陶瓷烧成中的节能技术

1引言

中国陶瓷工业产量在世界上遥遥领先，2012年我国陶瓷砖总量达到90亿m2，卫生洁具2亿件，日用陶瓷300亿件，工艺美术陶瓷50亿件，均占全球的60%以上，总能耗达2～3亿t，占全国总能耗的3%～5%。

窑炉是陶瓷企业最关键的热工设备，也是耗能最大的设备，干燥及烧成中的能耗占陶瓷生产总能耗的60%～80%，窑炉设备能耗的水平，主要取决于窑炉的结构与烧成技术，其中窑炉的结构是根本，烧成技术是保证;只有使两者合理的搭配才能既保证窑炉烧成质量的提高，又减少能源消耗。窑炉型式主要有梳式窑或倒焰窟、隧道窑及辊道窑。

陶瓷窑炉烧成中的节能关键技术：

(1)窑炉结构的优化;

(2)烧成技术的创新;

(3)烧嘴的选用;

(4)余热回收利用;

(5)自动控制技术的采用;

(6)更先进的保温材料和涂层技术的研究开发等。

2窑炉结构优化

2.1窑炉内高

随着窑炉内高的增加，单位制品热耗和窑墙散热量也增加。如：当辊道窑内高由0.2m升高至1.2m时，热耗增加4.43%，窑墙散热升高33.2%，窑内高度增加会引起通道内温度分层，增大窑内热气流的上、下分层，特别是隧通窑，有的内高达1m以上，其上、下温差，特别是预热带内的上、下温差高达300~500℃。某引进全纤维、烧卫生洁具辊道窑就是因窑内通道太高，温差太大无法烧成，不得不把窑内高度整体下降，才解决烧成质量问题，所以从烧成质量控制、节能降耗的角度讲，窑内高度越低越好。

2.2窑炉内宽

随着窑炉内宽度的增大，单位制品热耗和窑墙散热减少。如：当辊道窑窑内宽从1.2m增大到2.4m时，单位制品热耗减少2.9%，窑墙散热降低25%。如把辊道窑的内宽由2.5m扩大到3.0m，每天产量则可以从10000m2增加到15000m2，窑体散热面积由1206m2增加到1422m2，每生产1m2砖，窑墙散热面积由0.1206m2减少到0.0948m2;如果窑墙外表面温度与环境的温度差不变，则窑体外壁的散热损失可减少27.2%。例如，中窑为佛山某企业改造内墙砖烧成窑炉，把原来两条长140m、内宽2.4m的辊道窑改为一条长为250m、内宽为3.1m的辊道窑，单窑年产量比原来两条窑总产量高，达135789t，单位产品能耗由改造前的171.19kgce/t降为133.36kgce/t，一年单窑的节能量达5136.89tce。潮州市新高陶瓷窑炉窑具研究所和四通集团陶瓷股份有限公司合作，建造一条可装载内宽为2.26m、可装载高度为0.95m、长为63.8m烧卫生洁具隧道窑，取代两条内宽为0.95m、内高0.95m、长为68.5m的两条隧道窑，烧成产品品种相同，使用燃料相同，装载方式相同，单窑产量比原来两条还多，单耗由0.468kgce下降为0.219kgce，下降将近50%，窑炉的热效率由19.01%提高到40.65%，提高了一倍多。所以在一定范围内，窑越宽越好;窑越宽，节能率越高，故只要能很好地解决断面温差的问题，宽体窑是发展的方向。

2.3窑炉长度

当窑内宽和内高一定的情况下，随着窑长的增加，单位制品的热耗和窑头烟气带走的热量均有所减少。如：当辊道窑的窑长由50m增加到100m时，单位制品热耗降低1%，窑头热烟气带走热量减少13.9%。辊道窑长度低于100m，产量5000m2左右，长度超过100m产量可达10000m2，长200～300m，产量可达20000m2，长300m以上，产量可达25000～30000m2，故早期的窑炉均为几十米长，现在的辊道窑最长达450m，隧道窑长140m以上。因此，应重点研究和优化窑炉结构，减少能耗，并逐步缩小窑内各断面的温差，加快烧成周期，以达到节能、实现低碳的目的。

2.4平顶和拱顶

早期辊道窑多数采用平顶吊砖方式，施工方便、气流流动顺畅。气流的流动靠布置一定的挡火墙及闸板以改变气流的流动及气流的搅拌，由于窑通道矮，一般为30~50cm，故气体流动阻力大。特别在烧成带，通道不高，降低热辐射层厚度，因在高温段的传热方式以辐射传热为主，约占总传热中80%左右，故无法发挥辐射传热的优点。实践经验证明，宽窑的高温段采用拱顶结构，可增加辐射层厚度，大大地有利辐射传热，拱顶结构的传热有利于烧成带温差的减小，而在低温段采用平顶结构，有利于低温段温度的均匀，特别是把这两种窑顶结构相结合，更有利于窑内气流的搅拌和温度的均匀，减少窑内温差。

2.5加强窑体的密封和窑压的控制

窑体的密封可减小窑内热气体的外流和冷气体的渗入，既有利于减小窑内温差的形成，又有利于节能、稳定窑内压力分布，特别有利于气氛烧成。潮州兴业陶瓷有限公司成功地把辊道窑应用于日用陶瓷的还原气氛烧成，其关键便是窑的密封及不同窑段窑压的控制。

2.6窑车窑具的轻质化

(1)隧道窑窑车热损失占总能耗的10%～15%，较好的隧道窑低蓄热窑车只有传统窑车重量的1/3，蓄热量的2/7，节能量可达17%。

(2)烧日用瓷隧道窑，窑具质量是产品的2倍以上，最多达5.4倍。

(3)烧外墙砖垫板由10.5mm厚改为7.3mm(最薄为6.5mm)，每块重由4kg减为2.3kg，节能18.7%。

(4)某厂把辊道窑辊棒及间距改为小辊间距省去垫板承烧，节能可达60%。故在烧卫生瓷、日用瓷、工艺美术瓷等可以把多条梭式窑改为隧道窑或辊道窑烧成，而且可以大大地节约能耗。

2.7窑型的选择很关键

潮州兴业陶瓷利用辊道窑进行日用瓷的快速高温还原烧成，节能显著，单耗0.294tce/t瓷，窑炉热效率达68.8%。是隧道窑烧成热耗1.71tce/t瓷的1/6。