yōu)化設計了小長寬比尺寸，將隧道窯長寬比從65降低至45～60，減少了散熱面積及氣流阻力，將單位產品能耗從11246kJ/kg瓷降低至4612kJ/kg瓷，實現了傳統陶瓷隧道窯的節(jié)能優(yōu)化，繼而提高了陶瓷產業(yè)節(jié)能效益與經濟效益，此外，小長寬比陶瓷隧道窯可實現二氧化碳減排226萬噸/年，具有可觀的社會效益，并有效推動了雙碳戰(zhàn)略目標。