日用陶瓷节能减排的思考及辊道窑炉应用前景的分析

陈　丹

摘要我国是日用陶瓷生产大国,日用陶瓷产量居世界第一,然而陶瓷行业是一个资源型、高耗能的行业,其能耗占整个生产成本的30～40%。陶瓷工业要获得可持续发展,必须在节能减排这个环节上做好文章。辊道窑炉是一种具有产量大、成品率高、能耗低特点的新型窑炉,适合应用于日用陶瓷生产。本文就国内外日用陶瓷业的现状及辊道窑炉在日用陶瓷业上的应用前景作出了分析。

关键词日用陶瓷,节能减排,辊道窑炉,技术及应用

1引 言

资源、能源和环境是当今经济、社会发展的重大课题。我国正处于快速工业化时期,资源和能源的消耗连续快速增长,如石油、天然气等能源和资源的对外依存度目前已超过40%,同时资源和能源的消耗给整个生态系统带来了巨大的负担。就能源总体利用率而言,发达国家的能源利用率一般高达50%以上,美国达57%,而我国只有30～35%左右,与发达国家相比仍存在较大的差距。

进入二十一世纪以来,国际能源市场的形势发生了巨大变化,能源价格不断上涨,供应紧张,供需矛盾日益突出,所有的高耗能的生产行业都受到了严重的冲击,其中陶瓷工业首当其冲,不断上涨的能源成本严重威胁着陶瓷工业的生存和发展。因此,节能降耗成为每个陶瓷企业经营者都必须严肃面对及思考的问题。同时,陶瓷的高耗能必然会带来高污染的情况,全国迅猛发展的陶瓷业对我国的环境造成了很大的污染,特别是陶瓷业发展迅速的产区如广东省的佛山、潮州、清远、肇庆、河源等地区更为严重。因此,节能减排是陶瓷生产的大势所趋,也是陶瓷工业可持续发展的重要条件。

2我国日用陶瓷业的现状分析

日用陶瓷在我国国民经济的发展中占有重要的地位,它是人们生活中不可缺少的生活用品,也是在国际市场上具有竞争力的商品。日用陶瓷产品质量的优劣,会影响到我国人民生活水平的改善和出口创汇的能力。我国日用陶瓷总产量在2005年达到170亿件;2006年总产量为138亿件,占全球总产量的70%,出口95.8亿件,占国内总产量的70%。虽然我国日用陶瓷产量在世界遥遥领先,但总体上仍存在产品的档次低、能耗高、资源消耗大、生产效率低和环境污染严重等问题。日用陶瓷与建筑卫生陶瓷相比,因其部分产品烧成温度过高,窑型和其它类别产品的生产装备相比较落后等原因,能耗往往是后者的两倍以上。这种状况严重制约着日用陶瓷工业的健康发展,也是目前国内、省内许多大中型日用陶瓷企业陷入困境的直接原因之一。

从日用陶瓷工业各道生产工序的能耗分布状况来看:烧成工序占陶瓷生产总能耗的70～80%、原料加工和坯体成形占8～12%、其余工序占5～8%。可见日用陶瓷生产能耗主要集中在制品烧成工序。

烧成工序的核心是窑炉。影响窑炉使用性能和能耗高低的关键因素主要有窑炉结构、材料(含燃料)、烧成技术及热利用的水平等。一般窑炉总热支出比例为:产品出窑带出热2～4%,窑头烟气带出热10～12%;窑体表面散热6～7%;物化反应耗热16～18%;窑尾抽热风带出热54～56%;其它热损失3～12%。其中窑头烟气和窑尾抽热风两项带出热占总热量就高达60～70%。窑炉设备或烧成工艺控制的不合理将会影响陶瓷制品的质量,甚至无法烧成,造成人力、物力的巨大浪费,故窑炉是陶瓷生产企业的关键设备。

日用陶瓷工业目前使用较多的主要窑型有梭式窑、隧道窑和辊道窑三大类。其中梭式窑为间歇式窑炉,具有烧成制度调节灵活的特点,比较适合烧制大尺寸的产品,但耗能最大。隧道窑和辊道窑为连续式窑炉,具有烧成制度稳定、热利用率较高的特点,可适应大批量产品的连续生产需要。其中辊道窑由于适合快速烧成,具有产量大、成品率高、能耗低等优点,是当今窑炉的主要发展方向。在日用陶瓷生产上逐步推广应用辊道窑炉生产技术,可实现能源高效利用和污染物显著减排的目标,对陶瓷行业的可持续发展将产生巨大的促进作用,具有十分重要的现实意义。

3国内外技术发展的现状与趋势

目前,国内外均十分重视陶瓷工业的节能减排问题,也推动了相关技术的迅速发展。国内外对陶瓷工业的节能减排主要从原料组成配方、窑炉结构、烧成技术、余热综合利用、优质燃料的采用以及固体废弃物的回收利用等方面入手。

3.1 窑炉结构和烧成技术方面

日用陶瓷工业目前使用较多的窑型有梭式窑、隧道窑和辊道窑。由于辊道窑具有产量大、质量优、能耗低、自动化程度高、操作方便、可快速烧成等优点,在节能方面比隧道窑拥有更多的优势。因此,对辊道窑及其烧成技术的研究、改进和应用进展都很快。进入二十一世纪以来,关于辊道窑的新设计、新技术报导越来越多,例如湖北黄冈华窑中洲有限公司研发的辊道窑炉,其能耗指标为2000千卡/公斤瓷,折合0.3377吨标煤/吨瓷,但在烧成气氛上大都采用氧化气氛。潮州是我国最大的日用陶瓷生产基地和出口基地,被誉为“中国瓷都”。潮州陶瓷业对先进窑炉设备的研究和应用,无疑会对我国日用陶瓷产业的发展产生积极的推动作用。从2004年起,潮州市兴业陶瓷有限公司开始研究“陶瓷辊道窑炉快速高温还原烧成节能技术”,通过对辊道窑的燃烧火焰区、燃烧喷嘴、可燃混合气形成过程的整体设计,给坯体烧成陶瓷制品的工艺过程创造了一个均匀温度场和均匀气氛场及适于高温还原气氛的烧成条件。该技术在利用辊道窑实现日用瓷高温还原快速烧成,并在余热的回收和综合利用方面取得了新的突破。潮州兴业公司当年建造了一座陶瓷辊道窑炉,经过反复调试,逐步形成一套快速高温还原烧成节能技术,2005年开始运行至今,实践证明该项技术具有明显的节能效果。据有关机构检测:该辊道窑炉的有效热利用率高达68.81%,产品单位能耗为170～200公斤液化石油气/吨瓷,折合为290～343公斤标煤/吨瓷,比传统的隧道窑节能20%以上。烧成的日用瓷成品率达到98%,达到节能减排和产品高品质的双重目标。该技术由于采用还原气氛烧成,尤其适合在我国南方地区推广应用。

3.2 窑炉余热综合利用方面

余热利用在国外很受重视,视其为陶瓷工业节能的主要环节。特别是隧道窑、辊道窑这类窑炉,窑头烟气带走热和窑尾热风抽出带走热两项相加的热量占窑炉总能耗的60～70%,因此如果这部分热量利用得好,对节能指标的实现将产生很大的贡献。目前,国内外将余热回收后主要应用于坯体、物料干燥和加热助燃空气方面。现在,欧洲陶瓷企业普遍采用在窑炉上安装附加余热利用装置,进行窑尾余热的再回收利用;对于排烟废热的利用,也有不少企业采用换热器将热量收集后输送到所需的场所,其综合节能的效果可使窑炉热效率达到80%以上。我国陶瓷窑炉的余热利用吸收了国外的先进经验,研究了一系列的余热回收利用装备与技术,取得了较好的效果。近期对蓄热相关复合材料的研究更是层出不穷。如华南理工大学的“新型多孔陶瓷材料载体制备技术与性能研究”项目,以陶瓷纤维为基体制备了气孔率高达96%以上的超多孔陶瓷基体,已通过专家鉴定验收,达到国内先进水平,完全具备制备高效率蓄热材料的条件,并已有相关产品投放市场。

3.3 改变燃料结构以减少废气有害气体的排放方面

目前,陶瓷窑炉使用的燃料主要有煤、重油和液化石油气、天然气等。建筑陶瓷出于降低生产成本的考虑,在生产过程中使用煤或重油作为燃料。煤或重油在燃烧过程中会产生大量的废气,这些废气主要由喷雾干燥塔和窑炉产生,废气中的污染物主要有烟尘、硫氧化物、氮氧化物以及其它有害气体(主要由减水剂、防污剂、渗花溶剂等产生),给环境造成了严重的污染。以佛山为例,2005年,规模以上的陶瓷企业二氧化硫排放量达到22.74万吨,给居民的健康带来了极大的危害。在潮州地区,由于陶瓷工业以日用瓷和工艺美术瓷为主,质量要求高,价值也高。因此为了确保产品质量,近年来陶瓷窑炉烧成燃料基本上都使用液化石油气。液化石油气是一种洁净气体,燃烧后生成的有害有毒气体极少,因此对环境影响尚不明显。

3.4 固体废弃物的回收利用方面

国内外企业一方面努力提高窑炉的烧成技术,尽量提高烧成合格率,减少废瓷的产生;另一方面,将废瓷、废料回收,再用于陶瓷产品的生产。例如广东省枫溪陶瓷工业研究所,针对废瓷的特点,采用引入高塑性、高保水性粘土,提高废瓷料的可塑性;引入碱土金属矿物组成复合助熔剂,降低废瓷料的烧成温度;引入微量元素,抑制废瓷料中铁杂质显色等技术措施,有效地解决了在陶瓷坯料中大量使用废瓷料的不利影响,坯料中废瓷料的使用率达到30%以上,可从根本上解决“陶瓷垃圾”(废瓷)对环境造成的危害。

4辊道窑炉应用前景的分析

目前我国的日用陶瓷生产企业约有6000多家,其中上规模的有1000多家,年销售收入400多亿元,利税20多亿元。陶瓷工业也是广东省的重要产业之一,虽然广东陶瓷工业产量在全国遥遥领先,但总体上仍存在产品档次低、能耗高、资源消耗大、生产效率低、对环境污染严重等问题,能源利用与国外相比,差距较大,特别是在烧成环节,由于烧成温度高(日用陶瓷有的高达1300～ 1400℃),排放的废气温度也高,通常高达200～300℃,大量的热能及有害气体排出窑外,不但增加能耗,而且对环境和人们的健康带来了不良的影响。因此,在日用陶瓷生产企业推广应用辊道窑炉,既可为企业大大节省燃料成本,又能减少环境污染,有着广阔的市场潜力。潮州是中国瓷都,陶瓷业是潮州第一支柱产业,年产值达180亿元,其中日用瓷占40%以上,现有大、中型窑炉1000多座,加上小型窑炉,年耗用液化石油气60多万吨,价值30多亿元,节能减排潜力非常巨大。

近期由于受国际原油价格持续攀升、人民币升值、劳动力成本上涨以及国家对出口退税率进行调整等因素影响,给外向型的陶瓷企业带来了巨大的冲击,陶瓷企业的生产成本压力也越来越大。另外,由于陶瓷业耗用大量资源和产生大量的“陶瓷垃圾”,也给环境造成了极大的问题。因此,陶瓷企业对推广应用先进的节能减排技术有强烈的主观意愿和较大的积极性。辊道窑节能减排技术在日用陶瓷生产方面的推广应用,正是适应了陶瓷企业的迫切需要,可以大力推广和迅速取得效益。

5结论

综上所述,辊道窑炉生产技术应用在日用陶瓷生产上,不仅可以大大降低产品能耗,缓解我国能源和资源短缺的现状,同时也能减少废气的排放量和固体废弃物的产生,有利于保护环境,并且日用瓷辊道窑节能减排技术的许多措施,不仅适用于日用瓷生产,也可推广到建筑陶瓷、卫生陶瓷及其它相关领域,从而推动陶瓷工业的技术进步和可持续发展,社会经济效益显著,有着不可估量的市场前景。